چکیده
microRNA، RNAهای کوچک غیر کد کننده ای هستند که بیان ژن را در سطح پس از ترجمه تنظیم می‌کنند و برای تنظیم مولکولی ضروری به نظر می‌رسند که در بیان ژن‌های تعدیل کننده در طی تکامل عصبی و عملکرد آن دخالت دارند. microRNAها نقشی را در طی هماهنگی سلول‌های بنیادی عصبی و تمایز اولیه ایفا می‌کنند و هم مراحل پایانی تکامل عصبی را شامل می‌شوند مثل تشکیل دندریت‌ها و ارتجاع پذیری سیناپسی. یک ارتباط بین microRNAها و بیماری‌های عصبی مثل تخریب عصبی یا اختلال در عملکرد سیناپسی، با پیشرفت قابل ملاحظه ای در حال آشکار شدن است. این مقاله مروری، یافته‌های اخیر را درباره عملکرد microRNAها در تکامل و سیستم عصبی بالغ و پتانسیل‌های قابل ملاحظه آن‌ها در ارتباط با بیماری‌های عصبی خلاصه شده است.
مقدمه
کشف microRNAها(miRNAs)یک لایه جدید برای تنظیم کنترل بیان ژن را معرفی کرده است. miRNAها، RNAهای غیر کد کننده کوتاهی هستند که در حدود ۲۱ نوکلئوتید طول دارند که بیان ژن را در سطح پس از ترجمه و با هدایت ماشین مولکولی به ناحیه غیر ترجمه شونده 3′-UTR از mRNA اختصاصی تنظیم می‌کنند تا بیان آن‌ها را کنترل کند. از آن جایی بیوژنز و مکانیسم عمل miRNAها به طور گسترده در سایر مقالات بیان شده است، این مقاله فقط به طور خلاصه مروری را مطرح می‌کند. بسیاری از miRNAها توسط پلیمرازII بیان می‌شوند، در حالی که تعداد ک‌می‌از miRNAهای انسانی هم نشان داده شده است که توسط پلیمراز III رونویسی می‌شوند. رونوشت اولیه(pri-miRNA) می‌تواند بیشتر از هزار نوکلئوتید طول داشته باشد و دارای ساختارهای سنجاق سری باشد. درون هسته، pri-miRNA توسط آنزیم RNaseIII به نام Drosha دست ورزی می‌شود و منجر به یک پیش ساز سنجاق سری با طول ۷۰ نوکلئوتید می‌شود که دارای آویزهای ۲ نوکلئوتیدی در بخش 3′ است. این آویز به وسیله اکسپورتین -۵ شناخته می‌شود که miRNA را به درون سیتوپلاسم منتقل می‌کند. در سیتوپلاسم، pre-miRNA بعدا توسط آنزیم RNaseIII Dicer برش داده می‌شود. این منجر به تشکیلmiRNA duplex :miRNA حدواسطی می‌شود که دارای miRN بالغ ۲۱ نوکلئوتیدی و جایگاه ستاره ای آن miRNA⃰ است. با ادامه باز شدن پیچ و تاب miRNA دورشته ای با یک هلیکاز، miRNA بالغ به درون کمپلکس خاموش کننده القایی RNA(RISC) وارد می‌شود در حالی که miRNA⃰ معمولا تجزیه می‌شود. اتصال miRNA به mRNA هدف نیاز به RISC و حضور پروتئین‌های Argonaute(Ago) دارد. تشخیص miRNA هدف معمولا دارای جفت شدن بازی بین باقی مانده‌های ۲-۸ در انتهای 5′ miRNA می‌باشد که توالی دانه نامیده می‌شود و توالی مکمل آن در 3′-UTR از mRNA هدف وجود دارد. بسته به درجه مکمل بودن میان miRNAو هدفش، mRNA هدف می‌تواند شکسته شود و تجزیه شود یا به صورت ترجمه شونده ای مهار شود. مکمل بودن کامل تخریب mRNA را القا می‌کند در حالی که مکمل بودن ناقص منجر به مهار ترجمه می‌شود. در حیوانات، miRNA خاموش کننده بیان ژن به صورت قابل ملاحظه ای با مهار ترجمه کنترل می‌شود. تاکنون، مکانیسم‌های پشت مهار ترجمه شناخته شده اند. تنظیم در مرحله آغاز ترجمه، به عنوان یکی از مکانیسم‌های اصلی برای مهار ترجمه شناخته شده است اگرچه شواهدی برای تنظیم مراحل پس از آغاز هم تاکنون مورد نظر قرار گرفته اند. miRNAهای القا کننده مهار ترجمه به نظر می‌رسد که در مثال‌های اندکی می‌توانند برگشت پذیر باشند، نشان می‌دهد که miRNA، دینامیک تنظی‌می‌و پاسخ به نیازهای سلولی خاص را کنترل می‌کند.
