PMC

A fejlődés során az idegrendszer kiterjedt változásokon megy keresztül a mintázódás, az átalakulás és a sejtspecifikáció terén. Az érett emlősökben olyan sejtek hálózatából áll, amelyek a test minden szervéhez és részéhez eljutnak, hogy impulzusokat vezessenek oda-vissza, hogy időben szabályozzák a belső és külső ingerekre adott alapvető élettani válaszokat. Feladatainak ellátásához az idegrendszer nagyszámú, különböző tulajdonságokkal rendelkező sejtet használ fel, amelyek rendkívül összetett struktúrákat alkotnak, és fejlődéséhez és működéséhez bonyolult génszabályozási mechanizmusok egész sorától függ. a mikroRNS-ek (miRNS-ek) az idegrendszer szabályozásának legújabb kulcsszereplői közé kerültek. a miRNS-ek a bőséges, körülbelül 22 nukleotid hosszúságú RNS-ek egy osztálya, amelyek endogén módon kifejeződnek a szervezetek széles körében és a szervezetek minden sejttípusában. A miRNS-ek számos fehérjéket kódoló gén kifejeződésének szabályozásával számos fontos biológiai folyamatot szabályoznak (Ambros, 2004). Ez az áttekintés összefoglalja jelenlegi ismereteinket a miRNS-ek emlősök idegrendszerében betöltött szerepéről.

miRNS-ek: a biogenezis és a hatásmechanizmusok. Egy miRNS elhelyezkedhet egy gazdagén intronjában vagy exonjában, vagy önálló transzkripciós egységet alkothat (Rodriguez és mtsai., 2004). Kezdetben egy sokkal hosszabb elsődleges transzkriptum részeként íródik át, általában az RNS-polimeráz II által (Cullen, 2004). Emlősökben a transzkriptumot a Drosha nevű RNáz a DGCR8 szabályozó alegységével együtt hasítja, hogy a sejtmagban egy körülbelül 65 nukleotidos hajtű prekurzor szabaduljon fel. Kis számú prekurzor Drosha-független módon is keletkezhet (Berezikov et al., 2007; Okamura et al., 2007; Ruby et al., 2007). A prekurzort ezután az Exportin5 és a GTP-hez kötött Ran kofaktor exportálja a citoplazmába. A citoplazmába kerülve a prekurzort egy másik RNáz, a Dicer tovább feldolgozza, hogy egy körülbelül 22 bázispáros RNS-duplex intermedier keletkezzen. Az Argonaute fehérje kötődése a duplexhez és az ezt követő szerkezeti átrendeződések az érett, egyszálú miRNS megtartását eredményezik az Argonaute: miRNS komplexben. Az mRNS expresszióhoz hasonlóan a miRNS expresszió is szabályozható transzkripcionálisan és poszt-transzkripcionálisan, erre néhány példát később tárgyalunk.

Az Argonaute:miRNS komplex közvetíti a miRNS közvetlen biológiai hatásait RNS interferencián és kapcsolódó mechanizmusokon keresztül (He és Hannon, 2004). Számos fehérjéről számoltak be, amelyek kölcsönhatásba lépnek az Argonaute fehérjével, bár későbbi funkciójukat nem sikerült egyértelműen megállapítani. A miRNS-rész egyértelműen specifitást biztosít az RNS-csendesítési folyamatnak azáltal, hogy a célszekvenciájához kötődik, amely általában az állati mRNS 3′-transzlálatlan régióiban található. Úgy tűnik, hogy a miRNS 5′-vége, az úgynevezett seed régió és a cél mRNS közötti komplementaritás aránytalanul kritikus a kötési specificitás szempontjából, míg a miRNS 3′-vége kevésbé járul hozzá a célpont felismeréséhez (Lewis és mtsai., 2005). Mivel egy állati miRNS szinte soha nem illeszkedik tökéletesen a célpontjaihoz, és a részleges komplementaritás valóban elegendő a miRNS működéséhez, egy miRNS több száz gén expresszióját szabályozhatja; másrészt egy mRNS több miRNS-célpontot is tartalmazhat (Lewis et al., 2005; Xie et al., 2005; Miranda et al., 2006). A miRNS és a cél mRNS közötti kölcsönhatás alapvetően a célgén termékének (azaz a fehérjének) csökkent termeléséhez vezet, bár a részletes mechanizmus még mindig nem ismert (Filipowicz és mtsai., 2008). Az Argonaute fehérje valószínűleg a transzlációs gépezettel kölcsönhatásba lépve gátolja a fehérjeszintézist, ami a transzláció során különböző szakaszokban (pl. az iniciációs és az elongációs lépésekben) történhet, talán a miRNS és a céltranszkript természetétől függően. A transzlációban megakadályozott mRNS-ek gyakran csökkent akkumulációt is mutatnak. A miRNS-eknek további hatásmódokat is tulajdonítottak. Például a miRNS-ek elnyomhatják a génexpressziót a ciklikusan tenyésztett sejtekben, de fokozhatják a génexpressziót a leállított sejtekben (Vasudevan és Steitz, 2007; Vasudevan és mtsai., 2007). Bár ez utóbbi lehetőség jelentős következményekkel jár a posztmitotikus neuronokra nézve, a kutatási erőfeszítések eddig a miRNS által közvetített génrepresszió megértésére összpontosítottak az idegrendszerekben.

