Получены доказательства распространенной и сложной транскрипции по всему геному человека. Тем не менее, существенная часть транскрибируемой РНК, по-видимому, не является белок-кодирующей и пока не охарактеризована. При детальном анализе 1% генома человека (~30 Mb), осуществленном с помощью проекта Encyclopedia of DNA Elements, установлено, что 92.6% исследованных оснований выявляются как первичные транскрипты и что среди них идентифицировано множество новых не кодирующих белок транскриптов (1). Сходным образом в др. исследовании установлено, что большинство (64%) полиаденилированных (poly-A
) транскриптов в ~200 nucleotides (nt) длиной лежат вне известных белок-кодирующих регионов (2). Эти и др. исследования генома привели к идентификации десятков тысяч не кодирующих РНК транскриптов, экспрессирующихся в геноме человека, большинство из которых ещё функционально не охарактеризованы. Вместе с открытием, что некодирующие РНК в геноме человека неожиданно многочисленны, отмечается быстрый рост молекулярных и генетических данных, показывающих важность и разнообразие регуляторных ролей некодирующих РНК. Разные классификации некодирующих РНК и связанных с ними функций суммированы в Табл 1.
Table 1. Different types of некодирующих РНКs
Синдром ломкой Х широко распространенная форма наследственной умственной отсталости с распространенностью ~1 на 4000 мальчиков и 1 но 8000 девочек (3). Синдромальные фенотипы возникают благодаря мутациям потери функции в гене FMR1, обычно в результате экспансии нестабильных 'CGG' тринуклеотидных повторов в его 5' нетранслируемом регионе. Крупные увеличения 'CGG' треков ассоциированы с плотным метилированием CpG динуклеотидов, транскрипционным молчанием гена FMR1 и потерей функционального белка, fragile X mental retardation protein (FMRP) (3).
Первоначальная биохимическая характеристика FMRP показала вовлечение на некодирующей РНК-базирующихся механизмов в молекулярной этиологии синдрома ломкой Х. Белки небольшого сильно законсервированного семейства, к которому принадлежат FMRP (fragile X-related или FXR белки) обладают двумя K homology (KH) доменами и кластером arginine и glycine residues (RGG box) (4, 5). KH домены и RGG boxes широко распространены среди РНК-связываюших белков. В самом деле, KH домены и RGG box в FMRP, как было установлено, обеспечивают взаимодействие FMRP-РНК как in vitro так и in vivo (6-10). Оба домена вносят вклад в роль FMRP в качестве супрессора трансляции мишеней messenger RNA (mRNA) благодаря соединению со структурами некодирующих РНК, включая G-квартеты и 'kissing complexes' (также известные как loop-loop-pseudoknots), внутри нетранслируемых регионов мРНК мишеней (6, 8-15). Способность FMRP связывать РНК и супрессировать трансляцию имеет определенное клиническое значение, как это демонстрируют тяжело затронутые индивиды с I304N миссенс-мутациями в KH2 домене FMRP (10).
В соответствии со своей ролью в супрессии трансляции, FMRP недавно удалось связать с путем microRNA (miRNA) (14, 16, 17). miRNAs это в 18- 24-nt небольшие некодирующие регуляторные РНК, которые как известно регулируют трансляцию молекул мРНК мишеней сиквенс-специфическим способом (Table 1; summarized in Fig. 1). Эти малые РНК являются эндогенными, эволюционно консервативными генами, которые обычно транскрибируются (подобно большинству белок-кодирующих мРНК транскриптов) с помощью RNA polymerase II, с субнабором, экспрессируемых с помощью RNA polymerase III. Первичные miRNA транскрипты преобразуются в precursor miRNA (pre-miRNA) в ядре с помощью микропроцессорного комплекса, который включает RNAse III-type энзим (Drosha) и его партнера по связыванию РНК, DGCR8 (Fig. 1). Pre-miRNAs затем экспортируется из ядра Ran-GTP-зависимым образом посредством exportin-5-содержащего ядерную пору комплекса. Оказавшись внутри цитоплазмы, pre-miRNAs подвергаются дальнейшему процессингу в зрелые 18- to 24-nt miRNA с помощью др. RNase III-type энзима (Dicer) и ассоциирует с кофакторами, связывающими РНК. Зрелая miRNA быстро загружается в виде однонитчатой РНК на Argonaute-содержащий RNA-induced silencing complex (RISC). Обычно miRNA затем наводит RISC, чтобы распознать соотв. мРНК за счёт