PMC

Het zenuwstelsel ondergaat tijdens zijn ontwikkeling uitgebreide veranderingen in patroon, remodellering, en celspecificatie. Bij volwassen zoogdieren bestaat het uit netwerken van cellen die elk orgaan en deel van het lichaam bereiken om impulsen heen en weer te geleiden om essentiële fysiologische reacties op interne en externe stimuli tijdig te controleren. Om zijn taken te vervullen maakt het zenuwstelsel gebruik van een groot aantal cellen met verschillende eigenschappen om uiterst complexe structuren te vormen en is het voor zijn ontwikkeling en functie afhankelijk van een reeks uitgebreide genreguleringsmechanismen. microRNA’s (miRNA’s) zijn toegevoegd als de nieuwste hoofdrolspelers in de regulering van het zenuwstelsel. miRNA’s zijn een klasse van overvloedige, ongeveer 22-nucleotide lange RNA’s die endogeen tot expressie komen in een breed scala van organismen en in elk celtype van de organismen. Door de expressie van een groot aantal eiwit-coderende genen te reguleren, controleren miRNAs een verscheidenheid van belangrijke biologische processen (Ambros, 2004). Dit overzicht geeft een samenvatting van onze huidige kennis over de rol van miRNAs in het zenuwstelsel van zoogdieren.

miRNAs: de Biogenese en de Werkingsmechanismen. Een miRNA kan zich binnen een intron of exon van een gastheergen bevinden of een onafhankelijke transcriptie-eenheid vormen (Rodriguez et al., 2004). Het wordt aanvankelijk getranscribeerd als onderdeel van een veel langer primair transcript, gewoonlijk door RNA polymerase II (Cullen, 2004). Bij zoogdieren wordt het transcript gekliefd door een RNase, Drosha genaamd, samen met zijn regulerende subeenheid DGCR8, om een ongeveer 65-nucleotide haarspeld precursor in de kern vrij te maken. Een klein aantal precursoren kan ook op een Drosha-onafhankelijke manier worden gegenereerd (Berezikov et al., 2007; Okamura et al., 2007; Ruby et al., 2007). De precursor wordt vervolgens geëxporteerd naar het cytoplasma door Exportin5 en zijn Ran cofactor gebonden aan GTP. Eenmaal in het cytoplasma wordt de precursor verder verwerkt door een ander RNase, Dicer, om een ongeveer 22 basenpaar RNA duplex intermediair te produceren. De binding van een Argonaute-eiwit aan de duplex en de daaropvolgende structurele herschikkingen resulteren in de retentie van het rijpe, enkelstrengs miRNA in het Argonaute: miRNA-complex. Net als mRNA-expressie kan miRNA-expressie transcriptioneel en post-transcriptioneel worden gereguleerd, en enkele voorbeelden daarvan zullen later worden besproken.

