Улога микроРНК у опадању протеостазе и агрегацији протеина
Aug 31, 2022
Контактирајтеoscar.xiao@wecistanche.comза више информација
Апстрактан:Старење се може дефинисати као прогресивно погоршање ћелијске, ткива и функције организма током времена. Промене у хомеостази протеина, такође познате као протеостаза, су обележје старења које доводе до неравнотеже протеома и агрегације протеина, појава које се такође јављају код болести повезаних са старењем. Међу различитим регулаторима протеостазе, пријављено је да микроРНА (миРНА) играју важну улогу у пост-транскрипционој контроли гена укључених у одржавање протеостазе током животног века у неколико ткива организма. У овом прегледу обједињујемо недавно објављене извештаје који показују како миРНА регулишу фундаменталне процесе везане за протеостазу релевантне за старење ткива, са нагласком на два најпроучаванија ткива, мождано ткиво и скелетни мишић. Такође истражујемо нову перспективу о улози регулаторних мрежа миРНА у агрегацији протеина везаних за старење, познатом обележју старења и болести повезаних са старењем, да бисмо разјаснили потенцијалне миРНА кандидате за дијагностичке и терапеутске циљеве против старења.
Кликните овде да бисте сазнали више
Кључне речи:миРНА; старење ткива сисара; агрегација протеина везана за узраст; протеостазна мрежа
1. Представљање
До 2050. године, 22 одсто светске популације биће старије од 60 година, што ће довести до повећања инциденце болести повезаних са узрастом и утицати на дуговечност и добробит старијих [1]. Промене у протеостази су карактеристичне за неуродегенеративне болести повезане са узрастом попут Алцхајмерове и Паркинсонове болести, као и за нормално старење [2-4]. Пад протеостазе се састоји од постепеног дисбаланса у синтези протеина, процесима савијања и деградације током времена што доводи до повећаног погрешног савијања протеина и протеотоксичног стреса који на крају смањују дуговечност организма [2,5-8].
Цистанцхе може против старења
Производња погрешно савијених протеина доводи до агрегације протеина и активације путева одговора на стрес повезаних са протеостазом, који су заједно познати као мрежа протеостазе (ПН) и укључују одговор топлотног шока (ХСР), несавијени одговор протеина у ендоплазматском ретикулуму ( ЕР) (УПРЕН) и у митохондријама (УПРмт), убиквитин-протеазомском систему (УПС) и аутофагно-лизозомалном путу (АЛП). Активација ПН је неопходна за поновно савијање и/или разградњу протеинских агрегата, што смањује нивое стреса и спречава смрт ћелије [9-12]. Агрегација протеина током нормалног старења такође је проучавана на неколико модела организама, наиме у бубрезима и панкреасу Раттус норвегицус [13,14], у срцу, коштаној сржи и слезини Мус мусцулус [15,16] и у људски кортекс[17,18]. Међутим, основни механизми овог феномена до данас остају нејасни.
МикроРНА (миРНА) су класа малих, некодирајућих РНК дужине од 21 до 23 нуклеотида који регулишу експресију гена након транскрипције циљањем и спречавањем транслације специфичних РНК за гласнике (мРНК). Они регулишу мноштво ћелијских процеса, односно раст и диференцијацију ћелија, развој организма, физиолошко функционисање и ћелијску хомеостазу[19-21]. У ствари, ~2500 миРНА пријављених код људи регулише отприлике 60 процената гена који кодирају протеине, док свака миРНА регулише, у просеку, 200 циљних гена преко комплементарних циљних места [22]. Током протекле деценије, показало се да експерименти прекомерне експресије миРНА и/или нокдауна директно мењају животни век код Ц.елеганс, Д.меланогастер и М.мусцулус[23-26]. Значајно је да су студије на стогодишњацима пружиле више знања о томе колико су динамични профили људске миРНК током старења [27,28] На пример, повећана биогенеза миРНК је примећена код стогодишњака у поређењу са осмогодишњацима [29]. Новије студије су показале да миРНА регулишу процесе повезане са узрастом, а неки докази повезују миРНК са агрегацијом протеина у ткивима сисара, наиме у мозгу и скелетним мишићима [30,31].
