МикроРНА у развоју и болести бубрега Ⅲ

МиРНА у Вилмсовом тумору

Вилмсов тумор,илинефробластома, је најчешће детињстворак бубрега, са инциденцом од 1 од 10,000 деце у Северној Америци (111). То је првенствено спорадична болест, иако се породични облици јављају у отприлике 1%–2% случајева (112, 113). Вилмсови тумори настају из аберантне нефрогенезе, где плурипотентни ембрионални бубрежни прекурсори не успевају да се диференцирају и опстајуабнормално у постнатални живот(111, 114, 115). Ови тумори хистолошки личеразвијање бубрегасапоремећена морфологија(116) и мутације гена укључених у феталну нефрогенезу, укључујући ВТ1 (117–119), ЦТННБ1 (120), СИКС1/2 (121, 122) и ТП53 (123, 124), повезане су са приближно 40% Вилмсови тумори (125). Недавне студије које су користиле секвенционирање целог генома и целог егзома Вилмсових тумора идентификовале су нове мутације у генима ризика од рака (РЕСТ, ЦХЕК2, ПАЛБ2) (126, 127), генима који кодирају протеине који посредују у модификацијама хистона током нефрогенезе (БЦОР, МАП3К4) (126 ), и гени за обраду миРНА (121, 122, 128, 129).

КОЛИКО ЈЕ ТРЕБА ДА ЦИСТАНЦХЕ проради КОД БОЛЕСНИКА БУБРЕГА?

Међу генима који обрађују миРНА, мутације у ДРОСХА, ДГЦР8, ДИЦЕР1, ТАРБП2 и КСПО5 (кодирају екпортин 5) су пријављене у Вилмсовим туморима који су били наивни и неоадјувантни хемотерапијом (Слика 3) (121, 122, 1128). ). Око 33% прегледаних Вилмсових тумора показује штетне мутације у генима пута за обраду миРНА (128). Понављајућа мутација жаришне тачке (Е1147К) у мет ал-везујућем (Мг2+) остатку РНасе ИИИб домена ДРОСХА, која изгледа јединствена за Вилмсов тумор, укида каталитичку активност овог домена, што доводи до непотпуне цепање при-миРНА и смањено сазревање миРНА (128). Соматске жаришне мутације које утичу на РНасе ИИИб домен ДИЦЕР1 ометају обраду 5п миРНА (оне изведене из 5′-крака пре-миРНА укоснице) (129) и често се налазе као мутације „другог удара“ које делују у тандему са ДИЦЕР1 мутације заметне линије које изазивају Вилмсову туморигенезу код ДИЦЕР1 синдрома (поремећај који повећава осетљивост на различите туморе) (130–132). Остаје нејасно зашто поремећена функција ДИЦЕР1 код Вилмсових тумора доводи до упорне и аберантне нефрогенезе, за разлику од губитка Дицер1 у прогениторима мишјих нефрона, што узрокује повећану апоптозу и прерано престанак нефрогенезе (72–75). Неке потенцијалне могућности укључују да активност дозирања гена може бити кључна у одређивању преживљавања ћелија или да мутације у домену РНазе ИИИб могу утицати на специфичност везивања миРНА помоћу ДИЦЕР1.

Мутације у генима за обраду миРНА су повезане са смањењем регулације важних миРНК, укључујући чланове миР-200 (121) и лет-7 породица (Слика 3) (121, 129). Дозволите да -7 миРНА и РНК-везујући протеин Лин28 функционишу заједно да контролишу време престанка мишје нефрогенезе, вероватно преко регулације гена Игф2 који подстиче раст (133). Прекомерна експресија Лин28 током развоја бубрега изазива експанзију нефрогених прогенитора, инхибицијом њиховог коначног таласа диференцијације, што кулминира неопластичном трансформацијом која веома подсећа на хумани Вилмсов тумор (134). Повећан број копија ДНК ЛИН28Б и губитак копије ДНК лет-7а примећени су у 25% и 46% хуманих узорака Вилмсовог тумора, респективно (126). У складу са овим запажањима, мутације заметне линије у хуманом ДИСЛ3Л2 гену, који кодира егзорибонуклеазу одговорну за деградацију претходно обрађених облика лет-7, узрокују Перлманов синдром и предиспозицију за Вилмсов тумор (135, 136). Перлманов синдром је урођени синдром прекомерног раста који карактеришу макрозомија, полихидрамнион, фацијална дисморфологија, бубрежна дисплазија и нефробластоматоза (прекурсорска лезија за Вилмсов тумор) (137). Међу новорођенчади са Перлмановим синдромом која преживе после неонаталног периода, 64% развија Вилмсов тумор (138). Занимљиво је да су потпуне или делимичне делеције ДИСЛ3Л2 пронађене у око 30% спорадичних прегледаних Вилмсових тумора (136).

