PMC

Sistemul nervos suferă modificări extinse de modelare, remodelare și specificare celulară în timpul dezvoltării. La mamiferele mature, acesta este format din rețele de celule care ajung în fiecare organ și parte a corpului pentru a conduce impulsurile înainte și înapoi pentru a controla în timp util răspunsurile fiziologice esențiale la stimulii interni și externi. Pentru a-și îndeplini sarcinile, sistemul nervos utilizează un număr mare de celule cu proprietăți diferite pentru a forma structuri extrem de complexe și depinde de o serie de mecanisme elaborate de reglementare genetică pentru dezvoltarea și funcționarea sa. microARN-urile (miARN-urile) au fost adăugate ca fiind cei mai noi actori-cheie în reglementarea sistemului nervos. miARN-urile sunt o clasă de ARN-uri abundente, cu o lungime de aproximativ 22 de nucleotide, exprimate în mod endogen într-o gamă largă de organisme și în fiecare tip de celulă a organismelor. Prin reglarea expresiei unui număr mare de gene care codifică proteine, miARN-urile controlează o varietate de procese biologice importante (Ambros, 2004). Această recenzie rezumă înțelegerea noastră actuală a rolurilor miARN-urilor în sistemul nervos al mamiferelor.

miARN-urile: biogeneza și mecanismele de acțiune. Un miARN poate fi localizat în cadrul unui intron sau exon al unei gene gazdă sau poate constitui o unitate de transcripție independentă (Rodriguez et al., 2004). Acesta este transcris inițial ca parte a unui transcript primar mult mai lung, de obicei de către ARN polimeraza II (Cullen, 2004). La mamifere, transcriptul este scindat de o RNază numită Drosha, împreună cu subunitatea sa regulatoare DGCR8, pentru a elibera în nucleu un precursor de tip hairpin de aproximativ 65 de nucleotide. Un număr mic de precursori poate fi, de asemenea, generat într-un mod independent de Drosha (Berezikov et al., 2007; Okamura et al., 2007; Ruby et al., 2007). Precursorul este apoi exportat în citoplasmă de către Exportin5 și cofactorul său Ran legat de GTP. Odată ajuns în citoplasmă, precursorul este prelucrat în continuare de o altă RNază, Dicer, pentru a produce un ARN duplex intermediar de aproximativ 22 de perechi de baze. Legarea unei proteine Argonaute la duplex și rearanjamentele structurale care urmează au ca rezultat reținerea miARN-ului matur, monocatenar, în complexul Argonaute: miARN. La fel ca și expresia ARNm, expresia miARN poate fi reglată transcripțional și post-transcripțional, iar unele dintre exemple vor fi discutate mai târziu.

Complexul Argonaute:miARN mediază efectele biologice directe ale miARN prin intermediul interferenței ARN și al mecanismelor conexe (He și Hannon, 2004). Au fost raportate numeroase proteine care interacționează cu proteina Argonaute, deși funcțiile lor ulterioare nu au fost stabilite cu fermitate. Fracțiunea miARN asigură în mod clar specificitatea procesului de reducere la tăcere a ARN-ului prin legarea la secvența sa țintă, situată de obicei în regiunile 3′ netranslate ale unui ARNm animal. Complementaritatea dintre capătul 5′ al miARN-ului, așa-numita regiune de semințe, și ARNm țintă pare să fie disproporționat de importantă pentru specificitatea de legare, în timp ce capătul 3′ al miARN-ului contribuie mai puțin la recunoașterea țintei (Lewis et al., 2005). Deoarece un miARN animal nu se potrivește aproape niciodată perfect cu țintele sale, iar complementaritățile parțiale sunt într-adevăr suficiente pentru funcția miARN, un miARN poate regla expresia a sute de gene; pe de altă parte, un ARNm poate conține mai multe situsuri de direcționare a miARN (Lewis et al., 2005; Xie et al., 2005; Miranda et al., 2006). Interacțiunea dintre un miARN și ARNm-ul său țintă duce în principal la scăderea producției produsului genetic țintă (adică proteina), deși mecanismul detaliat rămâne evaziv (Filipowicz et al., 2008). Proteina Argonaute interacționează probabil cu mașinăria de traducere pentru a inhiba sinteza proteinelor, ceea ce ar putea avea loc în diferite etape (de exemplu, etapele de inițiere și de alungire) în timpul traducerii, poate în funcție de natura miARN-ului și a transcripției țintă. ARNm care sunt împiedicați să se traducă prezintă adesea, de asemenea, o acumulare redusă. Modalități suplimentare de acțiune au fost, de asemenea, atribuite miARN-urilor. De exemplu, miARN-urile pot reprima expresia genelor în celulele cultivate în ciclu, dar pot spori expresia genelor în celulele arestate (Vasudevan și Steitz, 2007; Vasudevan et al., 2007). Deși această din urmă posibilitate are implicații semnificative pentru neuronii postmitotici, eforturile de cercetare de până acum s-au concentrat pe înțelegerea reprimării genelor mediate de miARN în sistemele nervoase.