ژن‌های miRNA مهره داران هم چنین در ژن‌های جداشده یا خوشه‌های miRNA بزرگ که در ژن واقع شده اند هم می‌تواند اتفاق بیفتد که به صورت متعاون به صورت رونوشت‌های اولیه پلی سیسترنی ترجمه می‌شوند. ژن‌های miRNA بدون خوشه می‌توانند از پروموترهای خودشان ترجمه شوند در حالی که به ترتیب 40% و 10% از ژن‌های miRNA انسانی و موشی درون اینترون‌ها و اگزون‌ها واقع شده اند. که رونوشت‌های کد کننده پروتئین و غیر پروتئینی هستند که در طی ژن‌های میزبان بیان می‌شوند.
نقش Dicer و miRNA در سیستم عصبی
مغز منبعی غنی از miRNA است و مطالعات مختلفی با استفاده از پروفایل بیانی miRNA نشان داده است که جزء اصلی miRNAها غنی می‌شوند یا به طور اختصاصی در سیستم‌های عصبی بیان می‌شوند و بیان آن‌ها به صورت دقیقی در طی تکامل مغز تنظیم می‌شود. این امر در ابتدا، نقش مهم miRNA را در تکامل مغز، افتراق نورونی و تنظیم مغز و بیان ژن‌های اختصاصی نورون‌ها را نشان می‌دهد. حذف Dicer ژنو‌می‌منجر به حذف همه miRNAهای بالغ می‌شود و به عنوان یک ابزار ارزشمند برای مطالعه دخالت کلی مسیرهای تنظی‌میmiRNA در سیستم عصبی معرفی می‌شود. نقایص مورفوژنز شدید مغز در موتانت‌های دارای dicer خاموش شده در zebrafishمشاهده شده است. فقدان Dicer می‌تواند توسط miR-430 انجام شود که از خانواده بزرگ miRNA در طی تکامل اولیه zebrafish بیان می‌شود و نقشی اساسی را برای این خانواده miRNA در طی تکامل مغزی ایفا می‌کند. در موش‌ها، حذف Dicer سبب تخریب نورون‌ها و مرگ سلولی در زیرجمعیت‌های نورونی می‌شود مثل نورون‌های دوپامین در مغز، سلول‌های پورکینج پس از میتوز در مخچه و نورون‌های پیش قشری. به علاوه، فقدان Dicer در قشر و هیپوکاموس بر موروفولوژی بافت و سلول، مسیرهای ردیابی آکسونی و آپوپتوز تاثیر می‌گذارد. این امر نشان می‌دهد که miRNAها در چنین فرآیندهای متنوعی دخیل هستند مثل مورفوژنز نورونی و بافتی، زنده ماندن نورونی و احتمالا بیماری‌های تخریب نورونی. خاموش کردن Dicer در پیش سازهای قشر عصبی، بر افتراق عصبی تاثیر می‌گذارند و منجر به تمایز نهایی غیر عادی در پیش سازهای بویایی در حال تکامل می‌شود. مهار خانواده miR-200 به تنهایی، یک خانواده miRNA است که به میزان بالایی در بافت‌های بویایی بیان می‌شود، فنوکپی‌های افتراقی انتهایی در پیش سازهای بویایی را دچار نقص می‌کند. در کل، این نتایج منجر به نقش کلیدی برای miRNAها در طی تمایز عصبی می‌شود.