Без обзира на то, експресија миРНА може бити специфична за ткиво или за ћелију, а у исто време, миРНА могу бити нећелијске аутономне, делујући као медијатори у различитим ткивима [32]. Промене у вези са узрастом које утичу на специфичне породице миРНА могу се разликовати у зависности од типа ћелије и ткива, што ове анализе чини изазовним због сложености и међусобне повезаности миРНА мрежа у једном организму [19,26]. Поред тога, циркулишуће миРНА (ц-миРНА) и њихови шатлови (тј. екстрацелуларни везикули) су недавно забележени као маркери здравог физиолошког старења, са миР-19а-3п и миР-19 Утврђено је да је б-3п повећан код старијих особа, али смањен код здравих стогодишњака, додајући тако још један слој замршености у миРНА регулаторну мрежу[27,28]. Из тог разлога, претходне студије су обезбедиле компилацију миРНА повезаних са специфичним обележјима старења у различитим моделним организмима како би се обезбедила боља репрезентација миРНА које су повезане са старењем у неколико ткива [33]. Овај преглед се фокусира на недавно објављене извештаје о регулацији миРНА генских мета укључених у процесе повезане са протеостазом који су релевантни за старење ткива, са посебним нагласком на старење ткива сисара.
2. Биогенеза и циљно везивање миРНА
РНК полимераза ИИ транскрибује миРНК, производећи примарне транскрипте миРНА (претходне миРНА) које затим обрађује Дросха/ДГЦ8, микропроцесорски комплекс ензима РНасе ИИИ, да би се произвеле ~70-100 нуклеотидне (нт) прекурсорске миРНА петље стабла (прет. -миРНА) [21,34]. Ове пре-миРНА се извозе из језгра у цитоплазму преко Екпортин-5, РанГТП-зависног, дволанчаног РНК-везујућег и нуклеарног транспортног протеина, а затим цепају ензим РНасе ИИ Дицер, дајући {{ 13}} нт дволанчаних зрелих миРНА дуплекса [35,36]. МиРНА може потицати са 5' стране пре. миРНА названа "5п" ланац, или са 3' краја, који је познат као "3п" ланац [37] У прошлости је пријављено да процес селекције ланца почиње са једним од дуплексираних миРНА ланаца познатих као миР или водећи ланац, који је одабран и убачен у протеин Аргонауте да формира миРНА-индуковани утишавајући комплекс (миРИСЦ), док је други ланац, традиционално означен као путнички ланац или миР', избачен из комплекса и деградиран [37 ]. Ипак, у неким случајевима, било који ланац се може изабрати и учитати у протеине Аргонаута да регулише експресију гена, као што је случај миР-34 где је миР-34б-5п и миР{ {27}}б-3п су присутни у приближно једнаким концентрацијама код људи, што омогућава циљање различитих мРНК [37-39]. Феномен који се назива „промена рука миРНА“ је где преференцијална селекција 3' или 5'миРНА кракова за селекцију ланца може зависити или од типа ткива или од развојне фазе живота, док дерегулација овог процес је повезан са болешћу [37-39]МиРИСЦ може да циља специфичне мРНК преко комплементарности секвенце између секвенце семена напуњеног водича миРНА (2-7 нуклеотида) и у већини случајева 3 непреведена региона (3 'УТР) циљне мРНК [32,34]. У неким случајевима, 3' крајеви миРНК могу бити подвргнути преференцијалном комплементарном везивању за мотиве у 5'УТР регионима циљне мРНК[40,41]. Пребацивање руку може довести до акумулације зрелих миРНА са измењеним секвенцама семена, што драстично мења циљање мРНК[42]Током старења, постоји општа промена у експресији 3 и 5' зрелих кракова миРНА, са повећањем 5 'зрела експресија и опадајућа 3' експресија током времена, посебно за миР-6786 у узорцима људске плазме [42]. У исто време, миР-4423 је идентификован са најсмањенијим односом експресије 5', наиме у мајчином млеку, срцу, тестисима, матичним ћелијама и крвним ћелијама, што значи да су варијације везане за узраст у 3' до Односи експресије 5'зреле миРНА могу бити зависни од ткива [42]
У доба секвенцирања следеће генерације, показало се да је један једини локус миРНА у стању да произведе неколико различитих изоформа миРНА или изомиР, који су варијанте секвенце миРНА које су промениле 3' и/или 5' крај(ове) због нуклеотида додавање, брисање или супституција [43]. Биогенеза изомиР може бити зависна од шаблона, што резултира померањем 5' или 3' нуклеотида, или независна од шаблона, што доводи до пост-транскрипционог уређивања РНК и задржавања репа [44]. ИзомиР се могу класификовати као 3', 5', полиморфни и мешовити, у зависности од варијације секвенце и промена у дужини [4]. Модификације секвенце након сазревања као што су тримовање (уклањање нуклеотида преко егзорибонуклеаза на 3' крају) и таилинг (додавање нуклеотида терминалним нуклеотидил трансферазама на 3' крају) доводе до 3' изомиР-а (такође познатих као 3'-изоми -подрезани и 3'-исомиР-таилед)[43-45]Такође је објављено да се 5' изомиР-ови углавном стварају непрецизним цепањем миРНА секвенци преко Дросха и/или Дицер-а[43]. Полиморфни изомиР-ови садрже промене у зрелој секвенци и непромењени су по дужини, док мешовити изомиР-ови садрже промене у дужини и секвенци[46,47]. Посебно, показало се да је генерисање изомиР-а специфично за ћелије и ткиво код сисара, а они су коришћени као биомаркери рака и укључени у Алцхајмерову болест[48,49].