Există aproximativ 600 de gene miARN umane în actuala bază de date miARN, care codifică aproximativ 1000 de miARN-uri potențiale (Griffiths-Jones et al., 2008). Multe dintre ele sunt conservate din punct de vedere evolutiv la mamifere, unele chiar și la viermi și muște. genele miARN sunt denumite în ordinea descoperirii lor, cum ar fi miR-1, miR-2 etc., luând în considerare conservarea speciilor, cu excepția lin-4 și let-7, care sunt primele două miARN-uri identificate vreodată. descoperirea miARN-urilor a fost facilitată în mare măsură de eforturile masive de secvențiere și de prezicerea prin programe computerizate, urmată de confirmarea prin metode sensibile de reacție în lanț a polimerazei. Cu toate acestea, aceste abordări au anumite avertismente. Un număr mic de miARN-uri sunt probabil greșit notate și reprezintă, în schimb, produse de degradare ale unor transcripte neînrudite (Berezikov et al., 2006a). Mai mult, deoarece un miARN acționează prin legarea la ARNm-țintă, care pot fi numărați cu sutele, funcția unui miARN depinde în mod critic de masa sa. Numărul de copii al celor mai abundente miARN-uri poate depăși cu mult 10.000 pe celulă sau neuron (Lim et al., 2003; Kye et al., 2007), dar este posibil ca anumite miARN-uri din bazele de date să fie exprimate la un nivel prea scăzut pentru a fi eficiente împotriva majorității țintelor sale, altfel potențiale. Pe de altă parte, chiar dacă un miARN se găsește rar într-o probă totală de țesut, acesta poate fi totuși funcțional dacă este foarte restrâns la o subpopulație de celule dintr-un anumit tip de celule sau stadiu de dezvoltare, ceea ce poate fi relevant pentru situația din sistemul nervos.

Expresia miARN în sistemul nervos. Ca și alte țesuturi și celule, sistemul nervos și liniile celulare neuronale exprimă, de asemenea, miARN-uri, dintre care unele sunt îmbogățite sau unice în țesutul și celulele neuronale (de exemplu, miR-9, miR-124, miR-125, miR-128 și miR-129) (Lagos-Quintana și colab., 2002; Dostie și colab, 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 și Bartel, 2005; Berezikov et al., 2006b; Hohjoh și Fukushima, 2007a; Landgraf et al., 2007; Bak et al., 2008). Numărul de gene miARN care se pare că sunt exprimate în sistemul nervos pare să fie mai mare decât cel din multe alte organe, poate reflectând parțial faptul că sistemul nervos conține multe tipuri și subtipuri de celule. În vederea înțelegerii complexității expresiei miARN-urilor, aceste studii au mai arătat că zone distincte din punct de vedere anatomic ale sistemului nervos central adult (de exemplu, cerebelul, hipotalamusul și hipocampul) exprimă miARN-uri similare, dar nivelurile relative de miARN-uri pot varia semnificativ în diferite regiuni.