Het Argonaute:miRNA-complex medieert de directe biologische effecten van het miRNA via RNA-interferentie en verwante mechanismen (He en Hannon, 2004). Van talrijke eiwitten is gemeld dat zij met het Argonaute-eiwit interageren, hoewel hun verdere functies niet met zekerheid zijn vastgesteld. Het miRNA-gedeelte zorgt duidelijk voor specificiteit in het RNA-silencingproces door zich te binden aan zijn doelsequentie, die zich gewoonlijk in de 3′-onvertaalde regio’s van een dierlijk mRNA bevindt. Complementariteit tussen het 5′-uiteinde van het miRNA, de zogenaamde zaadregio, en het doel-mRNA lijkt onevenredig kritisch te zijn voor de bindingspecificiteit, terwijl het 3′-uiteinde van het miRNA minder bijdraagt aan de doelherkenning (Lewis et al., 2005). Omdat een dierlijk miRNA bijna nooit perfect gematcht is met zijn doelwitten, en gedeeltelijke complementariteiten inderdaad voldoende zijn voor miRNA functie, kan een miRNA de expressie van honderden genen reguleren; anderzijds kan een mRNA meerdere miRNA-targeting sites bevatten (Lewis et al., 2005; Xie et al., 2005; Miranda et al., 2006). De interactie tussen een miRNA en zijn doel-mRNA leidt in hoofdzaak tot een verminderde productie van het doelgenproduct (d.w.z. eiwit), hoewel het gedetailleerde mechanisme onduidelijk blijft (Filipowicz et al., 2008). Het Argonaute-eiwit interageert waarschijnlijk met de vertaalmachine om de eiwitsynthese te remmen, wat in verschillende stadia (bv. de initiatie- en elongatiestappen) tijdens de translatie kan gebeuren, misschien afhankelijk van de aard van het miRNA en het doeltranscript. mRNA’s die niet kunnen worden vertaald, vertonen vaak ook een verminderde accumulatie. Aan miRNA’s zijn ook andere werkingsmechanismen toegeschreven. Zo kunnen miRNA’s de genexpressie in cyclische gekweekte cellen onderdrukken, maar de genexpressie in gestopte cellen versterken (Vasudevan en Steitz, 2007; Vasudevan et al., 2007). Hoewel deze laatste mogelijkheid belangrijke implicaties heeft voor postmitotische neuronen, zijn de onderzoeksinspanningen tot nu toe gericht geweest op het begrijpen van miRNA-gemedieerde genrepressie in het zenuwstelsel.

Er zijn ongeveer 600 menselijke miRNA-genen in de huidige miRNA-database, die coderen voor ongeveer 1000 potentiële miRNAs (Griffiths-Jones et al., 2008). Vele daarvan zijn evolutionair geconserveerd in zoogdieren, sommige zelfs in wormen en vliegen. miRNA genen worden genoemd in de volgorde van hun ontdekking, zoals miR-1, miR-2, enz., rekening houdend met het behoud van de soorten, met uitzondering van lin-4 en let-7, die de eerste twee miRNAs zijn die ooit zijn geïdentificeerd. miRNA ontdekking is sterk vergemakkelijkt door massale sequencing inspanningen en door computer programma voorspelling gevolgd door bevestiging met gevoelige polymerase kettingreactie methoden. Deze benaderingen hebben echter nadelen. Een klein aantal miRNA’s is waarschijnlijk verkeerd geannoteerd en vertegenwoordigt in plaats daarvan afbraakproducten van niet-gerelateerde transcripten (Berezikov et al., 2006a). Bovendien, omdat een miRNA werkt door binding aan zijn doel-mRNA’s, die mogelijk in de honderden lopen, hangt de functie van een miRNA kritisch af van zijn massa. Het aantal kopieën van de meest voorkomende miRNA’s kan ruim boven de 10.000 per cel of neuron liggen (Lim et al., 2003; Kye et al., 2007), maar het is mogelijk dat bepaalde miRNA’s in de databank op een te laag niveau tot expressie komen om effectief te zijn tegen de meeste van zijn anders potentiële doelwitten. Anderzijds, zelfs als een miRNA zelden in een totaal weefselmonster wordt gevonden, kan het nog steeds functioneel zijn als het sterk beperkt is tot een subpopulatie van cellen van een bepaald celtype of ontwikkelingsstadium, wat relevant kan zijn voor de situatie in het zenuwstelsel.

miRNA Expressie in het Zenuwstelsel. Net als andere weefsels en cellen komen ook in het zenuwstelsel en neurale cellijnen miRNA’s tot expressie, waarvan sommige verrijkt of uniek zijn in het weefsel en de neurale cellen (bijv. miR-9, miR-124, miR-125, miR-128, en 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 and Bartel, 2005; Berezikov et al., 2006b; Hohjoh and Fukushima, 2007a; Landgraf et al., 2007; Bak et al., 2008). Het aantal miRNA genen dat tot expressie komt in het zenuwstelsel lijkt groter te zijn dan dat in veel andere organen, wat misschien deels een weerspiegeling is van het feit dat het zenuwstelsel veel soorten en subtypes cellen bevat. Om de complexiteit van miRNA expressie te begrijpen, hebben deze studies verder aangetoond dat anatomisch verschillende gebieden van het volwassen centrale zenuwstelsel (b.v. cerebellum, hypothalamus, en hippocampus) vergelijkbare miRNAs tot expressie brengen, maar relatieve miRNA niveaus kunnen significant variëren in verschillende regio’s.