A jelenlegi miRNS-adatbázisban körülbelül 600 emberi miRNS-gén található, amelyek körülbelül 1000 potenciális miRNS-t kódolnak (Griffiths-Jones és mtsai., 2008). Ezek közül sok evolúciósan konzervált az emlősökben, néhány még a férgekben és a legyekben is. a miRNS-géneket felfedezésük sorrendjében nevezik el, például miR-1, miR-2 stb. a fajkonzerváltságot figyelembe véve, a lin-4 és a let-7 kivételével, amelyek az első két valaha azonosított miRNS-t jelentik. a miRNS-ek felfedezését nagyban megkönnyítették a tömeges szekvenálási erőfeszítések és a számítógépes programok előrejelzése, majd az érzékeny polimeráz láncreakciós módszerekkel történő megerősítés. Ezeknek a megközelítéseknek azonban vannak fenntartásai. A miRNS-ek egy kis része valószínűleg félreannotált, és ehelyett nem kapcsolódó transzkriptek lebomlási termékeit képviseli (Berezikov és mtsai., 2006a). Továbbá, mivel egy miRNS úgy hat, hogy a potenciálisan több százas nagyságrendű célmRNS-ekhez kötődik, egy miRNS működése kritikusan függ a tömegétől. A legnagyobb mennyiségben előforduló miRNS-ek kópiaszáma jóval meghaladhatja a 10 000-et sejtenként vagy neurononként (Lim et al., 2003; Kye et al., 2007), de lehetséges, hogy bizonyos adatbázisban található miRNS-ek túl alacsony szinten fejeződnek ki ahhoz, hogy az egyébként potenciális célpontjai többségével szemben hatékonyak legyenek. Másrészt, még ha egy miRNS ritkán is található meg egy teljes szövetmintában, akkor is lehet funkcionális, ha erősen korlátozódik egy adott sejttípus vagy fejlődési stádium sejtjeinek egy alpopulációjára, ami releváns lehet az idegrendszeri helyzet szempontjából.

miRNS expresszió az idegrendszerben. Más szövetekhez és sejtekhez hasonlóan az idegrendszer és az idegi sejtvonalak is expresszálnak miRNS-eket, amelyek közül néhány feldúsult vagy egyedi a szövetekben és az idegi sejtekben (pl. miR-9, miR-124, miR-125, miR-128 és miR-129) (Lagos-Quintana et al., 2002; Dostie et al.., 2003; Babak et al., 2004; Barad et al., 2004; Kim et al., 2004; Liu et al., 2004; Nelson et al., 2004; Sempere et al., 2004; Baskerville és Bartel, 2005; Berezikov et al., 2006b; Hohjoh és Fukushima, 2007a; Landgraf et al., 2007; Bak et al., 2008). Úgy tűnik, hogy az idegrendszerben kifejeződő miRNS-gének száma nagyobb, mint sok más szervben, ami részben talán azt a tényt tükrözi, hogy az idegrendszer számos sejttípust és altípust tartalmaz. A miRNS-expresszió komplexitásának megértése felé haladva ezek a vizsgálatok továbbá kimutatták, hogy a felnőtt központi idegrendszer anatómiailag különböző területei (pl. kisagy, hipotalamusz és hippokampusz) hasonló miRNS-eket fejeznek ki, de a relatív miRNS-szintek jelentősen eltérhetnek a különböző régiókban.