Expresia miARN-urilor în timpul diferențierii neuronale și al neurodezvoltării a fost, de asemenea, investigată. Atunci când sunt tratate cu acid all-trans-retinoic, celulele de carcinom embrionar se vor diferenția terminal în celule asemănătoare neuronilor. Însoțită de modificările morfologice, expresia miARN-urilor, cum ar fi miR-9, miR-124 și miR-125, este semnificativ indusă în timp, sugerând că aceste miARN-uri pot juca un rol în diferențiere sau în determinarea destinului celular, pe lângă funcțiile lor potențiale la adulți (Sempere et al., 2004; Smirnova et al., 2005; Hohjoh și Fukushima, 2007b). Multe miARN-uri care nu sunt specifice sistemului nervos sunt, de asemenea, afectate. De exemplu, familia let-7 de miARN-uri este în mod proeminent suprareglementată, care au probabil o influență mai generală asupra procesului de diferențiere și dezvoltare. Modificări similare și profunde ale expresiei miARN sunt observate atunci când celulele stem embrionare suferă neurogeneză și gliogeneză (Smirnova et al., 2005; Krichevsky et al., 2006). Mai mult, miR-124 și miR-128 s-au dovedit a fi exprimate preferențial în neuroni, în timp ce miR-23, miR-26 și miR-29 sunt limitate sau îmbogățite în astrocite (Smirnova et al., 2005). profilul de exprimare a miARN-urilor în dezvoltarea sistemului nervos la mamifere a fost, de asemenea, examinat și, din nou, se observă un val de exprimare a miARN-urilor reglementat temporal (Krichevsky et al., 2003; Miska et al., 2004; Smirnova et al., 2005; Wheeler et al., 2006; Dogini et al., 2008). Toate aceste rezultate sugerează că profilul de expresie al miARN-urilor poate servi ca marker al dezvoltării neuronale și că miARN-uri specifice pot contribui la procesul de dezvoltare.

miARN-urile au fost izolate din polisomi în neuronii cultivați, în concordanță cu rolul miARN-urilor în controlul traducerii (Kim et al., 2004; Nelson et al., 2004). O fațetă strategică a reglării genelor în celulele neuronale este aceea că multe ARNm sunt concentrate în apropierea unor structuri specifice pentru a asigura sinteza proteică locală, reglată în funcție de activitate. Este de conceput că unele miARN-uri urmează, de asemenea, astfel de modele de distribuție subcelulară. Într-adevăr, a fost raportată îmbogățirea sau epuizarea selectivă a miARN-urilor în dendrite (Schratt et al., 2006; Kye et al., 2007). Aceste rezultate sugerează că miARN-urile, ca și proteinele de legare a ARNm specifice secvenței, ar putea regla expresia genică la nivel local pentru a afecta plasticitatea sinaptică în celulele neuronale.

Funcția miARN: Lessons from the Studies of the Global Loss of miRNAs. Eliminările condiționate ale Dicer, gena necesară pentru biogeneza miARN-urilor, au fost utilizate pe scară largă pentru a examina rolurile colective ale miARN-urilor în anumite țesuturi și tipuri de celule la șoareci. Pierderea Dicer în celulele mature Purkinje este urmată de o diseminare rapidă a miARN-urilor fără impact imediat asupra fiziologiei sau funcției celulare (Schaefer et al., 2007). Cu toate acestea, moartea celulelor are loc în cele din urmă, ceea ce duce la degenerarea progresivă a cerebelului și la dezvoltarea ataxiei, care oglindește tulburările neurodegenerative la om. Ablația Dicer în neuronii dopaminergici postmitotici din creierul mijlociu duce, de asemenea, la o pierdere progresivă a neuronilor in vitro și in vivo, iar șoarecii mutanți au o locomoție marcant redusă, ceea ce amintește de pacienții cu boala Parkinson (Kim et al., 2007). Eliminarea homozigotă a Dicer, începând din ziua embrionară 15,5, în cortexul și hipocampul șoarecilor duce la modificări ale morfologiei dendritelor, apoptoză, microcefalie, ataxie și moarte la 3 săptămâni după naștere (Davis et al., 2008). Șoarecii cu pierderea Dicer în neuronii dopaminoceptivi striatali prezintă, de asemenea, fenotipuri comportamentale și neuroanatomice, deși, spre deosebire de neuronii vizați în celelalte studii, neuronii afectați supraviețuiesc pe toată durata de viață a animalelor, care este de aproximativ 10 săptămâni (Cuellar et al., 2008). Dicer este, de asemenea, necesar pentru diferențierea olfactivă în embrion, pentru menținerea progenitorilor olfactivi și pentru diferențierea precursorilor olfactivi, în timp ce este dispensabil pentru buna funcționare a neuronilor maturi la șoareci (Choi et al., 2008). O cauză care stă la baza acestor fenotipuri ar putea fi faptul că epuizarea miARN duce la o pierdere foarte treptată de proteine importante și/sau la acumularea anumitor proteine până la un nivel care, în cele din urmă, este toxic pentru celule. Rămâne incertă întrebarea dacă unele dintre fenotipurile observate rezultă din pierderea funcțiilor independente de miARN ale Dicer, deoarece Dicer procesează și alte ARN-uri mici, cum ar fi ARN-urile mici de interferență. Haploinsuficiența DGCR8, o altă genă implicată în procesarea miARN, are ca rezultat, de asemenea, o expresie redusă a miARN și deficite neuronale și comportamentale la șoareci (Stark et al., 2008). În general, se poate face o pledoarie foarte puternică pentru funcțiile importante ale miARN-urilor în diferențierea și supraviețuirea neuronală, ceea ce este în concordanță cu expresia omniprezentă a miARN-urilor și cu funcțiile acestora în alte țesuturi.

