МикроРНК появились как мощный класс консервативных некодирующих РНК, которые регулируют экспрессию генов пост-транскрипционно и выполняют важные функции в многочисленных аспектах развития. Многочисленные miRNAs экспрессируются на высоких уровнях в нервной системе; немногие из них были локализованы в дендритах (Kye et al, 2007), где они, как полагают регулируют развитие и пластичность нейронов. Нарушения экспрессии miRNAs участвуют в некоторых нейрологических болезнях. MicroRNAs кодируются генами в форме крупных транскриптов, которые подвергаются процессингу с помощью Drosha и Dicer, двух специфических RNases в ядре и цитоплазме, соотв. Финальным продуктом является малая молекула РНК (18–22 nt), которая образует несовершенный дуплекс на своих мРНК мишенях. Чаще всего это ведет к ингибированию трансляции мРНК мишеней посредством РНК-индуцированного комплекса молчания (Bartel, 2004). Эти свойства позволяют специфическим miRNAs действовать на субнабор мРНК и ингибировать их трасляцию сиквенс-зависимым образом. Эти реакции могут быть обратимыми и регулироваться физиологическими сигналами (Kosik, 2006).

Многие гены microRNA собраны в кластеры. В данном номере журнала., Fiore et al (2009) показали, что генный кластер miR379–410, который включает до 50 microRNA генов, индуцируется с помощью нейрональной деполяризации и выполняет важную функцию в развитии дендритов культивируемых нейронов (Figure 1). miR-134, член этого кластера, как было показано ранее, локализуется в дендритах культивируемых нейронов гиппокампа, где он регулирует морфологию дендритных шипов (spine) путем своего обратимого ингибирующего эффекта на мРНК LimK1 в ответ на BDNF (Schratt et al, 2006). Fiore et al предоставили доказательства, что эти miRNAs скорее всего экспрессируются с одиночного транскрипта, который индуцируется нейрональной активностью (обработка KCl или BDNF). Транскрипционный фактор, Mef2, как было показано, соединяется с вышестоящим элементом этого кластера генов miRNA и активирует транскрипцию после стимуляции. Mef2, как было показано ранее, является ключевым негативным регулятором формирования синапсов, зависимого от активности (Flavell et al, 2006), чьи гены мишени скорее всего играют разнообразные роли в синапсах (Flavell et al, 2008). Метод иммунопреципитации хроматина идентифицировал Mef2 в качестве транскрипционного фактора для кластера miR379–410. В серии элегантных и хорошо спланированных экспериментов для ингибирования функции miRNA, видоизмененные miRNA-связывающие сайты в репортеррах мишенях и использование siRNA для нокдауна экспрессии Mef2, авт. предоставили убедительные доказательства, что Mef2 необходим для активации этого кластера генов microRNA. Деполяризация нейронов увличивает экспрессию субнабора microRNA expression, это, по-видимому, оказывает существенный эффект на ранний дендритогенез у культивируемых нейронов. Повышение miRNAs было связано с увеличением сложности ветвления дендритов стимулируемых нейронов. Интересно, что лишь немногие члены этого кластера miRNA оказывают позитивное воздействие на ветвление дендритов, тогда ка rlh/ не оказывают эффекта. Это открывает возможность, что др. microRNAs, которые также существенно индуцируются стимуляцией, ммогут регулировать др. аспекты нейронального развития и формирования синапсов. Нокдаун транскрипционного фактора, Mef2, предупреждает стимулами индуцированное увеличение microRNAs (с кластера miR379–410) и также снижают сложность дендритов. Это демонстрирует, что глобальная реакция (активация транскрипции, обусловленная с помощью Mef2) необходима для локального эффекта (ветвления дендритов). Figure 1. Figure 1 : MicroRNAs from the miR379–410 cluster regulate dendritogenesis. Neuronal activity induces several microRNAs from the miR379–410 cluster in an Mef2-mediated pathway. One of these, miR-134, inhibits Pumilio2 protein synthesis essential for dendritogenesis. View full figure (106 KB)

Идентификация действующих мРНК мишеней для членов этого miR379–410 кластера и выяснение их отношения к дендритогенезу и др. аспектам нейронального развития является важной задачей. Потенциально многие microRNAs из этого кластера могут действовать на разные мРНК мишени координированно, чтобы модулировать дендритогенез и морфологию шипов. Дальнейшие исследования в этом направлении необходимы для выяснения как эти microRNAs функционируют в нейрональном развитии. Fiore et al (2009) идентиифцировали Pumilio2 в качестве мишени для miR-134, чьё ингибирование существенно для зависимого от активности дендритогенеза. Pumilio2 локализуется на дендритах и, как полагают, действует как репрессор трансляции (Vessey et al, 2006). В данном исследовани было показано, что miR-134 ингибирует экспрессию pumilio2 зависимым от активности способом, это подтверждает дендритогенез. Используя luciferase reporter assay, они показали, что Mef2 обеспечивает miR-134 индуцированное ингибирование Pumilio2. Пока неясно, осуществлямая модуляция трансляции мРНК Pumilio2 с помощью miR-134, локализуется ли в дендритах или ограничена телом клетки. Возможность, что этот механизм может происходить локально является интересным вопросом для дальнейшей разработки, т.к. показано для miR-134 регуляция мРНК LimK1 в дендритах более зрелых культур (Schratt et al, 2006). Интригующий аспект здесь заключается в очевидном противопложном действии miR-134 на трансляцию мРНК, необходимую для регуляции дендритов и морфологии шипов на разных стадиях развития. Во время ранних стадий культивирования (DIV5-7), KCl или BDNF стимуляция, как было показано в данном исследовании, способствует miR-134 обеспечиваемому ингибированию трансляции (Pumilio2), это облегчает дендритогенез; однако на более поздних стадиях (DIV14), сходные образцы стимуляции действительно уменьшают miR-134 обеспечиваемое ингибирование трансляции (LimK1), приводя к увеличению размера шипов (Schratt et al, 2006). Авт. предлагают интересное объяснение, что miR-134 ингибирование или активирование трансляции может быть под онтогенетическим контролем и/или являться частью гомеостатического механизма; любая из этих возможностей нуждается в дальнейшем разъяснении. Необходимы таже работы по выяснению механистических деталей возможной двойной природы функции miR-134 (или индукции или ослабления ингибирования трансляции после стимуляции), и того, могут ли эти активности двунаправленно регулироваться в дендритах в ответ на физиологические паттерны нейрональной активности.

Физиологическое значение пути microRNA и его регуляция в нейрональном развитии доказывается его вослечением в некоторые нерологические нарушения, включая синдром фрагильной Х, который вызывается потерей FMRP. FMRP является мРНК-связывающим белком, которые регулирует синтез синаптических белков и ассоциирует также с путем microRNA pathway (Jin et al, 2004; Xu et al, 2008; Cheever and Ceman, 2009). Существенные дефекты в морфологии шипов и дендритогенезе наблюдаются при нарушениях. таких как синдром фрагильной Х не были эффективно выверены на механистическом уровне. Необходимы дальнейшие работы для понимания того, как mRNA-связывающие белки, подобные FMRP, ммогут взаимодействовать с miRNAs, или компонентами пути RNAi, чтобы регулировать локальную трансляцию, необходимую для развития и пластичности нейронов.