полной или частичной комплементарности последовательности с её 3' untranslated regions (3'-UTRs), тем самым репрессируя трансляцию обнаруживаемой мРНК благодаря ингибированию или инициации или элонгации трансляции (18-21). Однако недавние доказательства показали, что miRNA функционирует и помимо супрессии трансляции посредством обнаружения комплементарных последовательностей в 3'-UTRs мРНК. miRNAs, как было установлено, негативно регулируют экспрессию белка благодаря обнаружению мРНК-кодирующих последовательностей (22). Напротив, miRNAs, как было установлено, также позитивно регулируют трансляцию мРНК мишеней зависимым от клеточного цикла способом, переключая супрессию трансляции в пролиферирующих клетках на активацию трансляции в молчащих клетках (23-25). Т.о., одиночная miRNA может одновременно регулировать экспрессию многих мРНК мишеней и тем самым действовать как реостат для тонкого контроля экспрессии белка (26, 27). Главным затруднением, которое остается в отношении изучения miRNA-обусловленной регуляции генов и её связи с болезнями человека, является разработка надежных методов, с помощью которых могут быть определены экспериментально miRNA мишени. Усилия направлены на это и продолжают включать комбинацию базирующихся на последовательностях компьютерных предсказаний сайтов мишеней, иммунопреципитации miRNA/mRNA-содержащих Argonaute комплексов, и крупно-массштабном определении дестабилизации мРНК и продукции белка в ответ на изменения экспрессии miRNA. Методы компьютерной и экспериментальной идентификации мишеней miRNA обобщены в др. обзорах (28-30). Др. важное соображение относительно функции miRNA при болезнях человека, является возможный вклад генетической изменчивости сайтов miRNA мишеней. Этот вопрос был тщательно проанализирован (31). Пока нет примеров такого механизма, вносящего вклад в умственную отсталость.
Fig. 1. The miRNA pathway.
FMRP взаимодействует биохимически и генетически с известными компонентами пути miRNA. Эксперименты на
Drosophila выявили специфические биохимические взаимодействия между dFmrp и двумя функциональными RISC белками, dAGO1 и Dicer (16, 17). Эти взаимодействия на генетическом уровне также были значимы. dAGO1 преимущественно взаимодействует с dFmr1 как при избыточной экспрессии
dFmr1 так и в модели потери функции. Избыточная экспрессия
dFmr1 ведет к фенотипу умеренно грубых глаз из-за усиления клеточной гибели нейронов. Внесение рецессивного летального аллеля AGO1, который содержит инсерцию P-элемента, который снижает его экспрессию, супрессировало фенотип умеренно грубых глаз. Модель потери функции показала, что dFmr1 регулирует синаптическую пластичность, поскольку отсутствие dFmr1 к выраженному избыточному росту синапсов в neuromuscular junctions (NMJs) у личинок дрозофилы; это напоминает разрастания дендритов, наблюдаемое в головном мозге
Fmr1 нокаутных мышей и у пациентов. Если и dFmr1 и dAGO1 гетерозиготы имеют нормальные NMJs, то трансгетерозиготы обнаруживают сильные синаптические разрастания и избыточную продукцию синаптических окончаний (14). Эти результаты указывают на то, что ограничивающим фактором для функционирования dFmr1 в синапсах является функциональный белок AGO1, который участвует в пути miRNA пр болезнях человека. Более того, dFmr1 также взаимодействует генетически с AGO2, что установлено по его способности ко-регулировать уровни ppk1 мРНК (22). Недавнее исследование предоставило дальнейшее доказательство участия FMRP в miRNA-содержащем RISC и P body-подобных гранулах в нейронах дрозофилы (23). Кроме того, рекомбинантный FMRP человека способен действовать как акцептор для Dicer-производных miRNAs, и, что важно, эндогенные miRNAs сами по себе ассоциируют с FMRP как у мух, так и млекопитающих (14, 16, 17, 32). В головном мозге взрослых мышей, Dicer и eIF2c2 (мышиный гомолог AGO1) взаимодействуют с FMRP в постсинаптических уплотнениях (33). Предположительно это взаимодействие регулирует трансляцию мРНК мишеней зависимым от активности способом. И как следствие этого локального взаимодействия, FMRP-обусловленная зависимая от активности супрессия трансляции, как подозревают, происходит посредством miRNA пути (summarized in Fig. 2).