Funcția miARN-urilor: Lessons from the Studies of Individual miRNAs. Au fost investigate funcțiile miARN-urilor individuale în neuronii în curs de dezvoltare. În același studiu care a demonstrat rolurile combinate ale miARN-urilor în menținerea neuronilor dopaminergici din mezencefal (Kim et al., 2007), s-a constatat că miR-133b reprimă diferențierea acestor neuroni din celule stem embrionare și culturi de mezencefal. Autorii au identificat o țintă a miR-133b ca fiind factorul de transcripție Pitx3, care în mod normal activează expresia genică în neuronii dopaminergici. Choi et al. (2008) au arătat că miR-200 este esențial pentru diferențierea celulelor progenitoare olfactive și că funcția sa poate depinde de capacitatea sa de a viza căile de semnalizare Notch și a factorului de creștere transformator-β și Foxg1. Un alt exemplu poate cel mai bine studiat este miR-124, un miARN abundent și semnătură în neuroni. expresia miR-124 este scăzută în celulele stem embrionare și în celulele precursoare neuronale, dar crește dramatic în neuroni. Supraexprimarea timpurie a miR-124 împreună cu un alt miARN abundent, miR-9, schimbă diferențierea precursorilor în neuroni, sugerând că miR-124 și miR-9 stimulează diferențierea neuronală (Krichevsky et al., 2006). Într-un studiu separat, supraexprimarea miR-124 promovează, în timp ce inhibarea funcției miR-124 întârzie creșterea neuronilor (Yu et al., 2008). miR-124 poate conferi celulelor proprietăți neuronale, deoarece supraexprimarea miR-124 în celulele HeLa reglează în sens negativ multe gene a căror expresie este absentă în neuroni (Lim et al., 2005), în timp ce blocarea activității miR-124 în neuronii maturi crește nivelul ARNm neuronale (Conaco et al., 2006). miR-124 își execută funcțiile prin cel puțin trei mecanisme. În primul rând, acesta inhibă expresia fosfatazei 1 cu domeniu C-terminal mic, o componentă a represorului de transcripție RE1-silencing (Visvanathan et al., 2007). În țesuturile neuronale, reprimatorul de transcripție RE1-silencing oprește transcripția multor gene neuronale, inclusiv miR-124 (Conaco et al., 2006), care este un exemplu nou de factori de transcripție critici care reglează expresia atât a ARNm, cât și a ARNm. Ca urmare a creșterii miR-124 în neuroni, este indusă transcrierea multor gene specifice neuronale. În al doilea rând, miR-124 blochează expresia proteinei 1 de legare a tractului de polipirimidină, un represor global al includerii exonului alternativ specific neuronilor în celulele neuronale (Makeyev et al., 2007). Astfel, miR-124 gestionează doi regulatori principali pentru a influența expresia unui spectru larg de gene. În al treilea rând, miR-124 țintește direct multe gene implicate în reglarea citoscheletului, ceea ce poate explica funcția sa de promovare a excrescenței neuronale (Yu et al., 2008). miR-124 are, probabil, și multe alte ținte directe.