Постоји врло мало студија које у потпуности разјашњавају улогу изомиР-а у контексту старења. Недавно је откривено да је исомиР-19а-3п значајно повећан код нездравих стогодишњака у поређењу са здравим стогодишњацима, што указује да се овај изомиР може користити као потенцијални маркер за здраво старење [28]. Штавише, изомиР секвенцирање лечених метформином (лечење продужењем животног века) људских ендотелних ћелија пупчане вене (ХУВЕЦ) током репликативног старења открило је да неканонске секвенце чине скоро 40 процената укупног миРНА, при чему је третман метформином значајно променио релативну обиље од 133 изомиР-а који су идентификовани као варијанте 73 појединачне миРНА [50]. Занимљиво је да је утврђено да су циљни гени ових миРНА и изомиР-а део пута фосфатидилинозитол-3-киназе (ПИ3К)-Акт и мета сигналног пута рапамицина (мТОР) код сисара [50]. Приметно је да је већина изомиР-ова погођених лечењем метформином идентификована као 3'изомиР; међутим, око 5 процената је идентификовано као 5' изомиР, за које се показало да померају секвенцу семена и дају већи број циљних гена који нису били уобичајени у миРНА циљевима у овој студији [50]. Још једном, чини се да су исомиР ефикасни маркери за процену здравог старења и продужења животног века. Ипак, биолошке последице динамичких промена изомиР-а кроз старење и старење треба даље истражити.
Студије су објавиле да је најмање шест базних парова миРНК и мРНК неопходно за утишавање експресије гена, а због овог комплементарног везивања са циљном мРНК, појединачне миРНА могу имати више циљних мРНК (отприлике 100 мРНК) и могу истовремено циљају различита 3-УТР места исте иРНК, док различите миРНК такође могу циљати исту иРНК, што повећава сложеност регулаторних исхода за исту мРНК [32]. Ово значи да свака ћелија и тип ткива представљају веома сложене обрасце миРНА, а дисрегулација једне или више компоненти унутар миРНА мрежа може довести до неравнотеже хомеостазе, скраћеног животног века и болести [5152]. У ствари, стогодишњаци показују појачану регулацију експресије миРНА, наиме миР-16,миР-18а и миР-21, док експресија мРНА РНК полимеразе Ⅱ, Дросха, Екпортин{{ 10}}, а Дицер су такође регулисани навише у поређењу са октогенарцима [29].
3. Циљно усмерена деградација миРНА и њена улога у фундаменталним ћелијским процесима
За разлику од биогенезе миРНА, улога распада/деградације миРНА - посебно циљане деградације миРНА (ТДМД) - у здрављу и болести тек почиње да се разјашњава. ТДМД се јавља када је циљна РНК у стању да изазове деградацију/пропадање своје сродне миРНК уместо да изазове репресију циља, што омогућава модулацију различитих ћелијских процеса. ТДМД се јавља када постоји екстензивно комплементарно везивање у 3' региону миРНА, што изазива конформациону промену која стимулише ослобађање 3' краја из џепа за везивање Аго ПАЗ домена [53-55] Накнадно излагање 3'-крај омогућава ензимску деградацију миРНА [54]Овај процес такође може бити праћен пост-транскрипционим модификацијама секвенце миРНА, као што је задржавање репа (помоћу терминалних нуклеотидил трансфераза) и одсецање (од 3'-до{{9 }}'егзонуклеазе), што резултира производњом изомиР-а[56,57]. ТДМД мете су такође у стању да заробе Аго2 у одређеној конформацији која омогућава излагање краја миРНА 3' ради хватања репа и тримовања док се континуирано везују за Аго2 [54,55]. Занимљиво је да је могуће измерити стопе распада миРНА у ћелијама сисара комбинованим методологијама као што је означавање „пулсе-цхасе“ засновано на метаболичкој РНК 4сУ са секвенционирањем РНК високе пропусности, при чему је показано да су обрезивање и задржавање репа динамички током времена у фибробластима [ 57]Ове методологије могу се показати корисним у будућим студијама које процењују распад миРНА током физиолошког старења.