Fig. 2. Translational regulation by fragile X mental retardation protein (FMRP) mediated through the miRNA pathway.
Отметим также, что член семейства FXR белков, FXR1, участвует в miRNA-обеспечиваемой активации трансляции посредством ассоциации с AGO2 по AU-rich 3'-UTRs в молчащих клетках (23-25). Однако связь этих наблюдений с FMRP-обеспечиваемой регуляцией трансляции и в отношении участия функции miRNA в нарушениях с умственной задержкой и болезнями человека в целом остается неизведанной.
Disruption of miRNA biogenesis in 22q11 deletion/DiGeorge syndrome
Индивиды с синдромом DiGeorge обнаруживают поведенческие и познавательные недостатки, которые ведут к детским патологиям, включая attention-deficit hyperactivity disorder (ADHD), obsessive-compulsive нарушения и autism spectrum disorder (34-36). Эти проявления являются результатом широко распространенной хромосомной аномалии, 3-Mb гемизиготной делеции хромосомы 22 (22q11.2) (37). Этот регион (наз. DiGeorge critical region) представлен более чем 25 генами, что делает этот синдром классическим contiguous gene синдромом. Несмотря на многочисленные исследования на человеке и мышах вовлечения небольшого субнабора этих генов (напр. Tbx1, Comt, Prodh и Gngl1) в качестве участников в морфологических и поведенческих фенотипах этого синдрома (1, 38-41), генетическая основа нарушений познавательной способности остается в основном необъяснимой. Однако, Gogos и colleagues недавно показали, что гетерозиготное разрушение одиночного гена, обнаруживаемого в критическом DiGeorge регионе, Dgcr8, ведет к задержке познавательного процесса, особенно в пространственных действиях и базирующемся на памяти обучении (42). DGCR8 уже был известен, как необходимый для биогенезе miRNA (Fig. 1) (1). Gogos's группа обнаружила снижение зрелых miRNAs в головном мозге мышей, содержащих или разрушенный Dgcr8 или синтеничную гемизиготную делецию критического DiGeorge региона. Эти данные говорят в пользу того, что гетерозиготная потеря DGCR8 вызывает аномальный биогенез miRNA и ведет к дефициту познавательных усилий. Идентификация нижестоящих мишеней, которые неправильно регулируются у этих miRNA-дефицитных мутантов могли бы предоставить дальнейшую информацию о патогенезе синдрома DiGeorge а также об обучении и познании в целом.
miRNA regulation by и of MeCP2
MECP2 является первичным геном de novo мутации в котором, как известно, вызывают X-сцепленное доминантное neurodevelopmental нарушение, наз. Rett syndrome (RTT). MECP2 кодирует DNA methyl-CpG-binding protein, MeCP2 (43). Общая ассоциация methyl CpG динуклеотидов с гетерохроматиновыми или транскрипционно молчащими регионами генома привела к гипотезе, что MeCP2 обычно действует как компонент транскрипционно репрессорного комплекса (44, 45). MeCP2-нулевые и MeCP2 трансгенные мышиные модели, которые соотв. воспроизводят мутации потери функции MECP2 и дупликации гена MECP2, также имели RTT-подобный фенотип (44). Более того, недавние клинические наблюдения скоррелировали дупликации MECP2 с Rett-подобным фенотипом, хотя в общем такие дупликации дают клинически отличающиеся фенотипы. Вместе эти наблюдения согласуются с зависимым от дозы механизмом MeCP2-обеспечиваемой регуляции транскриптов мишеней, чья неправильная экспрессия во время развития является патогенной. Т.о., молекулярная этиология Rett синдрома, как полагают, коренится в транскриптах с измененной экспрессией в отсутствие или при избытке функционального MeCP2.
Кстати, большинство совместных усилий по идентификации транскриптов мишеней для MeCP2 были сфокусированы на белок-кодирующих мРНК транскриптах. Эти подходы выявили ряд непосредственных генов мишеней для MeCP2 в специфических типах клеток и тканей [summarized in (44)]. Однако как только патогенные мишени транскрипты были все-таки идентифицированы, развернулась дискуссия транскриптах мишенях для MeCP2, которые включают некодирующие РНК и были приведены недавние наблюдения по вовлечению некодирующих РНК в функцию MeCP2.