În neuronii maturi, sinteza locală de proteine reglată de miARN la nivelul sinapselor este un model atractiv pentru stabilirea plasticității sinaptice. La neuronii hipocampali de șobolan miR-134 este concentrat în compartimentul sinaptodendritic (Schratt et al., 2006). Supraexprimarea miR-134 scade semnificativ volumul spinalelor dendritice, care aproximează puterea sinaptică, în timp ce inhibarea funcției miR-134 crește volumul spinalelor. La nivelul dendritelor, miR-134 împiedică traducerea proteinei kinazei 1 care conține domeniul lim (Limk1), un regulator al dinamicii filamentelor de actină. Supraexprimarea Limk1 contracarează efectele miR-134 asupra morfologiei spinării, ceea ce indică faptul că inhibarea expresiei Limk1 este o cale majoră prin care miR-134 limitează dimensiunea spinărilor dendritice. Interacțiunea funcțională dintre Limk1 și miR-134 poate fi reglată de activitățile neuronale, deoarece este atenuată de factorul neurotrofic derivat din creier eliberat la stimularea sinaptică prin mecanisme încă nedeterminate. Implicația este că, dacă asocierea unui miARN, ca și cea a proteinelor de legare specifice ARN, cu unul sau mai multe ARNm țintă este controlată de un stimul, atunci stimulul poate modula interacțiunea dintre miARN și ARNm pentru a regla expresia genică în mod rapid și coordonat. Deși miR-134 este până în prezent singurul miARN de mamifere despre care s-a demonstrat că are o funcție localizată în neuroni, descoperirea faptului că proteinele implicate în biogeneza și funcția miARN sunt prezente în densitățile postsinaptice, axoni și conuri de creștere sugerează că funcțiile specifice ale unor miARN-uri suplimentare pot fi identificate în astfel de locații (Lugli et al., 2005; Hengst și Jaffrey, 2007). Indicând un rol al miARN-urilor în controlul eliberării neurotransmițătorilor, s-a raportat că miR-130a și miR-206 inhibă sinteza neurotransmițătorului substanță P în celulele neuronale derivate din celule stem mezenchimale umane, în timp ce interleukina-1α reduce expresia miARN-urilor, ameliorând astfel inhibiția (Greco și Rameshwar, 2007).

Expresia și funcția miARN-urilor neuronale este influențată de indicii externe, inclusiv de agenți farmacologici. Într-un model de cultură a neurosferelor derivate din cortexul cerebral de șoarece fetal pentru a studia modul în care etanolul afectează dezvoltarea creierului fetal, s-a demonstrat că o doză mare de etanol suprimă expresia miR-21, miR-335, miR-9 și miR-153, dar o doză mai mică de etanol induce miR-335 (Sathyan et al., 2007). Speciile reactive de oxigen modifică expresia miARN în culturile de celule cerebrale umane (Lukiw și Pogue, 2007), o situație care poate avea relevanță pentru boala Alzheimer (Lukiw, 2007). Ca exemplu de medicamente psihoterapeutice care vizează miARN-urile, litiul și valproatul, două importante stabilizatoare ale dispoziției, afectează expresia pe termen lung a let-7b, let-7c, miR-128a, miR-24a, miR-30c, miR-34a, miR-221 și miR-144 în hipocampul de șobolan (Zhou et al., 2008). Funcțiile acestor miARN-uri trebuie să fie mai bine definite. MiARN-urile ar putea media parțial efectele etanolului, ale speciilor reactive de oxigen sau ale stabilizatorilor de dispoziție asupra expresiei genelor și/sau ar putea semnifica schimbările adaptative din celulele creierului. Din miARN-urile modificate, se pot deduce și testa modificările de expresie în genele lor țintă pentru a pune în lumină mecanismele de acțiune ale diverșilor agenți și tratamente. Într-un astfel de studiu, s-a demonstrat că stimularea hiperosmolară pe termen lung crește nivelurile de miR-7b în hipotalamus, iar o țintă a miR-7b este identificată ca fiind Fos, un factor de transcripție critic care mediază răspunsurile la mulți agenți neurofarmacologici (Lee et al., 2006). Transcripția miR-132 este controlată pozitiv de proteina de legare a elementului de răspuns cAMP, care, la fel ca Fos, răspunde la o gamă largă de stimuli și activități neuronale (Vo et al., 2005; Wayman et al., 2008). miR-132 reglează în sens negativ p250GAP, un membru al familiei Rac/Rho de proteine de activare a GTPaselor care restricționează creșterea neuronilor. Producția de miR-132 dependentă de proteina de legare a elementului de răspuns cAMP, determinată de activitate, are ca rezultat inhibarea p250GAP și creșterea neuronilor, contribuind astfel la plasticitatea dendritică. O a doua țintă a miR-132 este proteina de legare a metil CpG 2, un represor general de transcripție (Klein et al., 2007). În plus, miR-132 și un alt miARN specific creierului, miR-129, sunt controlați de lumină și de ceasul circadian și, la rândul lor, modulează procesul de sincronizare circadiană în nucleul suprachiasmatic in vivo (Cheng et al., 2007).