miRNAها در اختصاصیت رده‌های سلول عصبی و تمایز آن‌ها
مطالعاتی انجام شده است که اهمیت miRNA را در مسیرهای تنظی‌می‌در رخدادهای اولیه تکاملی نشان می‌دهد مثل ارتباط سلول‌های بنیادی عصبی، تمایز و رشد خارجی نورونی. Let5-7 در سینورابتیدیس الگانس به عنوان یک تنظیم کننده زمان بندی تکامل از طریق تنظیم تکثیر سلولی و تمایز شناسایی شده است. این miRNAها در بافت‌های مغز موجودات مختلفی مثل zebrafish و موش بیان می‌شوند. بیان let-7 در سلول‌های بنیادی جنینی تمایز نیافته، پایین است اما در طی تمایز به رده‌های عصبی افزایش می‌یابد. در فرآیند همکاری سلول‌های بنیادی عصبی، let-7 بخشی از لوپ بازخورد منفی دوگانه است که در سطح بیان let-7 به عنوان کنترلی برای تبدیل سلول‌های جنینی به سلول‌های عصبی شناخته می‌شود(شکل ۱).
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. Mlin41یک 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.
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 کینازIIوابسته 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.
تنظیم وابسته به فعالیت microRNAها در سیستم عصبی
برنامه‌های وابسته به فعالیت از بیان ژن برای فرآیند رشد خارجی دندریتی، بلوغ سیناپسی و حذف آن و هم چنین ارتجاع پذیری در مغز بالغ مهم است. بیان miRNAها در بسیاری از مثال‌ها نشان داده شده است که توسط فعالیت‌های نورونی تعیین می‌شود که منجر به تنظیم miRNA وابسته به فعالیت در ژن‌های هدف می‌شود. اخیرا، ما فهمیدیم که miR-134 نه فقط به صورت موضعی در سیناپس‌ها تنظیم می‌شوند، بلکه به صورت کلی درون نورون‌ها هم توسط برنامه‌های رونویسی وابسته به فعالیت تنظیم می‌شود. ژن miR-134 در خوشه miRNA بزرگی درون دومین Gfl2/Dlk1 قرار گرفته اند و شامل حدودا ۵۰ miRNAهای اختصاصی مغز هستند. رونویسی خوشه miRبعد از فعال شدن نورونی در میوسیت‌ها، حالت وابسته به فاکتور ۲ را افزایش می‌دهد. بیان القا شده از Mef2 در miR-134 برای رشد خارجی دندریتی وابسته به فعالیت نورون‌های هیپوکاموسی نیاز است و این اثر می‌تواند با مهار وابسته به miR-134 از مهار کننده‌های ترجمه Pumilio2همراه باشد(Pum2).
