دانلود رایگان ترجمه مقاله دخالت microRNA در جنبه های رشدی و عملکردی سیستم عصبی (ساینس دایرکت – الزویر 2009)

دخالت microRNA در جنبه های کاربردی و تکاملی سیستم عصبی و در بیماری های عصبی

microRNA involvement in developmental and functional aspects of the nervous system and in neurological diseases

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

F2144

تبدیل سلول های جنینی به سلول های بنیادی عصبی با let-7 کنترل می شود. سطح let-7 توسط یک لوپ بازخورد منفی دو طرفه بین let-7 و Lin-28 تنظیم می شود. پروتئین Lin-28، let-7 را در سطح پس از ترجمه مهار می کند. در حالی که هویت سلول های بنیادی جنینی باقی می مانند. مهار ترجمه در Lin-28 در بخش mRNA، توسط let-7، فرآوری let-7را امکان پذیر می کند که منجر به هماهنگی سلول های عصبی نورونی می شود. مهار Lin-28 توسط فرآوری let-7 می تواند توسط دو مکانیسم به وجود بیاید: 1. در هسته، Lin-28 به لوپ ساختار سنجاق سری در رونوشت pri-let-7 متصل می شود در حالی که فرآیند Dorsha مهار می شود. 2. در سیتوپلاسم، Lin-28 یوریدیلاسیون pre-let-7 را القا می کند. pre-let-7 یوریدیله شده توسط Dicer و تجزیه مربوط به آن، شناخته نشده است.
اگرچه، let-7 بالغ در سلول‌های بنیادی جنینی تمایز نیافته بیان ن‌می‌شود، این سلول‌ها، pre-let-7 را بیان ‌می‌کنند که تنظیمات بعد از رونوشت برداری را برای بیان let-7 اعمال ‌می‌کند. یک از تنظیم کننده‌های مورد نظر در Lin-28 پروتئینی است که به علت درگیری اش در زمان تکامل C.elegans به خوبی شناخته شده است. اما آنچه اخیرا نشان داده شده است این است که در برنامه ریزی دوباره برای تبدیل سلول‌های سوماتیک جنینی به پلوریپوتنت‌ها دخیل است. Lin-28 تنظیم منفی را برای بیان let-7 تنظیم ‌می‌کند که از طریق مهار رخدادهای فرآوری let-7 این کار را انجام ‌می‌دهد. شواهدی مربوط به دو مکانیسم برای Lin-28 وجود دارد که مهار فرآوری let-7 را تنظیم ‌می‌کنند. ابتدا، Lin-28 به ناحیه لوپی از ساختار سنجاق سری در رونوشت pri-let-7 متصل ‌می‌شود و فرآوری Drosha را مهار ‌می‌کند. دوم، Lin-28 یوریدیلاسیون pre-let-7 را در انتهای 3′ القا ‌می‌کند و منجر به شکست در پیش سازهایی ‌می‌شود که متحمل فرآیند Dicer شده اند. در طی اختصاصیت رده‌های سلولی عصبی، Lin-28 و Let-7 با هم تعامل ‌می‌کنند تا بلوغ let-7 را کنترل کنند. Lin-28 به صورت پایین دستی توسط let-7 تنظیم ‌می‌شود و اجازه ‌می‌دهد که فرآوری pri/pre-let-7 رخ دهد در حالی که مهار let-7 با Lin-28 منجر به تنظیم بالادستی Lin-28 و فقدان فرآوری pri/pre-let-7 ‌می‌شود.
مطالعه ای بر روی درگیری miRNA در تمایز نورون، نقش مه‌می‌را برای miRNAهای اختصاصی مغز. miR-9 و miR-124 را نشان ‌می‌دهد. این miRNAها بیان افزاینده ای را در طی عصب زایی ایجاد ‌می‌کنند. بیان بیش از حد این دو miRNA سبب یک کاهش در تمایز رده‌های آستروسیتی در محیط کشت ‌می‌شود ، اگرچه مهار miR-9 به تنهایی یا در ترکیب با miR-124 سبب کاهش تعداد نورون‌ها ‌می‌شود. به علاوه، بیان افزایش یافته miR-125aو miR-125b در طی تمایز سلول‌های کارسینومای جنینی درون نورون‌ها مشاهده شده است. یک هدف تنظی‌می‌از اعضای خانواده miR-125 در Lin-28 پستانداران و دو miRNA مربوط به مهار مشاهده شده در Lin-28 در نورون‌های تمایز پیدا کرده وجود دارد. در موش، miR-9 به طور کلی در این محتوا بیان شده است که در طی تمایز ‌می‌تواند به صورت جدی سلول‌های Cajal-Retzius را در پوسته مغزی میانی تحت تاثیر قرار دهد. این اثر در طی تنظیم Foxg1 ایجاد ‌می‌شود، ژنی که در پایداری حالت تمایز نیافته از سلول‌های Cajal-Retzuis نقش دارند. در نهایت، miR-133b تمایز را در نورون‌های دوپامینی مغز میانی کنترل ‌می‌کند. موضوعی که بعدا در بخش بحث درباره پارکینسون با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار گرفته است.
