The RNaseIII-containing enzyme Dicer is believed to be required for the processing of most, if not all, microRNAs (miRNAs) and for processing long dsRNA into small interfering RNAs. Because the complete loss of Dicer in both zebrafish and mice results in early embryonic lethality, it has been impossible to determine what role, if any, Dicer has in patterning later tissues in the developing vertebrate embryo. To bypass the early requirement of Dicer in development, we have created a conditional allele of this gene in mice. Using transgenes to drive Cre expression in discrete regions of the limb mesoderm, we find that removal of Dicer results in the loss of processed miRNAs. Phenotypically, developmental delays, in part due to massive cell death as well as disregulation of specific gene expression, lead to the formation of a much smaller limb. Thus, Dicer is required for the formation of normal mouse limbs. Strikingly, however, we did not detect defects in basic patterning or in tissue-specific differentiation of Dicer -deficient limb buds.

Abstract Differentiated cell types derived from human embryonic stem cells (hESCs) may serve in the future to treat various human diseases. A crucial step toward their successful clinical application is to examine the immune response that might be launched against them after transplantation. We used two experimental platforms to examine the in vivo leukocyte response toward hESCs. First, immunocompetent and immunodeficient mouse strains were used to identify T cells as the major component that causes xenorejection of hESCs. Second, mice that were conditioned to carry peripheral blood leukocytes from human origin were used to test the human leukocyte alloresponse toward undifferentiated and differentiated hESCs. Using this model, we have detected only a minute immune response toward undifferentiated as well as differentiated hESCs over the course of 1 month, although control adult grafts were repeatedly infiltrated with lymphocytes and destroyed. Our data show that the cells evade immune destruction due to a low immunostimulatory potential. Nevertheless, a human cytotoxic T lymphocyte clone that was specifically prepared to recognize two hESC lines could lyse the cells after major histocompatibility complex class I (MHC-I) induction. Although MHC-I levels in hESCs are sufficient for rejection by cytotoxic T cells, our data suggest that the immunostimulatory capacity of the cells is very low. Thus, immunosuppressive regimens for hESC-based therapeutics could be highly reduced compared with conventional organ transplantation because direct allorejection processes of hESCs and their derivatives are considerably weaker.

Vertebrate mRNAs are frequently targeted for post-transcriptional repression by microRNAs (miRNAs) through mechanisms involving pairing of 3′ UTR seed matches to bases at the 5′ end of miRNAs. Through analysis of expression array data following miRNA or siRNA overexpression or inhibition, we found that mRNA fold change increases multiplicatively (i.e., log-additively) with seed match count and that a single 8 mer seed match mediates down-regulation comparable to two 7 mer seed matches. We identified several targeting determinants that enhance seed match-associated mRNA repression, including the presence of adenosine opposite miRNA base 1 and of adenosine or uridine opposite miRNA base 9, independent of complementarity to the siRNA/miRNA. Increased sequence conservation in the ∼50 bases 5′ and 3′ of the seed match and increased AU content 3′ of the seed match were each independently associated with increased mRNA down-regulation. All of these determinants are enriched in the vicinity of conserved miRNA seed matches, supporting their activity in endogenous miRNA targeting. Together, our results enable improved siRNA off-target prediction, allow integrated ranking of conserved and nonconserved miRNA targets, and show that targeting by endogenous and exogenous miRNAs/siRNAs involves similar or identical determinants.

Defective RNA metabolism is an emerging mechanism involved in ALS pathogenesis and possibly in other neurodegenerative disorders. Here, we show that microRNA (miRNA) activity is essential for long-term survival of postmitotic spinal motor neurons (SMNs) in vivo. Thus, mice that do not process miRNA in SMNs exhibit hallmarks of spinal muscular atrophy (SMA), including sclerosis of the spinal cord ventral horns, aberrant end plate architecture, and myofiber atrophy with signs of denervation. Furthermore, a neurofilament heavy subunit previously implicated in motor neuron degeneration is specifically up-regulated in miRNA-deficient SMNs. We demonstrate that the heavy neurofilament subunit is a target of miR-9, a miRNA that is specifically down-regulated in a genetic model of SMA. These data provide evidence for miRNA function in SMN diseases and emphasize the potential role of miR-9–based regulatory mechanisms in adult neurons and neurodegenerative states.

Variants of UNC13A, a critical gene for synapse function, increase the risk of amyotrophic lateral sclerosis and frontotemporal dementia

The etiology and pathophysiology of anxiety and mood disorders is linked to inappropriate regulation of the central stress response. To determine whether microRNAs have a functional role in the regulation of the stress response, we inactivated microRNA processing by a lentiviral-induced local ablation of the Dicer gene in the central amygdala (CeA) of adult mice. CeA Dicer ablation induced a robust increase in anxiety-like behavior, whereas manipulated neurons survive and appear to exhibit normal gross morphology in the time period examined. We also observed that acute stress in wild-type mice induced a differential expression profile of microRNAs in the amygdala. Bioinformatic analysis identified putative gene targets for these stress-responsive microRNAs, some of which are known to be associated with stress. One of the prominent stress-induced microRNAs found in this screen, miR-34c, was further confirmed to be upregulated after acute and chronic stressful challenge and downregulated in Dicer ablated cells. Lentivirally mediated overexpression of miR34c specifically within the adult CeA induced anxiolytic behavior after challenge. Of particular interest, one of the miR-34c targets is the stress-related corticotropin releasing factor receptor type 1 (CRFR1) mRNA, regulated via a single evolutionary conserved seed complementary site on its 3′ UTR. Additional in vitro studies demonstrated that miR-34c reduces the responsiveness of cells to CRF in neuronal cells endogenously expressing CRFR1. Our results suggest a physiological role for microRNAs in regulating the central stress response and position them as potential targets for treatment of stress-related disorders.