AmiRNS-expressziót a neuronális differenciálódás és idegfejlődés során is vizsgálták. All-transz-retinsavval kezelve az embrionális karcinóma sejtek terminálisan neuronszerű sejtekké differenciálódnak. A morfológiai változásokkal együtt a miRNS-ek, például a miR-9, a miR-124 és a miR-125 expressziója idővel jelentősen indukálódik, ami arra utal, hogy ezek a miRNS-ek a felnőttkori potenciális funkcióik mellett a differenciálódásban vagy a sejtsors meghatározásában is szerepet játszhatnak (Sempere és mtsai., 2004; Smirnova és mtsai., 2005; Hohjoh és Fukushima, 2007b). Számos olyan miRNS is érintett, amely nem specifikusan az idegrendszerre jellemző. Például a miRNS-ek let-7 családja kiemelkedően felfelé szabályozott, amelyek valószínűleg általánosabb hatást gyakorolnak a differenciálódás és a fejlődés folyamatára. Hasonló és mélyreható változások figyelhetők meg a miRNS-expresszióban, amikor az embrionális őssejtek neurogenezisnek és gliogenezisnek mennek keresztül (Smirnova és mtsai., 2005; Krichevsky és mtsai., 2006). Továbbá a miR-124 és a miR-128 bizonyítottan előnyösen fejeződik ki a neuronokban, míg a miR-23, a miR-26 és a miR-29 az asztrocitákra korlátozódik vagy azokban gazdagodik (Smirnova et al., 2005). miRNS expressziós profilt vizsgáltak az idegrendszer fejlődése során emlősökben is, és ismét a miRNS expresszió egy időben szabályozott hulláma figyelhető meg (Krichevsky et al., 2003; Miska et al., 2004; Smirnova et al., 2005; Wheeler et al., 2006; Dogini et al., 2008). Mindezek az eredmények arra utalnak, hogy a miRNS expressziós profilja a neuronális fejlődés markereként szolgálhat, és hogy specifikus miRNS-ek hozzájárulhatnak a fejlődési folyamathoz.

miRNS-eket izoláltak tenyésztett neuronok poliszómáiból, ami összhangban van a miRNS-nek a transzláció szabályozásában betöltött szerepével (Kim és mtsai., 2004; Nelson és mtsai., 2004). Az idegsejtekben a génszabályozás stratégiai aspektusa, hogy sok mRNS koncentrálódik specifikus struktúrák közelében, hogy biztosítsa a helyi, aktivitás-szabályozott fehérjeszintézist. Elképzelhető, hogy egyes miRNS-ek is ilyen szubcelluláris eloszlási mintázatot követnek. Valóban beszámoltak a miRNS-ek szelektív dúsulásáról vagy kimerüléséről a dendritekben (Schratt és mtsai., 2006; Kye és mtsai., 2007). Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a miRNS-ek a szekvencia-specifikus mRNS-kötő fehérjékhez hasonlóan lokálisan szabályozhatják a génexpressziót, hogy befolyásolják a szinaptikus plaszticitást az idegsejtekben.