Недавна студија ојачала је значај регулаторне мреже миРНА у етиологији Вилмсовог тумора. Аутори су открили да је ген плеиоморфног аденома 1 (ПЛАГ1) један од гена са најконзистентнијим регулацијама у Вилмсовим туморима са мутацијама у генима за обраду миРНА (125). Ектопична експресија ПЛАГ1 у бубрегу миша у развоју изазива неоплазију, која је праћена трансактивацијом његовог циљног гена, онкогена Вилмсовог тумора ИГФ2. миР-16 и миР-34, који су смањени у Вилмсовим туморима, идентификовани су као потенцијални регулатори експресије ПЛАГ1 (125). Табела 2 сумира друге студије које су пријавиле аберантну експресију специфичних миРНА повезаних са етиологијом Вилмсовог тумора. Занимљиво је да ове миРНА могу функционисати као онкогени (названи онцомиР) или туморски супресори у окружењу развоја Вилмсовог тумора, у зависности од природе њихових мета.

МиРНА као потенцијални биомаркери и терапеутски агенси

Поред своје интрацелуларне локације, миРНА су такође присутне у значајним количинама у биолошким течностима, укључујући крв, плазму, урин, мајчино млеко и пљувачку (139). Ове циркулишуће миРНА налазе се упаковане у микрочестице (егзозоми, микровезикуле и апоптотска тела) (140, 141), коњуговане са АГО (142) или протеинима нуклеофосмина 1 (143) или учитане у ХДЛ (144), што их чини изузетним стабилан чак и под неповољним условима, као што су кључање, екстремне варијације пХ вредности, продужено складиштење и вишеструки циклуси замрзавања-одмрзавања (145, 146). Дакле, потписи миРНА у биолошким течностима могу одражавати повезаност са физиолошким или болесним стањима (147). Заједно, ове карактеристике чине циркулишуће миРНА атрактивним за употребу као неинвазивни биомаркери за дијагнозу и прогнозу болести.

Циркулишуће миРНА се могу екстраховати директно из нефракционисаних биолошких течности или екстрацелуларних препарата ларних везикула коришћењем комерцијално доступних комплета за екстракцију (148) или ТРИзола (149). Након изолације, миРНА се могу чувати на –70 степени и остати стабилне до 1 године (148). Постоји неколико доступних платформи за профилисање миРНА, укључујући хибридизацију микромрежа, кПЦР и секвенцирање следеће генерације (150). Мицроарраи и кПЦР су најчешће коришћене методологије за испитивање експресије познатих миРНА (151). Обе методе имају предности што су једноставне за употребу, релативно брзе од обележавања РНК до генерисања података и релативно исплативе (152). Међутим, они се ослањају на доступност и тачну напомену секвенци миРНА у базама података за дизајн сонде и прајмера (150). Иако је скупље, секвенцирање следеће генерације омогућава истовремено откривање и познатих и нових врста миРНА и нуди високу осетљивост (153). Штавише, резолуција од једног нуклеотида секвенцирања следеће генерације омогућава идентификацију изомиР-ова, који су зреле миРНА изоформе које се разликују од канонских по дужини, секвенци или обоје (154, 155), што мења специфичност циљања миРНА ( 156).

Различите студије су истраживале потенцијал циркулишућих миРНА као биомаркера за педијатријске болести бубрега (157–160). На пример, једна студија је идентификовала 14 миРНА које су значајно повећане у серуму пацијената са Вилмсовим тумором. Занимљиво је да би потпис заснован на експресији миР-100-5п и миР-130-3п могао да разликује ове пацијенте од здравих контрола прецизношћу, осетљивошћу и специфичношћу (159). Иако су налази ове студије и многих других студија пружили убедљиву мотивацију за истраживање потенцијала циркулишућих миРНА као биомаркера, неколико препрека на терену треба да се превазиђе пре широке клиничке примене. Прво, постоји релативан недостатак консензуса између студија вероватно због одсуства стандардизоване методологије за пречишћавање (161) и анализе узорака (нпр. разлике у платформама за профилисање миРНА, реф. 162, 163; или разлике у смРНА-Сек библиотеци методе припреме, реф. 164). Друго, недостатак студија великог узорка и детаљних истраживања о специфичнимболести.Други важан аспект је да утицај збуњујућих варијабли као што су старост, пол и спољни фактори (нпр. дуван, алкохол, итд.) на профиле миРНА није у потпуности истражен (за детаљан преглед, погледајте реф. 165).

Са терапеутске стране, неколико лекова заснованих на миРНА је тренутно у клиничким испитивањима, али још увек нису добили одобрење ФДА (166, 167). Главни приступи терапији миРНА укључују обнављање нивоа миРНА коришћењем мимика миРНА или инхибицију специфичних миРНА коришћењем антагомиР-а (168). Један од изазова повезаних са развојем терапеутика заснованих на миРНА је идентификација кандидата за миРНА за сваку болест. Пошто је вишеструке миРНК дисрегулисане у свакој болести, треба извршити пажљиву анализу узорака пацијената у комбинацији са ин витро и ин виво тестовима који се баве патофизиолошким механизмима на које утичу дотичне миРНК како би се сузиле миРНА кандидати за терапијску интервенцију (168, 169). Други изазов укључује развој стратегија за побољшање стабилности ин виво и доставе лека специфичног за локацију са минималном токсичношћу и ефектима ван циља. Молекули РНК су хемијски нестабилни због присуства 2′-хидроксилне групе на пентозном прстену. Да би обезбедиле већу стабилност и заштиту од нуклеаза присутних у серуму или ендоцитном делу ћелија, биотехнолошке компаније су генерисале РНК молекуле са хемијским модификацијама (2′-О-метил група, фосфоротиоат или закључане нуклеинске киселине) у њиховој кичми (166). Што се тиче испоруке ин виво, технологије укључују базиране на липидима (нпр. липидне наночестице и неутрални липозом) и дендримере коњуговане са циљаним делом, између многих других стратегија. Главни изазови повезани са системима испоруке миРНА су имунотоксичност и циљни афинитет према месту болести (170). Стратегије испоруке различитим методама примене (интраперитонеалне, интравенске и поткожне ињекције) или коришћењем вектора који садрже промоторе специфичне за бубреге и индуцибилне промотере успешно су коришћене за селективно циљање бубрега и за избегавање потенцијалних штетних ефеката у другим ткивима и органима (171, 172). ).