miRNA expressie tijdens neuronale differentiatie en neuro-ontwikkeling is ook onderzocht. Behandeld met all-trans-retinoïnezuur zullen embryonale carcinomcellen zich terminaal differentiëren in neuron-achtige cellen. Samen met de morfologische veranderingen wordt de expressie van miRNA’s zoals miR-9, miR-124 en miR-125 in de loop van de tijd aanzienlijk geïnduceerd, wat suggereert dat deze miRNA’s een rol kunnen spelen bij de differentiatie of de bepaling van het celdoel, naast hun potentiële functies bij volwassenen (Sempere et al., 2004; Smirnova et al., 2005; Hohjoh and Fukushima, 2007b). Veel miRNAs die niet specifiek zijn voor het zenuwstelsel zijn ook aangetast. Zo is de let-7 familie van miRNA’s sterk opgehoogd, wat waarschijnlijk een meer algemene invloed heeft op het differentiatie- en ontwikkelingsproces. Soortgelijke en diepgaande veranderingen in miRNA-expressie worden waargenomen wanneer embryonale stamcellen neurogenese en gliogenese ondergaan (Smirnova et al., 2005; Krichevsky et al., 2006). Verder is aangetoond dat miR-124 en miR-128 bij voorkeur tot expressie komen in neuronen, terwijl miR-23, miR-26, en miR-29 beperkt zijn tot of verrijkt zijn in astrocyten (Smirnova et al., 2005). miRNA expressie profiel tijdens de ontwikkeling van het zenuwstelsel bij zoogdieren is ook onderzocht, en ook hier wordt een in de tijd gereguleerde golf van miRNA expressie waargenomen (Krichevsky et al., 2003; Miska et al., 2004; Smirnova et al., 2005; Wheeler et al., 2006; Dogini et al., 2008). Al deze resultaten suggereren dat miRNA expressie profiel kan dienen als een marker van neuronale ontwikkeling en dat specifieke miRNAs kunnen bijdragen aan het ontwikkelingsproces.

miRNAs zijn geïsoleerd uit polysomen in gekweekte neuronen, consistent met miRNA’s rol in het controleren van translatie (Kim et al., 2004; Nelson et al., 2004). Een strategisch facet van genregulatie in neurale cellen is dat veel mRNAs geconcentreerd zijn in de buurt van specifieke structuren om lokale, activiteit-gereguleerde eiwitsynthese te verzekeren. Het is denkbaar dat sommige miRNAs ook dergelijke subcellulaire distributiepatronen volgen. In feite is selectieve verrijking of depletie van miRNAs in de dendrieten gerapporteerd (Schratt et al., 2006; Kye et al., 2007). Deze resultaten suggereren dat miRNAs, net als sequentie-specifieke mRNA-bindende eiwitten, genexpressie lokaal zouden kunnen reguleren om synaptische plasticiteit in neurale cellen te beïnvloeden.