miR-124 یک miRNA اختصاصی نورون است که برای تکامل نورونی مهم است. نقش اصلی miR-124 مهار ژن‌های غیر نورونی در نورون‌هاست که تمامیت سلولی را حفظ ‌می‌کند. مسیرmiR-124 با مسیر NRSF/REST(فاکتورهای خاموش کننده محدود کننده نورون/ فاکتور رونویسی خاموش کننده RE-1) که بیان ژن عصبی را در سلول‌های غیر عصبی مهار ‌می‌کند. NRSF/REST در طی تبدیل از پیش سازها با نورون‌های پس از میتوزی به صورت پایین دستی تنظیم ‌می‌شوند. چون رونویسی از miR-124، وابسته به NRSF/REST است، این امر به بیان miR-124 اجازه ‌می‌دهد، که ‌می‌تواند ژن‌های غیر عصبی را مهار کند. جالب است که، هدف miR-124 در دومین کوچک انتهای C در پروتئازهاست(SPC1). یک فاکتور ضد عصبی که در عملکرد کمپلکس NRSF/REST نقش دارد. به علاوه، miR-124 ‌می‌تواند بیان ژن‌های اختصاصی نورونی عصبی را از طریق تنظیم PTBP1 که یک مهار کننده ویرایش جایگزین است انجام دهد. این موضوع تولید رونوشت‌های اختصاصی نورون را آغاز ‌می‌کند. PTBP1 سطوح بیان بالایی را در سلول‌های غیر عصبی ایجاد ‌می‌کند اما در سلول‌های غیر نورونی منجر به تنظیم پایین دستی بعد از رونویسی ‌می‌شود که این کار توسط miR-124 صورت ‌می‌گیرد. هدف گذاری PTBP1 توسط miR-124 ویرایش‌های جایگزین اختصاصی نورونی را امکان پذیر ‌می‌کند و miR-124 تمایز را در نورون‌ها افزایش ‌می‌دهد.
جدا از نقش miR-124 در خاموش کردن ژن‌های غیر عصبی و آغاز بیان ژن‌های عصبی، miR-124 در رشد نورونی خارجی در سلول‌های سرطانی جنینی موش‌های در حال تمایز هم درگیر هستند. افکتورهای پایین دستی miR-124 در این پارادایم، Rac1 و Cdc42 هستند که GTPaseهای کوچکی از خانواده Rho هستند که دینامیک فیلامنت‌های اکتین و میکروتوبول‌ها را در سلول‌های مختلفی تنظیم ‌می‌کنند. این نقشی را برای miR-124 در ژن‌های تنظی‌می‌کنترل کننده بازآرایی اسکلت سلولی نشان ‌می‌دهد. miRNA دیگری که رشد نورونی را تنظیم ‌می‌کند، miR-388 است. ژن miR-338 درون اینترون تیروزین کینازهای مربوط به آپوپتوز قرار گرفته اند، کینازی که برای تمایز عصبی و گسترش نورون‌ها ضروری است. در طی تکامل نورونی، AATK و miR-388 با هم بیان ‌می‌شوند و هر دو مولکول برای رشد بهینه نورونی مورد نیاز هستند. به علاوه، محصولات ژنی خاموش کننده miR-388 که تنظیم کننده‌های منفی برای تمایز نورون‌ها هستند همراه با AATK عمل ‌می‌کنند تا تمایز نورونی را آغاز کنند.
microRNA‌ها در تکامل مغز
اگرچه درصد بالایی از miRNAهای شناخته شده در مغز وجود دارند، چیز زیادی درباره نقش miRNA‌ها در تکامل مغز مشخص نشده است. به علاوه، دو مطالعهه اخیر نشان داده اند که نقش‌های جدید مه‌می‌برای miRNA در نزدیکی لوله عصبی و الگوبندی مغزی وجود دارد. موش‌هایی با ژن‌های Mlin41 موتانت، نقایصی را در تشکیل لوله عصبی در طی تکامل ایجاد ‌می‌کنند و هم چنین مرگ جنینی را سبب ‌می‌شوند. Mlin41 یک ارتولوگ Lin-41 درc. elegans است. ژن هدفی که در کنترل تنظیم تمایز سلول‌های هیپودر‌می‌در طی تبدیل لارو C.elegans به حالت بالغ نقش دارند. در حالت in vitro، let-7 و miR-125 نشان داده اند که بیان Mlin41 را از طریق جایگاه اتصالی در 3′-UTR تنظیم ‌می‌کنند. تنظیم پایین دستی Mlin41 در جنین موش‌های در حال تکامل در حدود E9.5 دست به دست همراه با بیان افزایش یافته let-7 و miR-125 در الگوهای هم پوشانی دهنده منتقل ‌می‌شود و یک نقش حمایتی را برای let-7/miR-125/Lin-41 در چرخه تنظی‌می‌تکامل لوله عصبی ایفا ‌می‌کند.