Неколико студија је истраживало ендогени ТДМД и његову функцију код сисара, идентификујући кључне циљне гене укључене у овај феномен. На пример, Серпинел, који кодира инхибитор серин-треонин протеазе, делује као ТДМД мета за контролу миР-30б-5п и миР-30ц-5п деградације код миша фибробласти, чиме се промовише поновни улазак мирних фибробласта у ћелијски циклус[58]. Занимљиво је да сви чланови породице миР-30 (миР-30а -30б,-30ц,-30д,-30е) могу за интеракцију са Серпинелом; међутим, само миР-30б и миР-30ц показују проширену комплементарност 3' краја (такође познату као 3Ц упаривање) са Серпинел транскриптом, доказујући да је ово 3Ц упаривање фундаментално за ТДМД [58]. Узето заједно, интеракција Серпинел.миР-30б/ц игра кључну регулаторну улогу у фенотиповима ћелија сисара тако што олакшава поновни улазак у мировање ћелија у ћелијски циклус. За још један пример ендогене ТДМД мете, гена за протеин повезан са регенерацијом неурона (Нреп), пријављено је да усмерава деградацију миР-29б кроз 3' тримовање, контролишући укупну моторичку координацију и учење мотора код мишева[59]. Нормално, Нреп ограничава експресију миР-29б само на Пуркиње неуроне малог мозга, док је поремећај миР-29 места у Преп-у проширио експресију миР-29б на церебеларни грануларни слој, што је довело до абнормалног моторичко учење и координација код мишева [59]. Тачније, кодирање миР-29 места у Нреп-у у неуралним прогениторским ћелијама довело је до одсуства миР-29 изоформи произведених 3' тримовањем или репом[59]. Занимљиво је да се показало да Преп миР-29 место има високу сличност секвенце са некодирајућом РНК вагом код зебрице, која регулише анксиозност и истраживачко понашање код зебрица [59]. Узето заједно, ТДМД, кроз ендогене мете, је од суштинског значаја за одржавање исправних функција и понашања мозга сисара и за контролу ћелијских фенотипова.
4. Профили експресије миРНА су динамични и специфични су за ткиво током старења
Током старења ткива, долази до прогресивног опадања у обиљу миРНА, што је први пут пријављено због смањења биогенезе миРНА повезаних са узрастом које се јавља кроз смањење Дицер-а[60]. Заиста, показало се да биогенеза миРНА побољшава толеранцију на стрес и дуговечност код Ц. елеганс и у масном ткиву код мишева, док су специфичне миРНА биле повезане са отпорношћу на стрес и старењем[23,60]. Недавно је откривено да гени миРНА-биогенезе су, у ствари, високо циљане од стране миРНА које су укључене у процесе везане за узраст, наиме миРНА-71, за коју се показало да смањује глобалну експресију миРНА и доводи до повећане варијабилности експресије мРНК са годинама [19]. Ови резултати су у складу са претходним доказима који су утврдили да је миР-71 једна од најпроучаванијих миРНА у контексту старења и дуговечности, при чему је његова експресија значајно појачана током раног до средњег одраслог доба [24,25]. Занимљиво је да је недавно објављено да миР-71 стимулише промет протеина зависан од убиквитина, посебно у цревима, продужавајући животни век Ц. елеганс, док је његова инхибиција утицала на протеостазу организма [61]. Конкретно, мириси хране које Ц. елеганс осети преко трепљастих АВЦ мирисних неурона 1) стимулишу ћелијску неаутономну регулацију деградације протеина зависне од убиквитина преко убиквитин-протеазомског система (УПС) и путем деградације протеина повезане са ендоплазматским ретикулумом (ЕР) (ЕРАД) и 2) повећавају отпорност црева на топлотни стрес [61]. Аутори су показали да миР-71 специфично инхибира протеин домена Толл-рецептора (ТИР-1) у "Ц"(АВЦ) мирисним неуронима крила амфида, док миР-71 и/или ТИР{ {29}}Кноцкоут црви показују УПС и ЕРАД дисфункцију, елиминишући утицај извора хране у овом одговору [61]. Једна важна ствар која се намеће је да су регулаторне мреже миРНА веома замршене у неколико модела организма, а чини се да су профили експресије миРНА и ткивно специфични и, у исто време, међусобно повезани са различитим ткивима.