miRNS funkció: A miRNS-ek globális elvesztésének tanulmányozásából származó tanulságok. A miRNS biogenezishez szükséges Dicer gén feltételes kiesését széles körben használták a miRNS-ek egyes szövetekben és sejttípusokban betöltött kollektív szerepének vizsgálatára egerekben. A Dicer elvesztését az érett Purkinje-sejtekben a miRNS-ek gyors terjedése követi, a sejtek fiziológiájára vagy működésére gyakorolt azonnali hatás nélkül (Schaefer és mtsai., 2007). Ennek ellenére a sejthalál végül bekövetkezik, ami progresszív kisagyi degenerációhoz és ataxia kialakulásához vezet, ami az emberben előforduló neurodegeneratív rendellenességeket tükrözi. A Dicer ablációja a posztmitotikus középagyi dopaminerg neuronokban szintén a neuronok progresszív elvesztéséhez vezet in vitro és in vivo, és a mutáns egerek mozgásképessége jelentősen csökkent, ami a Parkinson-kóros betegekre emlékeztet (Kim et al., 2007). A Dicer homozigóta kiesése az embrionális 15,5. napon kezdődően egerek kéregében és hippokampuszában a dendritek morfológiájának megváltozását, apoptózist, mikrokefáliát, ataxiát és a születést követő 3 hétre elhalást eredményez (Davis és mtsai., 2008). A striatális dopaminoceptív neuronokban Dicer-veszteséget mutató egerek szintén viselkedési és neuroanatómiai fenotípust mutatnak, bár a többi vizsgálatban célzott neuronokkal ellentétben az érintett neuronok az állatok élettartama alatt, ami körülbelül 10 hét, túlélnek (Cuellar és mtsai., 2008). A Dicer továbbá szükséges a szaglószervi differenciálódáshoz az embrióban, a szaglószervi progenitorok fenntartásához és a szaglószervi prekurzorok differenciálódásához, míg az érett neuronok megfelelő működéséhez egerekben nélkülözhetetlen (Choi és mtsai., 2008). E fenotípusok hátterében az állhat, hogy a miRNS-hiány a fontos fehérjék nagyon fokozatos elvesztéséhez és/vagy bizonyos fehérjék olyan szintre történő felhalmozódásához vezet, amely végül toxikus a sejtek számára. Továbbra is bizonytalan, hogy a megfigyelt fenotípusok egy része a Dicer miRNS-független funkcióinak elvesztéséből ered-e, mivel a Dicer más kis RNS-eket, például kis interferáló RNS-eket is feldolgoz. A DGCR8, egy másik, a miRNS-feldolgozásban részt vevő gén kaploinsufficienciája szintén csökkent miRNS-expressziót, valamint neuronális és viselkedési hiányosságokat eredményez egerekben (Stark és mtsai., 2008). Összességében nagyon erős érvek szólnak a miRNS-ek fontos funkciói mellett a neuronális differenciálódásban és túlélésben, ami összhangban van a miRNS-ek ubiquitárius expressziójával és más szövetekben betöltött funkcióival.

miRNS funkció: Az egyes miRNS-ek vizsgálatának tanulságai. Vizsgálták az egyes miRNS-ek funkcióit a fejlődő neuronokban. Ugyanabban a tanulmányban, amely a miRNS-ek kombinált szerepét mutatta ki a középagyi dopaminerg neuronok fenntartásában (Kim és mtsai., 2007), a miR-133b-ről megállapították, hogy elnyomja ezen neuronok differenciálódását embrionális őssejtekből és középagyi kultúrákból. A szerzők a miR-133b célpontjaként a Pitx3 transzkripciós faktort azonosították, amely normális esetben aktiválja a dopaminerg neuronok génexpresszióját. Choi és munkatársai (2008) kimutatták, hogy a miR-200 nélkülözhetetlen a szaglószervi elődsejtek differenciálódásához, és hogy funkciója attól a képességétől függhet, hogy a Notch és a transzformáló növekedési faktor-β jelátviteli utakat és a Foxg1-et célozza. Egy másik, talán legjobban vizsgált példa a miR-124, amely a neuronokban bőségesen előforduló és szignifikáns miRNS. A miR-124 expressziója alacsony az embrionális őssejtekben és a neuronális prekurzor sejtekben, de drámaian megemelkedik a neuronokban. A miR-124 korai overexpressziója egy másik bőséges miRNS-szel, a miR-9-cel együtt eltolja a prekurzorok differenciálódását a neuronok felé, ami arra utal, hogy a miR-124 és a miR-9 serkenti a neuronális differenciálódást (Krichevsky és mtsai., 2006). Egy külön vizsgálatban a miR-124 túlexpressziója elősegíti, míg a miR-124 működésének gátlása késlelteti a neuritok kinövését (Yu et al., 2008). A miR-124 neuronális tulajdonságokat kölcsönözhet a sejteknek, mivel a miR-124 túlexpressziója HeLa sejtekben számos olyan gént szabályoz le, amelyek expressziója hiányzik a neuronokban (Lim et al., 2005), míg a miR-124 aktivitásának blokkolása érett neuronokban növeli a nem neuronális mRNS-ek szintjét (Conaco et al., 2006). A miR-124 legalább három mechanizmuson keresztül hajtja végre funkcióit. Először is gátolja a kis C-terminális doménes foszfatáz 1 expresszióját, amely a RE1-silencing transzkripciós represszor egyik összetevője (Visvanathan és mtsai., 2007). Nem neuronális szövetekben az RE1-silencing transzkripciós represszor számos neuronális gén transzkripcióját leállítja, beleértve a miR-124-et is (Conaco és mtsai., 2006), amely az mRNS-ek és a miRNS-ek kifejeződését egyaránt szabályozó kritikus transzkripciós faktorok egyik új példája. A neuronokban megnövekedett miR-124 hatására számos neuron-specifikus gén transzkripciója indukálódik. Másodszor, a miR-124 blokkolja a polipirimidin traktuskötő fehérje 1, a neuron-specifikus, alternatív exonbefogadás globális represszorának expresszióját a nem neuronális sejtekben (Makeyev és mtsai., 2007). Így a miR-124 két mesterregulátort kezel, hogy a gének széles spektrumának kifejeződését befolyásolja. Harmadszor, a miR-124 közvetlenül számos, a citoszkeletális szabályozásban részt vevő gént céloz meg, ami megmagyarázhatja a neuritok kinövését elősegítő funkcióját (Yu et al., 2008). A miR-124-nek valószínűleg sok más közvetlen célpontja is van.