Исследование импринтируемого локуса на хромосоме 9 мыши, в котором, как известно, гены импринтированы и экспрессируются специфически в головном мозге, показало, что MeCP2 связывает вышестоящую и регулирует отцовскую экспрессию miRNA (miR-184), расположенной в 55 kb импринтируемого локуса. Более того, индукция экспрессии miR-184 в культурах деполяризованных нейронов сопутствует потере связывания MeCP2 вышестоящего miR-184 локуса. Эти данные указывают на то, что регуляция экспрессии miR-184 с помощью MeCP2 зависит от активности. Было отмечено, однако, что в целом ткань головного мозга от MeCP2-дефицитных мышей, имеет слега пониженную экспрессию miR-184 по сравнению с диким типом (46).
Регуляция экспрессии miRNA пред ставляет собой альтернативный способ, с помощью которого MeCP2-обусловленная эпигенетическая регуляция может в конечном итоге влиять на экспрессию белка и фенотип. Скорее, чем непосредственное влияние экспрессии мРНК протеин-кодирующих транскриптов, MeCP2 может также регулировать транскрипцию некодирующих РНК элементов, таких как miRNA. Т.о., в отсутствие MeCP2, некоторые miRNAs могут обнаруживать повышенную экспрессию, которая может вызывать негативный эффект на трансляцию мРНК, обнаруживаемых с помощью определенных miRNA (summarized in Fig. 3).
Fig. 3. The differential effects of MeCP2-mediated transcriptional regulation of mRNA or miRNA on protein expression.
Белок cAMP response element-binding (CREB) известен как критический транскрипционный фактор, регулирующий пластичность нейронов и зависимое от активности усовершенствование ветвления дендритов, оба являются дефектными процессами у пациентов с RTT. Инициальная идентификация белков мишеней для CREB выявила miRNA (miR-132) , которая как полагают посттранскрипционно регулирует MeCP2. В культивируемых постнатальных нейронах крыс miR-132 фактически непосредственно репрессирует экспрессию MeCP2. Однако при блокировании miR-132-обеспечиваемой регуляции MeCP2, и увеличении уровней MeCP2, было установлено, что увеличивается экспрессия brain-derived neurotrophic factor (BDNF) (47). Эти результаты противоречили двум предыдущим исследованиям, описавшим зависимое от активности высвобождение MeCP2 из локуса BDNF в культуре эмбриональных нейронов, это указывает на то, что MeCP2 может действовать как негативный регулятор BDNF (39, 40). Поскольку BDNF является как известной мишенью MeCP2 и активатором CREB, то вместе эти находки ведут к гипотезе, что miR-132 действует внутри петли обратной связи, участвующей в гомеостатической регуляции экспрессии MeCP2 посредством BDNF-активрованного CREB. Гомеостатическая регуляция MeCP2 с помощью miR-132 может поэтому указывать на механизм, с помощью которого уровни MeCP2 обычно поддерживаются в узких пределах, необходимых для собственно нейрального развития и синаптического созревания в постнатальном головном мозге и подчеркивает важность miRNA в этих процессах (48).
Влияние MeCP2 на импринтируемые локусы также может быть важным для RTT и др. синдромов умственной отсталости. Фактически, общим признаком среди импринтируемых локусов является присутствие некодирующих РНК и антисмысловой транскрипции. Хотя большинство данных, связанных с MeCP2-обеспечиваемым контролем транскрипции импринтируемых локусов противоречиво, т.к. многие группы получили конфликтующие результаты, немногие исследовали экспрессию некодирующих РНК, происходящих из этих локусов. Импринтируемые локусы, участвующие в RTT были проанализированы детально (49). Исходя из этих данных кажется возможным, что MeCP2 обеспечивает аллель-специфическую экспрессию некодирующих РНК из импринтируемых локусов путем управления или установления состояния хроматина в импринтируемом регионе, который в свою очередь затрагивает транскрипцию соседних белок-кодирующих генов. Фактически, MeCP2 , как было предположено, действует по установлению 'петель хроматина' , что делает возможной собственно экспрессию включенных транскриптов (49), и выдвигается интригующая гипотеза, согласно которой некодирующие РНК могут играть роль в формировании или поддержании таких структур хроматина.