Већина студија које су истраживале улогу миРНА у нормалном старењу ткива сисара фокусирале су се на експерименте користећи узорке углавном из ткива мозга и скелетних мишића, можда због склоности ових ткива ка развоју болести повезаних са старењем [62] Једна веома проучавана миРНА код старења и болести повезаних са старењем је миР-34. Показало се да се ова миРНА појачано регулише код старења Ц. елеганс [63], док њена прекомерна експресија продужава животни век дрозофиле и смањује склоност неуродегенерацији везаној за старење [64]Међутим, за разлику од других организама, чланови миР{{7} } породица игра штетну улогу у старењу мозга сисара, где је повећана регулација миР-34ц пронађена у хипокампусу миша и код нормалног старења и код модела АД и повезана је са когнитивним падом [65]. Штавише, појачана регулација миР-29а и миР-29б у мозгу миша повезана са узрастом доводи до дисрегулације микроглије и повећања неуроинфламације, што је такође обележје старења мозга [66]. Слично, током процеса старења, дегенерација и регенерација мишића су неуравнотежени, што доводи до губитка мишићне хомеостазе. Поред тога, миРНА, тачније миР-29, биле су повезане са саркопенијом, губитком мишићне функције узроковане годинама, и показало се да модулирају апоптозу, старење и сигнализацију фактора раста сличног инсулину (ИГФ-1) у старењу мишићних ћелија [67]. Дакле, миРНА се могу користити као биомаркери старења у више од једног ткива и за специфичне фенотипове повезане са узрастом, као што је саркопенија.
Недавно је група студија истраживала улогу миР-206 током старења васкуларног (односно срчаног мишића) и скелетних мишића и хомеостазе[68-74]. Повећана експресија миР-206 је повезана са старењем крвних судова, посебно код особа са аритмијама, [74] и такође се показало да инхибира пролиферацију васкуларних глатких мишићних ћелија и да промовише атеросклерозу[72,73]. Ове студије наглашавају важност истраживања регулације миРНА у једном специфичном ткиву сисара како би се могли пронаћи нови терапеутски циљеви за специфичне патологије повезане са узрастом.
Узимајући у обзир све ове недавне налазе, очигледно је да регулаторне мреже миРНА у одређеној мери посредују у старењу и дуговечности. Међутим, неопходно је разјаснити улоге миРНА за сваки модел организма због сложене природе регулаторних мрежа миРНА и мноштва потенцијалних циљева које свака миРНА може поседовати. У следећим одељцима детаљније истичемо утицај пада протеостазе миРНК специфично везаног за узраст који укључује деградацију протеина и процесе чишћења, сажето на Слици 1, и улазимо у њихов потенцијални утицај на широко распрострањену агрегацију протеина током старења сисара.
5. Улога регулације миРНА у аутофагном опадању мозга и скелетних мишића везаних за старење
Описани као главни модулатори неколико путева деградације повезаних са протеостазом током старења ткива сисара, научни извештаји су се фокусирали на регулаторне мреже миРНА које укључују пут аутофагије-лизозома (АЛП), са посебним нагласком на сисарски циљ комплекса рапамицина (мТОР), углавном у мозгу и мишићима [24,75]. Инукаи и колеге (2012) спровели су једну од првих студија користећи Солека дубоко секвенцирање да идентификују везу између диференцијалне експресије миРНК током старења мозга и мТОР сигнализације [24].цистанцхе แอ ม เว ยУ овој студији, већина различито експримираних миРНА је опала у релативном обиљу код 24-25-месечних мишева у поређењу са 5-месецима, при чему је КЕГГенрицхмент анализа открила да миРНА, односно миР-5620 изомиР и миР-341 изомиР, укључени су у сигнализацију мТОР/протеин киназе Б(Акт)/Форкхеад бок класе О (ФОКСО) [24].