miRNA Functie: Lessen uit de studies van het globale verlies van miRNAs. Voorwaardelijke knock-outs van Dicer, het gen dat nodig is voor miRNA biogenese, zijn uitgebreid gebruikt om de collectieve rol van miRNAs in specifieke weefsels en celtypes in muizen te onderzoeken. Verlies van Dicer in rijpe Purkinje cellen wordt gevolgd door een snelle verspreiding van miRNAs zonder directe invloed op de cel fysiologie of functie (Schaefer et al., 2007). Niettemin, celdood uiteindelijk optreedt, wat leidt tot progressieve cerebellaire degeneratie en de ontwikkeling van ataxie, die neurodegeneratieve aandoeningen weerspiegelt bij de mens. Dicer ablatie in postmitotische dopaminerge neuronen in de middenhersenen leidt ook tot een progressief verlies van de neuronen in vitro en in vivo, en mutante muizen hebben een duidelijk verminderde motoriek, wat doet denken aan patiënten met de ziekte van Parkinson (Kim et al., 2007). Homozygote knock-out van Dicer, beginnend op embryonale dag 15,5, in de cortex en hippocampus van muizen resulteert in veranderingen in dendrietmorfologie, apoptose, microcefalie, ataxie, en dood tegen 3 weken na de geboorte (Davis et al., 2008). Muizen met Dicer verlies in striatale dopaminoceptieve neuronen vertonen ook gedrags-en neuro-anatomische fenotypen, hoewel, in tegenstelling tot neuronen gericht in de andere studies, de aangetaste neuronen overleven gedurende de levensduur van de dieren, die ongeveer 10 weken is (Cuellar et al., 2008). Dicer is verder vereist voor olfactorische differentiatie in het embryo, het onderhoud van olfactorische progenitors, en de differentiatie van olfactorische precursors, terwijl het overbodig is voor de juiste functie van de volwassen neuronen in muizen (Choi et al., 2008). Een onderliggende oorzaak van deze fenotypes kan zijn dat miRNA depletie leidt tot een zeer geleidelijk verlies van belangrijke eiwitten en/of accumulatie van bepaalde eiwitten tot een niveau dat uiteindelijk toxisch is voor de cellen. Het blijft onduidelijk of sommige van de waargenomen fenotypes het gevolg zijn van het verlies van miRNA-onafhankelijke functies van Dicer, omdat Dicer ook andere kleine RNA’s, zoals kleine interfererende RNA’s, verwerkt. Haploinsufficiëntie van DGCR8, een ander gen dat betrokken is bij miRNA verwerking, resulteert ook in verminderde miRNA expressie en neuronale en gedragsstoornissen bij muizen (Stark et al., 2008). Over het geheel genomen, kan er een zeer sterke zaak worden gemaakt voor de belangrijke functies van miRNAs in neuronale differentiatie en overleving, wat consistent is met de alomtegenwoordige expressie van miRNAs en hun functies in andere weefsels.

miRNA Functie: Lessen uit de studies van individuele miRNAs. De functies van afzonderlijke miRNA’s in zich ontwikkelende neuronen zijn onderzocht. In dezelfde studie die de gecombineerde rol van miRNAs in het behoud van dopaminerge neuronen in de middenhersenen aantoonde (Kim et al., 2007), werd miR-133b gevonden om de differentiatie van deze neuronen van embryonale stamcellen en middenhersenkweken te onderdrukken. De auteurs identificeerden een doelwit van miR-133b als de transcriptiefactor Pitx3, die normaal genexpressie activeert in dopaminerge neuronen. Choi et al. (2008) toonden aan dat miR-200 essentieel is voor de differentiatie van olfactorische progenitorcellen en dat zijn functie kan afhangen van zijn vermogen om de Notch en transformerende groeifactor-β signaalwegen en Foxg1 te targetten. Een ander wellicht het best bestudeerd voorbeeld is miR-124, een overvloedig en kenmerkend miRNA in neuronen. miR-124 expressie is laag in embryonale stamcellen en neuronale voorlopercellen maar stijgt dramatisch in neuronen. Vroege overexpressie van miR-124 samen met een andere abundante miRNA, miR-9, verschuift precursor differentiatie naar neuronen, wat suggereert dat miR-124 en miR-9 neuronale differentiatie stimuleren (Krichevsky et al., 2006). In een aparte studie bevordert miR-124 overexpressie, terwijl remming van miR-124 functie de uitgroei van neuronen vertraagt (Yu et al., 2008). miR-124 kan neuronale eigenschappen verlenen aan cellen, omdat miR-124 overexpressie in HeLa cellen veel genen down-reguleert waarvan de expressie afwezig is in neuronen (Lim et al., 2005), terwijl het blokkeren van miR-124 activiteit in rijpe neuronen de niveaus van niet-neuronale mRNAs verhoogt (Conaco et al., 2006). miR-124 oefent zijn functies uit via tenminste drie mechanismen. Ten eerste remt het de expressie van het kleine C-terminale domein fosfatase 1, een component van de RE1-silcerende transcriptie-repressor (Visvanathan et al., 2007). In niet-neuronale weefsels schakelt de RE1-silencing transcriptie repressor de transcriptie van vele neuronale genen uit, waaronder miR-124 (Conaco et al., 2006), wat een opkomend voorbeeld is van kritische transcriptie factoren die de expressie van zowel mRNAs als miRNAs reguleren. Als gevolg van een toename van miR-124 in neuronen, wordt de transcriptie van vele neuronale specifieke genen geïnduceerd. Ten tweede blokkeert miR-124 de expressie van polypyrimidine tract-binding protein 1, een globale repressor van neuron-specifieke, alternatieve exon inclusie in niet-neuronale cellen (Makeyev et al., 2007). Aldus beheert miR-124 twee master regulatoren om de expressie van een breed spectrum van genen te beïnvloeden. Ten derde, miR-124 target direct veel genen die betrokken zijn bij cytoskelet regulatie, wat zijn functie in het bevorderen van neurite uitgroei kan verklaren (Yu et al., 2008). miR-124 heeft waarschijnlijk ook veel andere directe targets.

