The role of microRNA miR-196 in HOX dependant maturation of lumbar motor neurons

Abstract

Kleine, nicht kodierende Mikro-RNAs regulieren die Translation von vielen mRNAs durch unvollständige Basen-Paarung in der 3 nicht-translatierten Region. Drei konservierte Gene, welche drei miR-196 RNAs kodieren, befinden sich in den Hoxa, Hoxb beziehungsweise Hoxd Gengruppierungen von Säugern und Vögeln. Aufgrund von Bioinformatik- und von Reportergen-Studien wurden die drei Maus Gene Hoxa7, b8, und c8 als Ziele von miR-196 identifiziert. Überexpression von miR-196 beeinflusst die ektopische Induktion von HOXB8 durch Retinsäure in den Anlagen der Vordergliedmaße des Huhns. In Wirbeltier-Embryonen sind Hox-Gene von der Gastrulation bis zur Organentwicklung an der antero-posterioren Musterbildung beteiligt. In dem sich entwickelnden Rückenmark sind sie Determinanten der Motorneuronen-Identität und besonders wichtig für ihre kolumnare Anordnung. Die gegenwärtige Studie untersucht die Funktion von miR-196 in der Entwicklung des lumbaren Rückenmarks. Durch RNA In Situ-Hybridisierung und durch doppelte Sensor-Tracer-Analyse wurde gezeigt, dass die Expressions-Bereiche von miR-196 und HOXB8 entlang der antero-posterioren-Achse des Rückenmarks sich gegenseitig ausschliessen. HOXB8 war im Hals- und Brustbereich des Neuralrohrs exprimiert, während miR-196 angrenzend an die hintere Grenze des HOXB8-Bereiches im lumbaren Bereich vorhanden war. MiR-196 unterdrückte spezifisch die Translation von HOXB8 durch Wechselwirkung mit seiner 3 UTR, sowohl in kultivierten Zellen, als auch im lebenden Embryo. Dieser Regulierungseffekt wurde zusätzlich durch knockdown -Ansätze bestätigt, in denen HOXB8 von dieser Repression befreit wurde. Die Störung des Gleichgewichts zwischen HOXB8 und miR-196 lumbaren Neuralrohr durch Misexpression von HOXB8 oder durch Hemmung der miR196-Aktivität beeinflusste die zeitliche Entwicklung der Motorneuronen. Die Anzahl der Progenitor-Zellen war erhöht und ihr Austritt aus dem Zellzyklus wurde verzögert,! so dass die Entwicklung der postmitotischen Motorneuronen und Axonprojektion beeinträchtigt war. Diese Daten deuten darauf hin, dass HOXB8 im lumbaren Neuralrohr in der Entwicklungsphase herunterreguliert werden muss, wenn die Motorneuron-Vorläuferzellen aus dem Zellzyklus austreten und Neuronen geboren werden sollen. MiR-196 wird zur richtigen Zeit in den richtigen Zellen exprimiert, um die Abwesenheit von HOXB8-Protein durch direktes Zusammenspiel mit HOXB8 mRNA zu vermitteln. Vorangegangene Studien hatten die Bedeutung der anterioren Hox-Gen-Expressionsgrenzen betont, und einen kombinatorische Mechanismus und /oder eine posteriore Prevalenz diskutiert. Die gegenwärtige Studie liefert Belege für eine mikroRNA vermittelte Definition der posterioren Expressions-Grenze eines Hox-Gens, als einen zusätzlichen Mechanismus zur Definition von zellulären Identität entlang der Körperachse.