Az érett neuronokban a miRNS által szabályozott helyi fehérjeszintézis a szinapszisokban vonzó modell a szinaptikus plaszticitás létrehozására. Patkány hippokampusz neuronjaiban a miR-134 a szinaptodendritikus kompartmentben koncentrálódik (Schratt és mtsai., 2006). A miR-134 túlexpressziója jelentősen csökkenti a dendritikus gerincek térfogatát, ami megközelíti a szinaptikus erősséget, míg a miR-134 működésének gátlása növeli a gerincek térfogatát. A dendriteken a miR-134 megakadályozza az aktin filamentumok dinamikáját szabályozó lim-domain-tartalmú protein kináz 1 (Limk1) transzlációját. A Limk1 túlexpressziója ellensúlyozza a miR-134 hatását a gerincek morfológiájára, ami azt jelzi, hogy a Limk1 expressziójának gátlása az egyik fő útvonal, amelyen keresztül a miR-134 visszafogja a dendritikus gerincek méretét. A Limk1 és a miR-134 közötti funkcionális kölcsönhatást a neuronális aktivitás szabályozhatja, mivel a szinaptikus ingerlés hatására felszabaduló agyi eredetű neurotrofikus faktor még meg nem határozott mechanizmusokon keresztül enyhíti. Ebből az következik, hogy ha egy miRNS társulását, hasonlóan az RNS-specifikus kötőfehérjékhez, egy cél mRNS-hez vagy mRNS-ekhez egy inger szabályozza, akkor az inger módosíthatja a miRNS és az mRNS(ek) közötti kölcsönhatást, hogy gyorsan és koordináltan szabályozza a génexpressziót. Bár a miR-134 eddig az egyetlen emlős miRNS, amelyről kimutatták, hogy lokalizált funkcióval rendelkezik az idegsejtekben, az a megállapítás, hogy a miRNS biogenezisében és funkciójában részt vevő fehérjék jelen vannak a posztszinaptikus sűrűségekben, axonokban és növekedési kúpokban, arra utal, hogy további miRNS-ek specifikus funkciói is azonosíthatók ilyen helyeken (Lugli és mtsai., 2005; Hengst és Jaffrey, 2007). A miRNS-ek neurotranszmitter-felszabadulás szabályozásában betöltött szerepére utal, hogy a miR-130a és a miR-206 gátolja a neurotranszmitter substance P szintézisét humán mesenchymális őssejtből származó neuronális sejtekben, míg az interleukin-1α csökkenti a miRNS-ek expresszióját, ezáltal feloldva a gátlást (Greco és Rameshwar, 2007).