In volwassen neuronen, miRNA-gereguleerde lokale eiwitsynthese bij synapsen is een aantrekkelijk model voor het tot stand brengen van synaptische plasticiteit. In rat hippocampale neuronen is miR-134 geconcentreerd in het synaptodendritische compartiment (Schratt et al., 2006). Overexpressie van miR-134 vermindert het volume van dendritische wervelkolom significant, wat de synaptische sterkte benadert, terwijl remming van miR-134 het volume van de wervelkolom doet toenemen. Aan de dendrieten verhindert miR-134 de translatie van het lim-domain bevattende proteïne kinase 1 (Limk1), een regulator van actine filament dynamica. Overexpressie van Limk1 gaat de effecten van miR-134 op de morfologie van de wervelkolom tegen, wat aangeeft dat remming van Limk1 expressie een belangrijke route is waarlangs miR-134 de grootte van dendritische wervelkolommen beperkt. De functionele interactie tussen Limk1 en miR-134 kan gereguleerd worden door neuronale activiteiten, omdat ze verlicht wordt door de brain-derived neurotrophic factor die vrijkomt bij synaptische stimulatie via nog te bepalen mechanismen. De implicatie is dat als de associatie van een miRNA, net als die van RNA-specifieke bindingseiwitten, met een doel-mRNA of mRNA’s wordt gecontroleerd door een stimulus, de stimulus de interactie tussen het miRNA en mRNA(s) kan moduleren om de genexpressie snel en gecoördineerd te reguleren. Hoewel miR-134 tot nu toe het enige miRNA van zoogdieren is waarvan is aangetoond dat het een gelokaliseerde functie heeft in neuronen, suggereert de bevinding dat eiwitten die betrokken zijn bij miRNA biogenese en functie aanwezig zijn in postsynaptische dichtheden, axonen, en groeikegels dat de specifieke functies van aanvullende miRNAs op dergelijke locaties kunnen worden geïdentificeerd (Lugli et al., 2005; Hengst and Jaffrey, 2007). Een aanwijzing voor een rol van miRNA’s bij de controle van de afgifte van neurotransmitters is dat miR-130a en miR-206 de synthese van de neurotransmitter substance P remmen in menselijke mesenchymale stamcel-afgeleide neuronale cellen, terwijl interleukine-1α de expressie van de miRNA’s vermindert en zo de remming opheft (Greco and Rameshwar, 2007).