در zebrafish، miR-9 طراحی شده است تا محدوده‌های مرز مغز میانی و مغز پشتی را تعیین کند، یک مرکز سازمان دهی دارای طول عمر زیاد در لوله عصبی که در تکامل مغز میانی و مغز پشتی نقش دارد. MHB شامل سلول‌های پیش سازی است و مرتبط با نورون‌های MH است. القای اکتوپی از عصب زایی درون MHB منجر به تمایز قبل از بالغ شدن و شکست در نگهداری فعالیت MHB ‌می‌شود. اجزای مهم برای نگهداری و فعالیت MHB، سیگنال‌های فاکتور رشد ۸ فیبروبلاستی هستند که عبارتند از: پذیرنده ۱ فاکتور رشد فیبروبلاست و فاکتورهای رونویسی Her، مهار کننده‌های عصب زایی در MHB. به طور جدی، miR-9 به میزان بالایی از طریق مغز miRNA را بیان ‌می‌کند که در MHB بیان ن‌می‌شوند. بیان اکتوپیک miR-9 در MHB، عصب زایی را آغاز ‌می‌کند و در نهایت منجر به حذف MHB ‌می‌شود. این اثر miR-9 با تنظیم بیان دستی از Fgf8، FgfR1 و هم چنین Her-5 و9 انجام ‌می‌شود، همه اجزای تنظیم کننده که در نگهداری و فعالیت MHB درگیر هستند. miR-9 عصب زایی را در MH آغاز ‌می‌کند و بیان miR-9 در نواحی اطراف MHB، ‌می‌تواند به تعیین محدودیت‌های MHB و هم چنین ذخایر پیش ساز MHB کمک کند. در کنار هم، این نتایج نقش جدیدی را برای miRNA‌ها در الگوبندی مغز نشان ‌می‌دهند. اگرچه، مطالعات بیشتر باید انجام بگیرد تا تصویر کامل تری از مشارکت miRNA‌ها در پیشبرد تکامل نرمال مغز به دست آید.
microRNA‌ها در ارتجاع پذیری سیناپسی
مغز بالغ شامل شبکه بسیار سازمان یافته ای از نورون‌هایی است که از طریق سیناپس با هم ارتباط دارند. تغییرات شدت سیناپسی و ساختار به عنوان مکانیسم اصلی شناخته ‌می‌شود که تشکیل حافظه را سبب ‌می‌شوند. سنتز پروتئین‌های جدید برای فرم‌های مشخصی از توسعه حافظه بلند مدت مورد نیاز است و در بعضی موارد، پروتئین‌های تازه سنتز شده از ترجمه موضعی mRNA درون فرآیندهای عصبی ایجاد ‌می‌شود. یک مجموعه ای از این mRNAها در پایه‌های دندریتی و اسپین‌ها قرار دارند. انشعاب‌های غنی از اکتین کوچک که از دندریت‌ها و جایگاه‌های اولیه تماس سیناپسی خارجی به دست ‌می‌آیند. یافته‌های مختلفی اخیرا نشان داده اند که عملکرد miRNAها در کنترل ترجمه از mRNAهای دندریت‌های موضعی نقش دارند. هم miRNA‌ها و هم pre-miRs در سیناپتونوزوم شناسایی شده اند. اجزای بیوشیمیایی که در غشاهای سیناپس‌ها حضور دارند. به علاوه، Dicer درون اسپین‌های دندریتی جایگیری ‌می‌شود. در اینجا، Dicer به نظر ‌می‌رسد که فقط در طی تحریک سیناپسی از طریق تنظیم شکستن به واسطه کالپین پروتئازهای وابسته به کلسیم فعال ‌می‌شود. این موضوع احتمال جالبی را بالا ‌می‌برد که تحریک سیناپسی ممکن است منجر به فعال شدن Dicer شود. Dicer فعال شده ‌می‌تواند فرآیندهای بارزی را در pre-miRs قرار گرفته در سیناپس ایجاد کند تا miRNAهای بالغ فعالی را به انجام ‌می‌رساند. بنابراین ترجمه mRNA موضعی تنظی‌می‌در حالت وابسته به فعالیت صورت ‌می‌گیرد. مطالعه ای بر روی دروزوفیلا به صورت ژنتیکی مسیر miRNA را به سنتز پروتئین محلی و تشکیل حافظه مرتبط ‌می‌کند. آرمیتاژ، جزئی از مسیر RISC است که در سیناپس‌های بدنه قارچ خوراکی دیده ‌می‌شود و در طی فعالیت عصبی به صورت موضعی تخریب ‌می‌شود که منجر به تشکیل حافظه بلند مدت ‌می‌شود. این موضوع منجر به انتقال سیناپسی موضعی از کینازII وابسته به کلسیم/کالمودولین و تقسیم شدن سیناپسی ‌می‌شود. بنابراین، سنتز پروتئین‌های سیناپسی و تشکیل حافظه پایدار در این مثال تحت کنترل تخریبی مسیر RISC است.