Small nucleolar RNAs и Prader-Willi syndrome
Характерные признаки Prader-Willi syndrome (PWS) появляются в раннем детстве в виде мышечной гипотонии, трудностей питания и неспособности к бурному росту; примерно в 18 мес. такие дети начинают набирать избыточный вес, возникает тучность и они обнаруживают гипогонадизм и умственную отсталость (50). Сложная генетическая этиология этого синдрома включает геномный импринтинг и функционально сцепленные гены в геномной области 15q11-15q13 (Fig. 4). Унаследованная от отца крупная интерстициальная делеция внутри этого региона вызывает PWS в ~70% случаев (MIM 176270). Крупные размеры таких делеций затрудняло идентификацию генов, ответственных за этот синдром вплоть до недавнего времени, когда были диагностированы дети с PWS, имеющие микроделецию в этом регионе, которая занимала только 175 kb (Fig. 4) (51). Удивительно, C/D box small nucleolar RNAs (snoRNAs) являются единственными отцовскими транскриптами, экспрессируемыми в этом регионе, это эффективно демонстрирует, что нехватка этих snoRNAs достаточна. чтобы вызывать PWS.
Fig. 4. Genomic map of the human 15q11-q13 Prader-Willi syndrome/Angelman syndrome genomic region highlighting the allele-specific gene expression found in the brain.
C/D box snoRNAs, экспрессируемые в Prader-Willi геномном регионе, возникают из интронов отцовски экспрессируемого белок-кодирующего гена
SNURF-SNRPN, который распространяется на несколько сотен kilobases (52, 53). Микроделеция вызывает потерю HBII-438A snoRNA, всего кластера HBII-85 (29 snoRNAs), и части кластера HBII-52 (23 из 42 snoRNAs; Fig. 4) (51). В согласии с участием snoRNAs в собственно развитии головного мозга и умственной отсталости, HBII-85 snoRNAs экспрессируются преимущественно в головном мозге мыши и человека, а мышиная модель, содержащая делецию кластера HBII-85 snoRNA характеризуется дефицитом усвоения двигательных навыков и повышенной боязнью (54). Функцией большинства C/D snoRNAs является спаривание оснований с последовательностью мишенью (рибосомальными РНК и малыми ядерными РНК) и обеспечение сайт-специфического метилирования ribose 2'-hydroxyl группы (55). Кстати, мишени HBII-85 snoRNAs неизвестны, но они представляют огромный интерес для разработки терапевтических вмешательств.
An antisense transcript regulates ubiquitin ligase E3A и Angelman syndrome
Angelman syndrome (AS) характеризуется микроцефалией, тяжелой умственной отсталостью, гиперактивностью, судорогами, аномальной электроэнцефалограммой (EEG), и атаксической походкой с маховыми движениями рук (56). AS и PWS всегда сцеплены поскольку они связаны с общей геномной областью (15q11-15q13) и механизмом реципрокной регуляции импринтинга; PWS вызывается нарушением отцовски экспрессируемых (т.e. экспрессируемых с хромосомы, вносимой отцом) в этом регионе, а AS вызывается разрушением матерински экспрессируемых генов в той же самой области. Тем не менее гены, которые вызывают эти синдромы различны и экспрессируются с противоположных нитей ДНК соотв. хромосом (отцовской или материнской). Материнское наследование крупной делеции в этом регионе вызывает AS в большинстве случаев (70%) (57). Мутации в одиночном матерински наследуемом гене, ubiquitin ligase E3A (UBE3A; Fig. 4), также вызывают, хотя и менее тяжелый фенотип AS, а мутации др. матерински наследуемых соседних генов (ATP10A и GABRB3) в комбинации с UBE3A могут приводить к тяжелому синдрому с полным набором дефектов (27, 58, 59).