A neurális miRNS-ek kifejeződését és működését külső jelzések, köztük farmakológiai szerek is befolyásolják. Egy magzati egér agykéregből származó neuroszféra tenyésztési modellben, amelyben azt vizsgálják, hogy az etanol hogyan befolyásolja a magzati agy fejlődését, magas dózisú etanolról kimutatták, hogy elnyomja a miR-21, miR-335, miR-9 és miR-153 expresszióját, de alacsonyabb dózisú etanol indukálja a miR-335-öt (Sathyan és mtsai., 2007). A reaktív oxigénfajok megváltoztatják a miRNS-kifejeződést emberi agysejtkultúrákban (Lukiw és Pogue, 2007), ami az Alzheimer-kór szempontjából is releváns lehet (Lukiw, 2007). A miRNS-eket célzó pszichoterápiás gyógyszerek példájaként a lítium és a valproát, két fontos hangulati stabilizátor, hosszú távon befolyásolja a let-7b, let-7c, miR-128a, miR-24a, miR-30c, miR-34a, miR-221 és miR-144 expresszióját patkányok hippokampuszában (Zhou és mtsai., 2008). Ezeknek a miRNS-eknek a funkcióit még jobban meg kell határozni. A miRNS-ek részben közvetíthetik az etanol, a reaktív oxigénfajok vagy a hangulatstabilizátorok génexpresszióra gyakorolt hatását, és/vagy jelezhetik az agysejtek adaptív változásait. A megváltozott miRNS-ekből következtetni lehet a célgének expressziós változásaira, és tesztelni lehet azokat, hogy fényt derítsünk a különböző szerek és kezelések hatásmechanizmusaira. Az egyik ilyen vizsgálatban kimutatták, hogy a hosszú távú hiperoszmoláris stimuláció növeli a miR-7b szintjét a hipotalamuszban, és a miR-7b egyik célpontjaként a Fos-t azonosították, amely egy kritikus transzkripciós faktor, amely számos neurofarmakológiai szerre adott választ közvetít (Lee és mtsai., 2006). A miR-132 transzkripcióját pozitívan szabályozza a cAMP válaszelem-kötő fehérje, amely a Fos-hoz hasonlóan számos ingerre és neurális aktivitásra reagál (Vo és mtsai., 2005; Wayman és mtsai., 2008). A miR-132 lefelé szabályozza a p250GAP-ot, a GTPáz-aktiváló fehérjék Rac/Rho családjának tagját, amely korlátozza a neuritok kinövését. A miR-132 aktivitásvezérelt cAMP válaszelem kötőfehérje-függő termelése a p250GAP gátlását és a neuritok kinövését eredményezi, ezáltal hozzájárul a dendritikus plaszticitáshoz. A miR-132 másik célpontja a metil-CpG-kötő fehérje 2, egy általános transzkripciós represszor (Klein és mtsai., 2007). Ezenkívül a miR-132-t és egy másik agyspecifikus miRNS-t, a miR-129-et a fény és a cirkadián óra szabályozza, és viszont in vivo modulálják a cirkadián-időzítési folyamatot a suprachiasmatikus magban (Cheng és mtsai., 2007).

A gyorsan növekvő számú bizonyítékból egyértelmű, hogy a miRNS-ek sokféle folyamatban részt vevő gének expresszióját szabályozzák, hogy az emlős idegrendszer érésének és működésének számos lépését és aspektusát befolyásolják. A jövőbeli vizsgálatok azt fogják megvilágítani, hogy a miRNS-ek a transzkripciós faktorokkal, mRNS-kötő fehérjékkel és más szabályozó fehérjékkel együttműködve hogyan hatnak a génexpresszió időbeli és térbeli finomhangolására a belső és külső ingerekre adott válaszként.