miRNAها در تخریب عصبی
دانش ما درباره درگیری miRNAها در تخریب عصبی عمدتا از مطالعات اولیه ناشی می‌شود که بر روی حذف Dicer انجام شده است. این مطالعات ضرورت miRNA برای زنده ماندن انواع خاصی از نورون‌ها در مغز را نشان می‌دهد. به علاوه، مطالعه در موضوع بیماری‌های تخریب عصبی در انسان(NDs) که بیان miRNA تنظیم نشده به شدت یک ارتباط بین miRNAهای منفرد را با اصول بیماری زایی نشان می‌دهد. اگرچه، شواهدی برای درگیری جزئی ولی مستقیم miRNA در NDها هنوز ناشناخته است. به عنوان مثال، مشخص نشده است که آیا بیماری مرتبط با miR-NAs می‌تواند برای فنوتیپ‌های اصلی مشاهده شده درNDsقابل استفاده باشد یا اگر عدم تنظیم به سادگی یک محصول جانبی را بسازد، این محصول از فرآیندهای سلولی ناشی شده است که در بیماری تاثیر دارند. قبل از خلاصه کردن بعضی از ارتباطات شناخته شده اخیر درباره مسیرهای تنظی‌میmiRNA و NDs انسان‌ها، مناسب است که به مطالعه ای بر روی دروزوفیلا اشاره شود که تنظیم miRNA را با کنترل آپوپتوز مغزی ارتباط می‌دهد. miR-8 دروزوفیلا بیان آتروفین را تنظیم می‌کند که یک کورپرسور رونویسی مرتبط با فعالیت هیستون داستیلازی است. موتانت‌های miR-8 یک بیان افزایش یافته از آتروفین را نشان می‌دهند ه منجر به آپوپتوز افزایش یافته در مغز و نقایص رفتاری می‌شود. بیان بیش از حد miR-8 به طور مشابه مرگ و میر را افزایش می‌دهد و نقش miR-8 را در پنج مرحله از سطوح بیانی آتروفین درون یک محفظه کوچک نشان می‌دهد تا از تخریب نورون‌ها در مغز جلوگیری کند.
نتیجه گیری
تحقیقات بر روی miRNA هنوز یک موضوع نسبتا جدید است و دانش ما درباره مکانیسم‌های تنظی‌می‌ایجاد شده توسط miRNAها در تکامل و کاربرد سیستم عصبی هنوز بسیار محدود است. اگرچه، مشخص است که miRNAs نقش مه‌می‌در ازدیاد کاربردهای CNS دارند مثل اختصاصیت نورونی و تمایز، دندریت زایی و ارتجاع پذیری سیناپسی. بسیار مشخص است که بیشتر کاربردهای miRNAها در CNSدر آینده مشخص خواهند شد. تصویر دارای جزئیات بیشتر از تعداد فرآیندهای تنظی‌می‌شامل miRNAهایی در نورون‌هاست و مغز نیاز دارد که به طور کامل کاربرد و تکامل سیستم‌های عصبی را بشناسد. اهمیت miRNAمنفرد به صورت بالقوه بیشتر از آن چیزی است که تاکنون شناخته شده است و این امر هم به دلیل توانایی بالای آن‌ها در تنظیم ژن‌های هدف چندگانه است. و سوالاتی که وجود دارد این است که چگونه miRNAها مدیریت می‌شوند تا یک مسیر فیزیولوژی مشخص را تنظیم کنند وقتی که ظرفیت برهم کنش با صدها mRNA هدف را دارند. به صورت همزمان، در این موضوع، مهم است که مسیرهای تنظی‌می‌شناخته شود که بیان موقتی و دائ‌میmiRNAها و هم چنین برهم کنش miRNAها با mRNAهای هدفشان را در زیرواحدهای نورونی ویژه در مغز کنترل می‌کنند. بازآرایی دینامیک کمپلکس‌های miRNA در پاسخ به فعالیت، همان طور که با برهم کنش LimK/miR-134 نشان داده شده است، یک موضوع مهم برای مطالعه در آینده است. در نهایت، ارتباطات بین miRNAها و بروز بیماری مشاهده شده است اگرچه این موضوع قطعی نیست که آیا نقص در فعالیت miRNA سبب بیماری‌های عصبی می‌شود یا آن‌ها به سادگی می‌توانند نتیجه یک بیماری باشند. یک نکته قابل توجه این است که مسیر miRNA می‌تواند هدف احتمالی برای توسعه دیدگاه‌های درمانی جدیدی در تیمار بیماری‌های عصبی باشد.
این مقاله ISI در سال 2009 در نشریه الزویر و در مجله نامه های علوم اعصاب، توسط مرکز تحقیقات ژنوم عملکردی ویلهلم یوهانسن منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله دخالت microRNA در جنبه های کاربردی و تکاملی سیستم عصبی در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.