UBE3A, экспрессируемый с материнского аллеля в головном мозге плодов и во взрослом фронтальном кортексе человека, играет роль в катализе переносе активированного ubiquitin на специфические мишени - белковые субстраты (60-64). Эти находки подтверждают, что UBE3A вызывает ткане-специфический импринтинг в головном мозге и привел к открытию антисмыслового транскрипта, UBE3A-ATS, который экспрессируется с отцовской хромосомы в головном мозге и функционирует в цис положении, чтобы замалчивать экспрессию UBE3A с отцовского аллеля (65, 66). Человеческий UBE3A-ATS является крупной (~460 kb) некодирующей РНК, которая инициируется вблизи Prader-Willi импринтинг-центра, распространяется через SNURF/SNRPN ген и перекрывает UBE3A (Fig. 4) (53). Поскольку механизм antisense-вызываемого молчания, используемый UBE3A-ATS остается неизвестным, то возможно участие деградации sense/antisense двойной нити РНК, транскрипционной интерференция, обусловленной одновременной оккупацией RNA polymerase позитивной и негативной нитей хромосомы и antisense-обусловленной модификации хроматина (67-71). Мышиная модель, которая делетирует регион отцовского промотора Ube3a-ATS не экспрессирует Ube3a-ATS в головном мозге и ведет к биаллельной экспрессии Ube3a в головном мозге мутантных мышей (72). К сожалению эти мутантные мыши также лишены экспрессии snoRNAs в Prader-Willi критическом регионе и не могут быть использованы для определения эффекта биаллельной избыточной экспрессии Ube3a в головном мозге. Однако дети, которые наследуют материнскую дупликацию, региона 15q11-q13, которая эффективно воспроизводит биаллельную экспрессию UBE3A в головном мозге, имеют аутизм (73). Эти находки подчеркивают важную роль того, что UBE3A-ATS некодирующая РНК играет роль в поддержании импринтинга собственно величины экспрессии UBE3A. Необходимы дальнейшие исследования, что определить UBE3A-ATS механизм замалчивания.
Overexpression of miRNAs contributes to Down syndrome
Down syndrome (DS), который затрагивает 1 из 700 новорожденных, характеризуется варьирующим фенотипом, который включает врожденные дефекты сердца, черепно-лицевые аномалии и нарушение познавательной деятельности (74). DS вызывается утроением всей или части хромосомы 21 и часто обозначается как трисомия 21. Добавочный хромосомный сегмент вызывает увеличение дозы гена на 50% для многих генов, что и объясняет DS фенотип (75, 76). Генотип-фенотипические корреляции случаев частичной трисомии позволили выявить Down syndrome critical region (DSCR), чьё удвоение ассоциирует со многими DS фенотипами, особенно умственной отсталостью (77, 78). Кстати, известно более 30 генов, избыточно экспрессирующихся в ключевых регионах головного мозга у DS индивидов; 13 из них находятся в DSCR, включая DOPEY2, SIM2 и DYRK1A (rev. Rachidi и Lopes) (79). Хотя все эти гены рассматриваются как хорошие кандидаты и нуждаются в дальнейшей характеристике на протеомном уровне, изучение вкладов др. генов в умственную отсталость при DS продолжается.
Недавно, Feldman с коллегами исследовали потенциальный вклад miRNAs в DS и вычислили, что хромосома 21 кодирует 5 miRNAs (miR-99a, let-7c, miR-125b-2, miR-155 и miR-802), все они избыточно экспрессируются в тканях головного мозга и сердца плодов от DS индивидов, подтверждая тем самым. что они могут вносить вклад, по крайней мере частично, в cognitive и кардиальные дефекты, наблюдаемые при DS (80). Отметим, что ни одна из этих miRNAs не находится в DSCR; однако, др. находки, которые подтверждают роль miRNAs при DS , заключаются в том. что miR-155 подавляет человеческий ген, ассоциированный с гипертензией, angiotensin II type 1 receptor (AGTR1) (81). В самом деле, DS индивиды обладают низким кровяным давлением и низкими уровнями белка AGTR1.
Ассоциации между miRNA и DS фенотипом вряд ли редки, даже для miR-155, поскольку каждая miRNA обладает способностью регулировать большое количество белок-кодирующих генов (1, 82). Более того, улучшение компьютерных и экспериментальных методов продолжается с целью локализации новых miRNAs, исходя из предположения, что остаются неидентифицированными miRNAs, располагающиеся на хромосоме 21 и в DSCR. Т.к. miRNAs и их взаимодействия с РНК мишенями становятся всё яснее, они становятся прекрасными кандидатами для разработки терапии индивидов с DS.