De expressie en functie van neurale miRNAs wordt beïnvloed door externe cues, waaronder farmacologische middelen. In een foetaal muis cerebrale cortex-afgeleid neurosfeer cultuurmodel om te bestuderen hoe ethanol de foetale hersenontwikkeling beïnvloedt, blijkt een hoge dosis ethanol de expressie van miR-21, miR-335, miR-9, en miR-153 te onderdrukken, maar een lagere dosis ethanol induceert miR-335 (Sathyan et al., 2007). Reactieve zuurstof species veranderen miRNA expressie in menselijke hersencel culturen (Lukiw and Pogue, 2007), een situatie die relevant kan zijn voor de ziekte van Alzheimer (Lukiw, 2007). Als voorbeeld van psychotherapeutische middelen die miRNAs aanpakken, beïnvloeden lithium en valproaat, twee belangrijke stemmingsstabilisatoren, de lange-termijn expressie van let-7b, let-7c, miR-128a, miR-24a, miR-30c, miR-34a, miR-221, en miR-144 in de hippocampus van ratten (Zhou et al., 2008). Functies van deze miRNAs moeten beter gedefinieerd worden. De miRNAs zouden gedeeltelijk de effecten van ethanol, reactieve zuurstofspecies, of stemmingsstabilisatoren op genexpressie kunnen mediëren, en/of zij zouden de adaptieve veranderingen in hersencellen kunnen aangeven. Uit de veranderde miRNA’s kan men de expressieveranderingen in hun doelgenen afleiden en testen om licht te werpen op de werkingsmechanismen van verschillende middelen en behandelingen. In één zo’n studie is aangetoond dat langdurige hyperosmolaire stimulatie de miR-7b niveaus in de hypothalamus verhoogt, en een miR-7b doelwit is geïdentificeerd als Fos, een kritische transcriptiefactor die de respons op veel neurofarmacologische middelen medieert (Lee et al., 2006). De transcriptie van miR-132 wordt positief gecontroleerd door het cAMP respons element bindend eiwit, dat net als Fos reageert op een breed scala aan stimuli en neurale activiteiten (Vo et al., 2005; Wayman et al., 2008). miR-132 down-reguleert p250GAP, een lid van de Rac/Rho familie van GTPase-activerende eiwitten die de uitgroei van neurieten beperkt. Activiteitsgestuurde cAMP response element binding protein-afhankelijke productie van miR-132 resulteert in remming van p250GAP en neurite outgrowth, en draagt zo bij tot dendritische plasticiteit. Een tweede doelwit van miR-132 is het methyl CpG-bindend eiwit 2, een algemene transcriptie-repressor (Klein et al., 2007). Bovendien worden miR-132 en een ander hersenspecifiek miRNA, miR-129, gecontroleerd door licht en de circadiane klok en moduleren zij op hun beurt het circadiane-timing proces in de suprachiasmatische kern in vivo (Cheng et al., 2007).

Uit de snel groeiende hoeveelheid bewijsmateriaal blijkt duidelijk dat miRNAs de expressie reguleren van genen die betrokken zijn bij een divers scala aan processen om zo vele stappen en aspecten van de maturatie en werking van het zoogdieren zenuwstelsel te beïnvloeden. Toekomstige studies zullen ophelderen hoe miRNAs, in samenspel met transcriptiefactoren, mRNA bindende eiwitten en andere regulerende eiwitten, genexpressie fijnregelen in reactie op interne en externe stimuli, zowel in tijd als ruimte.

miRNA Associatie met Neurologische Ziekten bij de Mens. Afwijkende miRNA expressie en functie is betrokken bij kanker en andere aandoeningen in het zenuwstelsel. miRNAs komen differentieel tot expressie in glioblastoma en neuroblastoma (Chan et al., 2005; Ciafre et al., 2005; Laneve et al., 2007; Lukiw et al., 2009; Silber et al., 2008). Bijvoorbeeld, glioblastoma heeft verhoogde niveaus van miR-21, miR-221, en miR-222 maar verlaagde niveaus van miR-7, miR-124, en miR-137. miR-21 is een verdacht oncogen dat vaak overexpressed is in kankers. Mogelijke doelwitten van miR-221 en miR-222 zijn p27 en p57, remmers van de celcyclusprogressie (Gillies and Lorimer, 2007; Medina et al., 2008), terwijl verlaagde miR-7 de expressie van de epidermale groeifactorreceptor en de Akt-route kan up-reguleren (Kefas et al,