Једна врста аутофагије, названа макрофагија, укључује деградацију и рециклажу цитоплазматских компоненти, укључујући ћелијске остатке и погрешно савијене протеине, који су спаковани у двомембранске везикуле зване аутофагозоми, који су спојени са лизосомима да би се разградили лизозомалним хидролазама [ 75]. Агрегати протеина могу бити захваћени аутофагозомима и деградирани, а старење може да промени аутофагични клиренс кроз дефекте у формирању аутофагозома, неуспешну фузију аутофагозома-лизозома и ацидификацију лизозома [76]. Аутофагна дисфункција повезана са старењем такође може довести до развоја болести повезаних са узрастом, односно саркопеније и неуродегенеративних болести. За опширан преглед, видети [75]. Током старења скелетних мишића, показало се да се аутофагна активност смањује код старијих пацијената са саркопенијом и у мишићном ткиву миша, где нивои протеина ЛЦ3, маркера аутофагозома и аутолизосома, и ензима сличног Е{10}} АТГ7 опадају са годинама [ 62]. Недавно је потврђено да је миР-34а кључни играч у аутофагној активности у старењу мозга, са његовом регулацијом која доводи до дефектне аутофагије и абнормалне митохондријалне динамике у моделима старења пацова изазваним д-галактозом [77]. У овој истој студији, аутофагна дисфункција је поништена применом миР-34инхибитора д-галактозом изазваним СХ-СИ5И ћелијама и резултирала је појачаном експресијом протеина повезаних са аутофагијом, наиме ЛЦ3, Бецлин 1, АТГ7 и деградација П62[7] Узети заједно, миРНА-34а може бити ефикасна терапеутска мета за ублажавање и/или преокретање аутофагног опадања у мозгу сисара који је повезан са старењем.
МиРНА обогаћене мишићима, познате као мио-миРНА, као што су миР-1 и миР-206, могу регулисати циљеве путем ПИ3К/АКТ/мТОР/ФОКСО пута, који контролише ћелијски циклус, пролиферацију и процеси диференцијације у миоцитима [68-71]. Недавно се показало да пацијенти на хемодијализи који пролазе кроз редовне тренинге физичке отпорности имају ниже нивое миР-206, што је довело до веће миогенезе и мањег броја срчаних калцификација, што је обележје старења крвних судова [69]. Аутори су закључили да, након редовног тренинга, смањење миР-206 можда стимулише миогенезу кроз везивање инсулину сличног фактора раста 1 (ИГФ1) и активацију ПИ3К/АКТ/мТОР пута [70]. Слично, у људским скелетним мишићима, идентификовано је 26 миРНА које су регулисане годинама, вежбањем или комбинацијом оба, при чему је девет од ових миРНА, наиме миР-99а-5п, миР{{18 }}б-5п, миР-100-5п, миР-199а и миР-196б-5п, имају валидиране циљне секвенце унутар 3'УТРс циљних гена укључених у Акт/мТОР-сигнални пут, као што су мТОР, Акт, регулаторно повезани протеин МТОР комплекса 1 (РПТОР) и ИГФ1[71].
Значајно је да је миР-378 такође идентификован као кључан за хомеостазу мишића одржавањем аутофагије путем директног циљања фосфоинозитид зависне протеин киназе 1 (ПДК1), промовишући Акт-мТОРЦл сигнализацију и смањујући апоптозу миоцита путем циљања каспазе 9 [69]. МиР-378-нокаут мишеви су испољили оштећену аутофагију и акумулацију дефектних митохондрија, док се показало да прекомерна експресија миР-378 смањује фосфорилацију унц-51-попут аутофагије која активира киназу 1 (УЛК1), а затим промовише формирање аутофагозома, резултат који је потврђен појачаном регулацијом експресије ЛЦ3 и пунцта у ћелијској линији Ц2Ц12миотубе[69]. Ова студија је важна јер потврђује да миР-378 има корисну улогу у промовисању аутофагије и идентификује његове две директне мете: (1)ПДК1, који активира Акт и мТОРЦл да промовише аутофагију у скелетним мишићима и (2)Цаспасе9, који потискује апоптозу миоцита. Ипак, још увек постоје многи аспекти миРНА регулације аутофагије које треба истражити у контексту старења ткива, посебно код врста сисара.
У контексту агрегације протеина у вези са узрастом, показало се да миР-1 регулише функцију мишића и побољшава фарингеално пумпање као одговор на протеотоксични стрес током времена, док такође потискује агрегацију полиглутамин 35(полиК35) протеина код Ц.елеганса [30 ]. Подјединица в-АТПазе, вха-13 је идентификована као директна мета миР-1, која регулише биогенезу и функцију лизозома [30]. Стога, миР-1 треба проучавати као претпостављену терапијску стратегију за борбу против агрегације протеина специфичне за мишиће и побољшање покретљивости мишића током животног века. Раније се показало да повећани нивои миР-1 промовишу аутофагију и на тај начин смањују акумулацију протеинских агрегата у Ц. елеганс и ћелијама сисара[78]Нарочито, у кортикалним неуронима миша и ХеЛа ћелијама, миР-1 активира аутофагија кроз циљање Тре-2/Буб2/ЦДЦ16(ТБЦ) Раб ГТПасе-активирајућег протеина (ТБЦ1Д15) као одговор на акумулацију мутантних агрегата Хунтингтина[78]. Показало се да ТБЦ1Д15 блокира аутофагију инактивацијом Раб7, који регулише фузију аутофагозома и лизозома. Још једном, чини се да је миР-1 ефикасан кандидат за терапију против старења која циља процесе повезане са аутофагијом.