Din ansamblul de dovezi în creștere rapidă, este clar că miARN-urile reglează expresia genelor implicate într-o gamă diversă de procese pentru a afecta multe etape și aspecte ale maturizării și funcționării sistemului nervos al mamiferelor. Studiile viitoare vor elucida modul în care miARN acționează, împreună cu factorii de transcripție, cu proteinele de legare a ARNm și cu alte proteine de reglare, pentru a regla fin expresia genelor ca răspuns la stimuli interni și externi din punct de vedere temporal și spațial.

Asocierea miARN cu bolile neurologice la om. Expresia și funcția aberantă a miARN-urilor a fost implicată în cancer și în alte afecțiuni ale sistemului nervos. miARN-urile sunt exprimate diferențiat în glioblastom și neuroblastom (Chan et al., 2005; Ciafre et al., 2005; Laneve et al., 2007; Lukiw et al., 2009; Silber et al., 2008). De exemplu, glioblastomul prezintă niveluri crescute de miR-21, miR-221 și miR-222, dar niveluri scăzute de miR-7, miR-124 și miR-137. miR-21 este o oncogenă suspectă, frecvent supraexprimată în cancere. Printre țintele potențiale ale miR-221 și miR-222 se numără p27 și p57, inhibitori ai progresiei ciclului celular (Gillies și Lorimer, 2007; Medina et al., 2008), în timp ce o scădere a miR-7 poate crește expresia receptorului factorului de creștere epidermică și a căii Akt (Kefas et al., 2008) și Fos (Lee et al., 2006).

Numeroase studii de knock-out Dicer au evidențiat fenotipuri de șoareci similare cu cele prezentate în bolile neurodegenerative umane (a se vedea mai sus), sugerând că pierderea miARN-urilor globale și/sau specifice poate contribui la boli. La om, a fost identificat un polimorfism de un singur nucleotid în situsul de legare a miR-189 în regiunea 3′-untranslatată a ARNm care codifică o genă candidată puternică pentru sindromul Tourette, SLIT și Trk-like 1 (Abelson et al., 2005). Schimbarea nucleotidelor îmbunătățește represiunea genei mediată de miARN, conform unui test reporter. expresia miR-133b este deficitară în mezencefalul pacienților cu boala Parkinson, deși relația cauzală dintre pierderea miR-133b și boala Parkinson așteaptă să fie determinată (Kim et al., 2007). Un număr de miARN-uri se găsesc exprimate diferențiat în cortexul prefrontal al pacienților cu schizofrenie (Perkins et al., 2007) sau în creierul pacienților cu boala Alzheimer (Lukiw, 2007; Lukiw et al., 2008). De exemplu, miR-146a este ridicat în celulele cerebrale ale pacienților cu boala Alzheimer, în timp ce expresia țintei sale putative, factorul complement H, este scăzută. Transcrierea miR-146a este stimulată de factorul nuclear-κB (Taganov et al., 2006; Lukiw et al., 2008), ceea ce este în concordanță cu implicarea răspunsurilor inflamatorii și a altor răspunsuri la stres în patogeneza bolii Alzheimer. Boala Alzheimer este, de asemenea, corelată cu pierderea miR-29 și miR-107 din creier, care suprimă în mod normal expresia β-secretase (Hebert et al., 2008; Wang et al., 2008). În cele din urmă, expresia modificată a miARN-urilor, inclusiv reducerea miR-132, este raportată la pacienții cu boala Huntington (Johnson et al., 2008). Odată ce se stabilește o corelație între expresia miARN și tulburările neurologice, o sarcină descurajantă este de a elucida contribuția miARN-urilor la aceste diverse boli.

Intervenție terapeutică bazată pe cunoștințele noastre despre miARN-uri. Din cauza expresiei diferențiate a miARN-urilor în diferite boli, este tentantă supraexprimarea miARN-urilor sau inhibarea funcției miARN-urilor pentru a trata astfel de afecțiuni. Deși orice rezultate sunt încă preliminare, s-a demonstrat că inhibarea funcției miR-21 induce apoptoza în celulele de glioblastom și sensibilizează celulele la terapia tumorală citotoxică la șoareci (Chan et al., 2005; Corsten et al., 2007). Supraexprimarea miR-221 și miR-222 în celulele de glioblastom promovează intrarea prematură în ciclul celular, ceea ce duce la moartea celulelor (Medina et al., 2008). De asemenea, supraexprimarea miR-7 scade viabilitatea și invazivitatea liniilor primare de glioblastom in vitro (Kefas et al., 2008). Aceste studii demonstrează că expresia diferențială a miARN-urilor are consecințe funcționale și că miARN-urile pot servi drept ținte pentru intervenția medicamentoasă. De exemplu, miARN-urile conjugate cu colesterol sau inhibitorii acestora, sau vectorii lor de expresie virală, pot fi introduși prin injectare țintită în creier pentru a modifica funcția miARN-urilor. Pe de altă parte, pot fi dezvoltate medicamente care reglează expresia miARN sau, odată ce sunt descoperiți efectorii din aval ai miARN-urilor, aceștia vor deveni, de asemenea, ținte ale medicamentelor.