Табела 2. Листа миРНА измењених у Вилмсовом тумору

Списак миРНА, анализираних узорака/узорака, нивои миРНА уочени у овим узорцима/узорцима у поређењу са одговарајућим контролама, циљним геном, последицама промена миРНА и референцама. ЦАМКК2, калцијум/калмодулин зависна протеин киназа киназа 2; ЦДЦ7, циклус деобе ћелије 7; ЦДХ1, кадхерин 1; ЦРЕБ1, цАМП-респонсе елемент-везујући протеин 1; ЕИА1, очи одсутан хомолог 1; Е2Ф3, Е2Ф фактор транскрипције 3; ФРС2, ФГФ рецепторски супстрат 2; Глут1, транспортер глукозе 1; ИГФ1Р, ИГФ1 рецептор; Јаг1, назубљен1; МЕТ, мезенхимско-епителна транзиција; МКНК1, МАПК-интерагујућа серин/треонин киназа 1; ПТЕН, хомолог фосфатазе и тензина; ПУМА, п53-упрегулатед модулатор оф апоптосис; п73, туморски протеин п73; СИКС1, синеоцулис хомеобок хомолог 1; ТГФБР1, ТГФ- рецептор 1; ВТ, Вилмсов тумор.

Резиме

Дошло је до експлозије информација у вези са биогенезом миРНА, регулацијом експресије миРНК и функционисањем миРНА од првобитног открића миРНК 1993. године (6, 7). Ово је праћено све већим разумевањем како миРНА функционишу иу нормалној физиологији иу патофизиологији многих болести. Постало је јасно да дисрегулација експресије миРНА ремети рани развој бубрега и да је укључена у патогенезу развојних болести бубрега, као што су ЦАКУТ и Вилмсов тумор. Са недавним развојем у коришћењу миРНА као биомаркера и као нових мета за лекове, увид у то како миРНА регулишу развој бубрега и болести су од кључног значаја за разумевање како се оне могу користити у новим дијагностичким и терапијским приступима овим болестима. Да би се ови напори у потпуности реализовали, критичне су будуће студије које идентификују функцију специфичних миРНА у развоју бубрега, поред технологија за оптимизацију циљања малих олигонуклеотидних терапеутика на бубрег

Признања

ЈХ-ова лабораторија је подржана грантовима Националног института за дијабетес и дигестивне и бубрежне болести (Р01ДК125015 и Р01ДК102843). ДМЦ је подржан од стране Награде за развој каријере Мреже за проучавање нефротског синдрома и Постдокторске стипендије Истраживачког саветодавног савета Дечје болнице у Питсбургу. МТ је подржао Програм летњег истраживачког стажирања Универзитета у Питсбургу (Р25ДК119180). Слике су креиране са БиоРендер.цом. Адреса за преписку: Јацкуелине Хо, Одељење за нефрологију, Одељење за педијатрију, УПМЦ Дечја болница у Питсбургу, Рангос Ресеарцх Центер, 4401 Пенн Аве., Питтсбургх, Пеннсилваниа 15224, САД. Телефон: 412.692.9440; Е-пошта: јацкуелине.хо2@цхп.еду.

1. Козомара А, и др. миРБасе: од секвенци микроРНА до функције. Нуклеинске киселине Рес. 2019;47(д1): Д155–Д162.

2. Фриедман РЦ, ет ал. Већина мРНК сисара су очуване мете микроРНК. Геноме Рес. 2009;19(1):92–105.

3. Гхилдииал М, Заморе ПД. Мале РНК за утишавање: универзум који се шири. Нат Рев Генет. 2009;10(2):94–108.

4. Ђурановић С, и др. Утишавање гена посредовано миРНА транслационом репресијом праћено мртвилом и распадом мРНА.

Наука. 2012;336(6078):237–240.

5. Хунтзингер Е, Изаурралде Е. Утишавање гена помоћу микроРНК: доприноси транслационој репресији и распаду мРНК. Нат Рев Генет. 2011;12(2):99–110. 6. Лее РЦ, ет ал. Хетерохронични ген Ц. елеганс лин-4 кодира мале РНК са антисенс комплементарношћу са лин-14. Ћелија.