Other observations и implications about некодирующих РНКs in mental retardation
Имеются дополнительные наблюдения, связанные с некодирующими РНК s и умственной отсталостью. Совпадающее с транскрипционным молчанием гена FMR1 является такэе замалчивание недавно идентифицированного некодирующего транскрипта, ASFMR1 или FMR4 (83, 84). ASFMR1 перекрывает CGG повтор FMR1 и транскрибируется в антисмысловой ориентации. Подобно FMR1, экспрессия ASFMR1 коррелирует с длиной CGG повторов и статусом метилирования, обнаруживая повышенную экспрессию у носителей предмутации CGG повторов (55-200 repeats) и полное отсутствие экспрессии у мутантных индивидов (>200 повторов) с метилированными CGG треками. Кроме того, в присутствии предмутационного диапазона CGG повторов, ASFMR1, как было установлено, обнаруживает специфический альтернативный сплайсинг (84). Несмотря на регион перекрывания в антисмысловой ориентации с FMR1, пониженные уровни антисмысловых транскриптов не обнаруживали эффекта на экспрессию самого FMR1. Однако было отмечено, что снижение повсеместно экспрессирующегося антисмыслового транскрипта ведет к снижению клеточной пролиферации культивируемых HEK-293T клеток (83). Хотя функция ASFMR1 остаётся неясной, корреляция экспрессии ASFMR1 с длинными CGG повторами и состоянием метилирования оправдывают дальнейшие исследования по вкладу этого необычного транскрипта в этиологию синдрома ломкой хромосомы и и подчеркивает вовлечение некодирующих РНК в умственную отсталость.
Др. наблюдения, связанные с некодирующими РНК и умственной отсталостью, включают детекцию геномного региона на хромосоме 7, 7q31, в котором транслокации и делеции были ассоциированы с аутизмом. Этот специфический регион содержит сложный репертуар транскриптов, включая значительное количество некодирующих РНКs, коллективно обозначаемых как ST7 некодирующие РНК (85). Хотя функции ST7 некодирующих РНКs остаются неохарактеризованными, они недавно были рассмотрены как гены опухолевых супрессоров (86, 87). Один геномный регион, связанный с формой X-сцепленной умственной отсталости был классифицирован как MRX3 и Waisman синдром (early-onset Parkinsonism with mental retardation) дает miRNA, miR-175 (88). Более того, Beckwith-Wiedemann синдром, коррелирующий со слабой умственной отсталостью в некоторых случаях, сцеплен с H19 и LIT-1 некодирующими РНКs (89, 90). Микроделеция в Xp11.3 объясняет ко-сегрегацию пигментного ретинита и X-сцепленной умственной отсталости в крупных родословных. Делетируемая область включает
RP2 гены, который преимущественно объясняют фенотип пигментного ретинита, это два аннотированных белок-кодирующих гена (SLC9A7 и CHST7), белок цинковые пальчики (FLJ20344), и две высоко законсервированные miRNAs (miR-221 и miR-222) (91). Сегментные дупликации на концах разрывов (BP4-BP5) хромосомы 15q13.2q13.3 приводят к микроделециям/дупликациям, которые ассоциируют с разнообразными нейропсихиатрическими аномалиями, включая признаки аутизма, ADHD, anxiety disorder, нарушения настроения, умственную отсталость, эпилепсию и в некоторых случаях EEG аномалии. Область ~1.5 Mb содержит BP4-BP5, включая six reference гены и одну miRNA, miR-211, некоторые пациенты, как было установлено, имеют более уменьшенную делецию ~500-kb, которая включает только три из рассматриваемых генов и
miR-211 (92).
Future prospects
Emerging data suggest that RNAs can regulate gene expression at many levels и through an array of mechanisms. Elucidating the functions of these RNAs could vastly improve our understanding и treatment of human diseases. Of particular note, recent discoveries of different types of small RNAs, including miRNAs, Piwi-interacting RNAs, и endogenous small interfering RNAs, revealed a new layer of gene regulation. These 'small' regulatory RNAs could play 'big' roles in shaping diverse cellular pathways from chromosome architecture, development, и growth control to apoptosis и stem cell maintenance. How these small regulatory RNAs may contribute to human disease pathogenesis is now being studied in earnest.
In this review, we have summarized the potential roles that different некодирующие РНКs might play in the molecular pathogenesis of different mental retardation disorders. The alterations could occur at different levels from the transcriptional regulation of некодирующ РНК s и the processing of некодирующих РНКs (particularly miRNAs) to the potential recognition between некодирующими РНКs и protein-coding mRNAs. We suspect that these findings are just the tip of the iceberg, with these и other некодирующ РНК s possibly being involved in disease pathogenesis at different levels и by multiple distinct mechanisms. It is therefore important to take некодирующ РНК s into consideration when trying to identify disease-causing gene(s) и dissect the biological pathway(s) altered in the pathogenesis of mental retardation.
774GJ-X3942-9АЕЛЕ-FWYJ9-KM77K 774GJ-X3942-9АЕЛЕ-FWYJ9-KM77K
Сайт создан в системе
uCoz