miRNS-asszociáció az emberi neurológiai betegségekkel. A miRNS-ek aberráns expresszióját és működését összefüggésbe hozták a rák és más idegrendszeri betegségek kialakulásával. miRNS-ek differenciálisan expresszálódnak glioblasztómában és neuroblasztómában (Chan és mtsi., 2005; Ciafre és mtsi., 2005; Laneve és mtsi., 2007; Lukiw és mtsi., 2009; Silber és mtsi., 2008). A glioblasztómában például a miR-21, a miR-221 és a miR-222 szintje megnövekedett, a miR-7, a miR-124 és a miR-137 szintje viszont csökkent. a miR-21 egy feltételezett onkogén, amely gyakran túlreprezentált a rákos megbetegedésekben. A miR-221 és a miR-222 potenciális célpontjai közé tartozik a sejtciklus progresszióját gátló p27 és p57 (Gillies és Lorimer, 2007; Medina et al., 2008), míg a csökkent miR-7 az epidermális növekedési faktor receptor és az Akt útvonal expresszióját szabályozhatja fel (Kefas et al., 2008) és a Fos (Lee és mtsai., 2006).

Néhány Dicer knockout-vizsgálat mutatott ki a humán neurodegeneratív betegségekhez hasonló egérfenotípusokat (lásd fentebb), ami arra utal, hogy a globális és/vagy specifikus miRNS-ek elvesztése hozzájárulhat a betegségek kialakulásához. Emberekben a Tourette-szindróma egyik erős jelölt génjét, a SLIT és a Trk-like 1 gént kódoló mRNS 3′-transzlálatlan régiójában a miR-189 kötőhelyében egy egynukleotid-polimorfizmust azonosítottak (Abelson és mtsai., 2005). A nukleotidváltozás fokozza a miRNS által közvetített génrepressziót egy riportervizsgálat szerint. A miR-133b expressziója hiányos a Parkinson-kóros betegek középagyában, bár a miR-133b elvesztése és a Parkinson-kór közötti oksági kapcsolat még meghatározásra vár (Kim és mtsai., 2007). Számos miRNS differenciálisan expresszálódik a skizofréniában szenvedő betegek prefrontális kéregében (Perkins és mtsai., 2007) vagy az Alzheimer-kórban szenvedő betegek agyában (Lukiw, 2007; Lukiw és mtsai., 2008). A miR-146a például emelkedett az Alzheimer-kóros betegek agysejtjeiben, míg feltételezett célpontjának, a H komplement faktornak az expressziója csökkent. A miR-146a transzkripcióját a nukleáris faktor-κB serkenti (Taganov és mtsai., 2006; Lukiw és mtsai., 2008), ami összhangban van a gyulladásos és egyéb stresszválaszok részvételével az Alzheimer-kór patogenezisében. Az Alzheimer-kór továbbá összefügg az agyi miR-29 és miR-107 elvesztésével, amelyek normális esetben elnyomják a β-szekretáz expresszióját (Hebert és mtsai., 2008; Wang és mtsai., 2008). Végül a miRNS-ek megváltozott expressziójáról, köztük a csökkent miR-132-ről számoltak be Huntington-kórban szenvedő betegeknél (Johnson és mtsai., 2008). Miután a miRNS-expresszió és a neurológiai rendellenességek között összefüggést állapítottak meg, ijesztő feladat a miRNS-ek hozzájárulásának tisztázása ezekhez a különböző betegségekhez.

Terápiás beavatkozás a miRNS-ekről szerzett ismereteink alapján. A miRNS-ek különböző betegségekben való eltérő expressziója miatt csábító a miRNS-ek túlexpressziója vagy a miRNS-ek működésének gátlása az ilyen betegségek kezelésére. Bár minden eredmény még csak előzetes, a miR-21 működésének gátlása bizonyítottan apoptózist indukál glioblasztóma sejtekben, és egerekben érzékennyé teszi a sejteket a citotoxikus tumorterápiára (Chan és mtsai., 2005; Corsten és mtsai., 2007). A miR-221 és a miR-222 túlexpressziója glioblasztóma sejtekben elősegíti a sejtciklus korai belépését, ami sejthalálhoz vezet (Medina és mtsai., 2008). Hasonlóképpen, a miR-7 overexpressziója csökkenti a primer glioblastoma vonalak életképességét és invazivitását in vitro (Kefas és mtsai., 2008). Ezek a vizsgálatok azt mutatják, hogy a differenciált miRNS-expressziónak funkcionális következményei vannak, és hogy a miRNS-ek gyógyszeres beavatkozás célpontjaiként szolgálhatnak. Például koleszterin-konjugált miRNS-ek vagy inhibitoraik, illetve azok vírusos expressziós vektorai célzott injekcióval az agyba juttathatók a miRNS-funkció megváltoztatására. Másrészt olyan gyógyszereket lehet kifejleszteni, amelyek szabályozzák a miRNS-expressziót, vagy amint feltárják a miRNS-ek downstream effektorait, ezek is gyógyszercélpontokká válnak.