6.миРНА посредују у систему убиквитин-протеосома у старењу мозга и атрофији мишића
Убиквитин-протеазомски систем (УПС) је процес ћелијске протеолитичке деградације који се састоји од 26С протеасома као његове централне компоненте, који обухвата две 19С регулаторне компоненте и једно 20С језгро [79]. Протеазомална активност се смањује током нормалног старења и неуродегенерације [80]. Током прошле године, две студије су описали допринос регулације миРНА на промене у вези са УПС током старења у контексту који није болест [81-83]. На пример, откривено је да миР-127-5п има смањену експресију у мозгу остарелих Ц57БЛ/6] мишева који су били подвргнути исхемији изазваној ЛПС, и по први пут је идентификовао 26С протеазом не-АТПаза регулаторну подјединицу 3 (Псмд3) као једна од њених мета [82]. Ова студија је важна јер аутори не само да су обезбедили миРНом мозга кроз зрело секвенцирање миРНА, већ су такође идентификовали нову миРНК у мозгу, миР-127, која је повезана са апоптозом ћелија и протеазомалном активношћу током старења и исхемије. Штавише, код здравих носилаца полиморфизма аполипопротеина Е(АпоЕ ц4), повезаног са клиренсом А и повећаним ризиком за развој АД, показало се да је миР-153-3п повећан, што доводи до блокаде нуклеарног фактора еритроида{{ Протеазомска функција посредована 23}}повезаним фактором-2(Нрф2) и акумулација еритроцита А у плазми [81]Поред тога, компоненте повезане са протеазомима, као што је протеин 1 повезан са Келцх-ом сличан ЕЦХ (Кеапл) и еритроцитна хистон деацетилаза 6 (ХДАЦ6), такође је повећана у Апоес4 носиоцима у поређењу са не-носиоцима [81]. АпоЕ а4 полиморфизам, заједно са компонентама повезаним са протеоазомима и миР-153-3п, може се користити као плазма или циркулишући маркери за процену рањивости на акумулацију А и повезане протеазомске дисфункције током старења мозга, и, у исто време, за процену склоности ка развоју патолошке старосне неуродегенерације и агрегације протеина, чиме се обезбеђује неинвазивна мера за носиоце.
Атрофију мишића карактерише аберантна деградација протеина кроз УПС пут [83].колико цистанче узетиУ скелетним мишићима, мишић прстењак 1 (МуРФ1) и Ф-кутија атрофије мишића (МАФбк)/атрогин-1 су Е3 убиквитин лигазе за које се сматра да су укључене у убиквитинацију супстрата за разградњу помоћу 26С протеазома, при чему повећање ових УПС компоненти промовише атрофију мишића [83]. Током атрофије мишића долази до прекомерне експресије МуРФИ и МАФбк/атрогина-1, док инхибиција ових компоненти успорава губитак мишића [84,85].биофлавоноидиНеколико студија је истакло улогу миРНА у регулацији експресије МуРФл и МАФбк/атрогин{0}}. На пример, показало се да миР-23а инхибира транслациону активацију МуРФл и МАФбк/атрогина-1, супротстављајући се мишићној атрофији у мишјем моделу атрофије мишића изазване дексаметазоном [86].шта је цистанчеПоред тога, утврђено је да повећана експресија специфичног за мишиће миР-1 смањује нивое ХСП70, смањујући фосфорилацију АКТ-а и доводи до активације ФОКСО3 и на крају доводи до појачане регулације експресије МуРФл и МАФбк/атрогин-1 током атрофије мишића изазване дексаметазоном код мишева [87]. Конкретно, након индукције дексаметазоном, миР-1, регулише дефосфорилацију и накнадну активацију ФокО3а путем ХСП70/Акт сигнализације, која директно или индиректно инхибира протеине који се супротстављају атрофији мишића [87]У скорије време, инхибиција МуРФ1 и МАФбк/ Показало се да транскрипција атрогина-1 побољшава губитак мишића у скелетним мишићима (конкретно, гастрокнемиус мишићима) 40-недељних мишева са убрзаним старењем склоних 8 (САМП8) мишева у поређењу са старењем одговарајућег узраста -убрзани мишеви отпорни на мишеве (САМР1) након стимулације епигалокатехин-3-галатом (ЕГЦГ), компонентом катехина у зеленом чају за коју је познато да побољшава губитак мишића [88]. Показало се да ЕГЦГ инхибира миостатин и регулише миР-486-5п, који директно потискује хомолог фосфатазе и тензина (ПТЕН), повећавајући Акт фосфорилацију и резултирајући инхибицијом активне ФокОла и супресијом МуРФл и МАФбк/атрогин{{ 25}} у скелетним мишићима 40-недељно старих САМП8 мишева, као иу ћелијама миобласта Ц2Ц12 касног пролаза [88]. Ова студија је открила јединствену интервенцију за губитак мишића користећи ЕГЦЦ компоненту зеленог чаја да промени регулацију миРНА у процесу убиквитин-протеазома и ПИ3К/Акт/ФОКСО сигнализацију у скелетним мишићима. У ствари, ови налази пружају доказ да активација УПС-а повезана са миРНА промовише атрофију мишића првенствено кроз циљање МуРФИ и МАФбк/атрогина-1 у скелетним мишићима.