Telbare Dicer knockout studies hebben bij muizen fenotypes aangetoond die lijken op die van menselijke neurodegeneratieve ziekten (zie boven), wat suggereert dat het verlies van globale en/of specifieke miRNAs kan bijdragen tot de ziekten. Bij de mens is een enkel-nucleotide polymorfisme in de miR-189 bindingsplaats in de 3′-onvertaalde regio van het mRNA dat codeert voor een sterk kandidaat-gen voor het syndroom van Gilles de la Tourette, SLIT en Trk-like 1, geïdentificeerd (Abelson et al., 2005). De nucleotide verandering versterkt miRNA-gemedieerde genrepressie, volgens een reporter assay. miR-133b expressie is deficiënt in de middenhersenen van patiënten met de ziekte van Parkinson, hoewel de oorzakelijke relatie tussen miR-133b verlies en de ziekte van Parkinson nog moet worden vastgesteld (Kim et al., 2007). Een aantal miRNAs worden differentieel tot expressie gebracht in de prefrontale cortex van patiënten met schizofrenie (Perkins et al., 2007) of in de hersenen van patiënten met de ziekte van Alzheimer (Lukiw, 2007; Lukiw et al., 2008). Bijvoorbeeld, miR-146a is verhoogd in de hersencellen van patiënten met de ziekte van Alzheimer, terwijl de expressie van zijn vermoedelijke doelwit, complement factor H, verlaagd is. Transcriptie van miR-146a wordt gestimuleerd door de nucleaire factor-κB (Taganov et al., 2006; Lukiw et al., 2008), wat consistent is met de betrokkenheid van ontstekings- en andere stressreacties in de pathogenese van de ziekte van Alzheimer. De ziekte van Alzheimer is verder gecorreleerd met het verlies van miR-29 en miR-107 in de hersenen, die normaliter de expressie van β-secretase onderdrukken (Hebert et al., 2008; Wang et al., 2008). Tenslotte wordt een veranderde expressie van miRNAs, inclusief een verlaagde miR-132, gerapporteerd bij patiënten met de ziekte van Huntington (Johnson et al., 2008). Zodra een correlatie is vastgesteld tussen miRNA expressie en neurologische aandoeningen, is het een ontmoedigende taak om de bijdrage van miRNAs aan deze verschillende ziekten op te helderen.

Therapeutische Interventie Gebaseerd op Onze Kennis van miRNAs. Vanwege de differentiële expressie van miRNAs bij diverse ziekten, is het verleidelijk miRNAs te overexpresseren of de miRNA-functie te remmen om dergelijke kwalen te behandelen. Hoewel de resultaten nog preliminair zijn, is aangetoond dat remming van de miR-21 functie apoptose induceert in glioblastoma cellen en de cellen gevoelig maakt voor cytotoxische tumortherapie in muizen (Chan et al., 2005; Corsten et al., 2007). Overexpressie van miR-221 en miR-222 in glioblastoma cellen bevordert voortijdige ingang van de celcyclus, wat leidt tot celdood (Medina et al., 2008). Evenzo vermindert miR-7 overexpressie de levensvatbaarheid en invasiviteit van primaire glioblastoma lijnen in vitro (Kefas et al., 2008). Deze studies tonen aan dat differentiële miRNA expressie functionele gevolgen heeft en dat de miRNAs kunnen dienen als doelwitten voor medicijninterventie. Bijvoorbeeld, cholesterol-geconjugeerde miRNAs of hun remmers, of hun virale expressievectoren, kunnen door gerichte injectie in de hersenen worden ingebracht om de miRNA functie te veranderen. Anderzijds kunnen geneesmiddelen worden ontwikkeld die miRNA-expressie reguleren, of zodra de downstream-effectoren van de miRNA’s zijn onthuld, zullen zij ook drug targets worden.

