МикроРНК регулирует развитие бокового амиотрофического склероза

Ученые из института Солка (США) исследовали, как экспрессия микроРНК mi-218 у мышей влияет на развитие бокового амиотрофического склероза.

Нейродегенеративные заболевания часто связаны с сокращением, но не полным выключением экспрессии микроРНК — регулирующих молекул, которые снижает продукцию белков. Нарушения в работе микроРНК вовлечены в патогенез многих заболеваний, в том числе рака, протеинопатии и раннего старения. Хорошо исследован случай наследственной гаплонедостаточности (ситуации, когда эффект мутантного аллеля не компенсируется действием нормального) микроРНК miR-96 у людей, которая приводит к прогрессирующей сенсорной нейродегенерации и потере слуха.

Боковой амиотрофический склероз (БАС) — нейродегенеративное заболевание, характеризующееся нарушением функции моторных нейронов в центральной и периферической нервной системе. Чаще всего оно возникает в зрелом возрасте и приводит к параличу и смерти через 3–5 лет. Во многих работах было показано, что одна и та же микроРНК, miR-218, у людей с БАС выявлялась на пониженном уровне, но не исчезала полностью. Редкие варианты гена этой микроРНК, нарушающие ее биогенез, способствуют развитию нейропатологий. Полная потеря miRNA218 приводила к нарушению нейромышечного синаптогенеза, потере моторных нейронов и полному параличу.

Авторы нового исследования решили узнать, почему поддержание определенных уровней miR-218 важны для нормальной работы двигательных нейронов. Они получили несколько линий мышей, несущих комбинации мутаций, которые влияют на продукцию miR-218. Мутации в мышином геноме создавали с помощью CRISPR-Cas9 — мРНК Cas9 и гидовые РНК вводили в мышиные ооциты. Таким образом создавалась делеция в регуляторном участке гена miR-218, которая нарушала, но не блокировала полностью транскрипцию этого гена в моторных нейронах.

Чтобы получить животных с разным уровнем экспрессии miR-218, объединяли эту мутацию и те, которые вызывают полный нокаут генов. Таким образом создали серию из пяти вариантов мутантных мышей: от дикого типа до полностью нежизнеспособного с нокаутом всех копий генов miR-218, включая промежуточные варианты с делецией, снижающей транскрипцию.

Уровень экспрессии miRNA в мышиных эмбриональных нейронах измеряли с применением FACS — сортировки клеток с помощью проточной цитометрии и последующим ПЦР анализом в системе TaqMan MicroRNA Assays.

Выяснилось, что для выживаемости мышей и поддержания функций моторных нейронов уровень экспрессии miR-218 должен достигать хотя бы 7–36% от экспрессии у мышей дикого типа. При более высоких уровнях нейроны функционируют нормально, а значения ниже 7% приводят к параличу и смерти.

Секвенирование транскриптома у мутантных мышей со сниженной экспрессией miR-218 показало дерепрессию около 300 различных мРНК, содержащих сайты связывания с микроРНК. Экспрессия всех этих генов нелинейно взаимосвязана с уровнем miR-218. Большинство этих мРНК оказались прямыми ее мишенями, но 64 гена были связаны с miR-218 не напрямую. Многие из них кодируют белки, участвующие в передаче синаптических сигналов, формировании нейронных контактов, росте аксонов и нейромышечных взаимодействиях.

«Вместо того, чтобы действовать как простой переключатель, молекула miR-218 действует как дирижер оркестра из 300 музыкантов, играющих вместе», — говорит первый автор работы Нил Амин (Институт Солка, Стэнфордский университет. — Вместо того, чтобы приказывать всем музыкантам постепенно и одновременно снижать громкость своих инструментов, он приказывает одним играть тише, а другим — замолчать. Он осуществляет гораздо более динамичный и сложный контроль над функцией генов, чем мы когда-либо раньше представляли».