MiARN-uri artificiale sau ARN-uri cu fir de păr scurt au fost, de asemenea, concepute și utilizate pentru a reprima expresia genelor prin interferență ARN în modele de boală. În astfel de cazuri, miARN-urile funcționează ca ARN-uri mici de interferență pentru a ținti gene virale sau gene endogene cunoscute ca fiind cauza unor boli. Într-un studiu, o singură administrare intracraniană de ARN-uri scurte în formă de ac de păr codificate de lentivirale protejează șoarecii împotriva encefalitei letale induse de virusul encefalitei japoneze (Kumar et al., 2006). Într-un alt studiu, injectarea intracerebeloasă a unor virusuri adeno-asociate recombinante care exprimă ARN-uri în ac de păr scurt împotriva ataxinei-1 mutante, proteina responsabilă de boala ataxie spinocerebeloasă de tip 1, a îmbunătățit coordonarea motorie, a restabilit morfologia cerebelului și a diminuat incluziunile nucleare ale ataxinei-1 într-un model murin de boală (Xia et al., 2004). Un al treilea studiu vizează boala Huntington (McBride et al., 2008), care este cauzată de o proteină huntingtin mutantă dominantă. MiARN-urile artificiale împotriva proteinei sunt codificate de virusuri adeno-asociate recombinante și sunt administrate prin injectare în striatum la șoarecii care exprimă proteina huntingtină umană mutantă. MiARN-urile sunt capabile să reducă expresia huntingtinei mutante fără a provoca o toxicitate aparentă în creierul de șoarece.

Perspective viitoare. Nu există nicio îndoială că colecția de ținte și funcții validate ale miARN-urilor se va extinde într-un ritm alert în viitorul apropiat. Pentru a continua înțelegerea noastră a rolurilor complexe ale miARN-urilor în reglarea sistemului nervos, abordarea câtorva dintre următoarele aspecte va fi extrem de benefică. În primul rând, este posibil să se rafineze rezoluția expresiei miARN pentru a se adapta la numeroasele tipuri și subtipuri diferite de celule din sistemul nervos în curs de dezvoltare și matur? În plus, este localizarea subcelulară a miARN-urilor dinamică și este funcția miARN-ului reglementată spațial într-o celulă neuronală? În al doilea rând, ar trebui să se adopte o viziune sistemică sau globală pentru a evalua modul în care modificările expresiei miARN-urilor conduc la modificări ale expresiei proteinelor și, în cele din urmă, la modificări ale fenotipurilor. Un miARN are probabil mai multe ținte. Deși rapoartele publicate au examinat, pentru fiecare miARN, de obicei doar una dintre țintele sale a cărei activitate este în concordanță cu funcția globală a miARN-ului, este foarte probabil ca un miARN să poată regla genele care controlează atât pozitiv, cât și negativ orice proces specific in vivo. Acțiunile miARN-urilor sunt, de asemenea, integrate cu acțiunile altor molecule de reglementare (de exemplu, factori de transcripție). În al treilea rând, abordările genetice (de exemplu, knock-out condițional al miARN-urilor individuale) ne vor oferi răspunsuri mai definitive cu privire la funcțiile miARN-urilor în sistemul nervos al mamiferelor. Analizele genetice la viermi, muște și pești zebră au avansat foarte mult în ceea ce privește cunoștințele noastre despre miARN-uri și, într-adevăr, au prevestit sau au coroborat multe descoperiri în sistemul mamiferelor. În cele din urmă, trebuie stabilite legăturile de cauzalitate dintre miARN-uri și tulburările neurologice, iar astfel de informații ar trebui să fie folosite pentru a concepe noi strategii terapeutice.