Mesterséges miRNS-eket vagy rövid hajtű RNS-eket is terveztek és használtak a génexpresszió elnyomására RNS-interferencián keresztül betegségmodellekben. Ilyen esetekben a miRNS-ek kis interferáló RNS-ekként működnek, hogy vírusos géneket vagy betegségeket okozó ismert endogén géneket célozzanak meg. Egy vizsgálatban a lentivirális kódolt rövid hajtű RNS-ek egyszeri intrakraniális beadása megvédi az egereket a japán agyvelőgyulladás vírusa által kiváltott halálos agyvelőgyulladástól (Kumar és mtsai., 2006). Egy másik vizsgálatban az 1-es típusú spinocerebelláris ataxia betegségért felelős fehérje, a mutáns ataxin-1 ellen rövid hajtű RNS-eket expresszáló rekombináns adeno-asszociált vírusok intracerebelláris injekciója javította a motoros koordinációt, helyreállította a kisagy morfológiáját, és csökkentette a nukleáris ataxin-1 zárványokat egy egér betegségmodellben (Xia és mtsai., 2004). Egy harmadik vizsgálat a Huntington-kórra irányul (McBride és mtsai., 2008), amelyet egy dominánsan mutáns huntingtin fehérje okoz. A fehérje elleni mesterséges miRNS-eket rekombináns adeno-asszociált vírusok kódolják, és a mutáns humán huntingtin fehérjét expresszáló egerek striatumába injekcióval juttatják be. A miRNS-ek képesek csökkenteni a mutáns huntingtin expresszióját anélkül, hogy nyilvánvaló toxicitást okoznának az egér agyában.

Jövőbeli kilátások. Kétségtelen, hogy a validált miRNS-célpontok és funkciók gyűjteménye a közeljövőben gyors ütemben fog bővülni. A miRNS-eknek az idegrendszer szabályozásában betöltött összetett szerepének további megértéséhez rendkívül hasznos lesz az alábbi kérdések közül többnek a kezelése. Először is, lehetséges-e finomítani a miRNS-expresszió felbontását a fejlődő és érett idegrendszer számos különböző típusú és altípusú sejtjének figyelembevételével? Továbbá, dinamikus-e a miRNS-ek szubcelluláris lokalizációja, és térben szabályozott-e a miRNS-funkció egy idegsejtben? Másodszor, rendszerszintű vagy globális szemléletet kell alkalmazni annak értékelésére, hogy a miRNS-expresszióban bekövetkező változások hogyan vezetnek a fehérjeexpresszió változásaihoz és végső soron a fenotípusok változásaihoz. Egy miRNS-nek valószínűleg számos célpontja van. Bár a közzétett jelentések minden miRNS esetében jellemzően csak egy olyan célpontot vizsgáltak, amelynek aktivitása összhangban van a miRNS általános funkciójával, nagyon valószínű, hogy egy miRNS olyan géneket szabályozhat, amelyek pozitívan és negatívan is szabályoznak egy adott folyamatot in vivo. A miRNS-ek hatása más szabályozó molekulák (pl. transzkripciós faktorok) hatásával is integrálódik. Harmadszor, a genetikai megközelítések (pl. az egyes miRNS-ek feltételes kiütése) határozottabb válaszokat fognak adni a miRNS-ek emlősök idegrendszerében betöltött funkcióiról. A férgeken, legyeken és zebrahalakon végzett genetikai elemzések nagymértékben előmozdították a miRNS-ekkel kapcsolatos ismereteinket, és valóban számos, az emlősök rendszerére vonatkozó megállapítást előre jeleztek vagy megerősítettek. Végül meg kell állapítani a miRNS-ek és a neurológiai rendellenességek közötti ok-okozati összefüggéseket, és az ilyen információkat fel kell használni új terápiás stratégiák kidolgozásához.