Kunstmatige miRNA’s of korte haarspeld RNA’s zijn ook ontworpen en gebruikt om genexpressie via RNA-interferentie in ziektemodellen te onderdrukken. In dergelijke gevallen fungeren de miRNA’s als kleine interfererende RNA’s om virale genen of endogene genen waarvan bekend is dat zij ziekten veroorzaken, aan te pakken. In één studie beschermt een eenmalige intracraniële toediening van lentiviraal gecodeerde short hairpin RNA’s muizen tegen dodelijke encefalitis, veroorzaakt door het Japanse encefalitisvirus (Kumar et al., 2006). In een andere studie verbeterde de intracerebellaire injectie van recombinant adeno-geassocieerd virus dat korte haarspeld RNA’s uitdrukt tegen gemuteerd ataxine-1, het eiwit dat verantwoordelijk is voor de ziekte spinocerebellaire ataxie type 1, de motorische coördinatie, herstelde de cerebellaire morfologie en verminderde nucleaire ataxine-1 insluitingen in een ziektemodel bij muizen (Xia et al., 2004). Een derde studie is gericht op de ziekte van Huntington (McBride et al., 2008), die wordt veroorzaakt door een dominant gemuteerd huntingtin-eiwit. Kunstmatige miRNA’s tegen het eiwit worden gecodeerd door recombinante adeno-geassocieerde virussen en via injectie toegediend aan het striatum van muizen die het mutante menselijke huntingtin-eiwit tot expressie brengen. De miRNA’s zijn in staat de expressie van het mutante huntingtin te verminderen zonder een duidelijke toxiciteit in de hersenen van de muis te veroorzaken.

Toekomstperspectief. Het lijdt geen twijfel dat de verzameling gevalideerde miRNA-doelen en -functies zich in de nabije toekomst in een snel tempo zal uitbreiden. Om ons begrip van de complexe rol van miRNAs in de regulering van het zenuwstelsel te vergroten, zal het zeer nuttig zijn om een aantal van de volgende kwesties aan te pakken. Ten eerste, is het mogelijk om de resolutie van miRNA expressie te verfijnen om de vele verschillende types en subtypes van cellen in het ontwikkelende en volwassen zenuwstelsel tegemoet te komen? Bovendien, is de subcellulaire lokalisatie van miRNAs dynamisch, en is miRNA functie ruimtelijk gereguleerd in een neurale cel? Ten tweede, zou een systeem of globale visie moeten worden aangenomen om te evalueren hoe veranderingen in miRNA expressie leiden tot veranderingen in eiwit expressie en, uiteindelijk, tot veranderingen in fenotypes. Een miRNA heeft waarschijnlijk vele doelwitten. Hoewel in gepubliceerde rapporten voor elk miRNA meestal slechts één van zijn doelwitten is onderzocht waarvan de activiteit consistent is met de algehele functie van het miRNA, is het zeer waarschijnlijk dat een miRNA genen kan reguleren die zowel een positief als een negatief effect hebben op een bepaald proces in vivo. De acties van miRNAs zijn ook geïntegreerd met de acties van andere regulerende moleculen (b.v. transcriptiefactoren). Ten derde zullen genetische benaderingen (bv. conditionele knock-out van individuele miRNAs) ons meer definitieve antwoorden geven over de functies van miRNAs in het zenuwstelsel van zoogdieren. Genetische analyses in wormen, vliegen en zebravissen hebben onze kennis van miRNA’s sterk vooruitgeholpen en hebben inderdaad veel bevindingen in het zoogdiersysteem voorspeld of bevestigd. Tenslotte moeten de oorzakelijke verbanden tussen miRNAs en neurologische aandoeningen worden vastgesteld, en dergelijke informatie moet worden gebruikt om nieuwe therapeutische strategieën te ontwikkelen.