7.миРНА као УПР и регулатори агрегације протеина
У условима стреса, погрешно савијени протеини се акумулирају у лумену ЕР и изазивају УПРЕР за деградацију ових протеина преко три кључна пута, наиме протеин киназе РНА сличне ЕР киназе (ПЕРК), ензима који захтева инозитол-1 алфа (ИРЕ-1о)/Кс-бок везујући протеин-1 (КСБП-1), и активирајући путеви транскрипционог фактора 6(АТФ6)[890]. УПРФР активност је смањена током старења ЕР стресних услова, док прекомерна експресија КСБП-1 може да повећа отпорност на стрес и дуговечност ЕР [89,90]. Све у свему, очигледно је да УПРЕР игра функционалну улогу у старењу и животном веку.
Пријављено је да миРНА или директно модулирају одговор на стрес ЕР или, насупрот томе, подлежу регулацији путем ЕР стреса[91]. У ствари, ЕР сензори стреса, односно ПЕРК, могу директно регулисати експресију миРНА координирајући про- и анти-апоптотичку сигнализацију након ЕР стреса [92]. На пример, миР-30ц-2-3п путем ПЕРК-посредоване сигнализације доводи до смањења КСБП-1 мРНА, што касније промовише ћелијску смрт у НИХ-3Т3 фибробластима [92 ]Током ЕР стреса, смањење регулације миР-106б-25 породице путем ПЕРК активације омогућава активацију про-апоптотичких гена Б-ћелијског лимфома 2 (БЦЛ-2) као нпр. Бим, изазивајући тако апоптозу изазвану ЕР стресом у ћелијским линијама [93]. Смањење регулације породице миР106б-25 и апоптозе изазване ЕР-стресом такође су пронађене у мишјем моделу АЛС (мутант СОД1 Г93А), који повезује ову фамилију миРНА и њене мете са неуродегенерацијом у АЛС[93]. Недавно, у кортикалним и хипокампалним неуронима мишева, након стимулације напредном гликацијом крајњих производа говеђег серумског албумина (АГЕ-БСА) да би се индуковао ЕР стрес, миР-24,-27б,{{ Утврђено је да су 30}},-224,-290,-351,и-488 снижено регулисане, док је мРНА мета УПР (Прк, Ирела, Цхоп и Пума) били су повећани, што указује на то да су ове миРНА вероватни УПР регулатори [94]Користећи алгоритаме за предвиђање миРНА-циља, аутори су открили да је ПЕРК био на мети миР-24 и миР-488, Ирело од миР{{ 40}},-124,-290,-351 и -488, Цхоп би миР-224, и Пума би миР-24,{{ 47}}б, и -351 [94]. Након излагања шећерима, напредна гликација протеина доводи до интеракције између крајњих продуката напредне гликације (АГЕ) и РАГЕ (рецептора АГЕ), што промовише акумулацију аберантних токсичних протеина, накнадни ћелијски оксидативни стрес и ЕР стрес[94]. Поред тога, неке од ових миРНА су такође пронађене у студијама о профилисању експресије у неуродегенерацији, наиме миР-27б, -124 и -488 [95], што сугерише да ове миРНА могу бити прикладне маркери старења у оба контекста. Ипак, остаје да се утврди директна узрочна веза између агрегације протеина и дисрегулације миРНА у контексту здравог старења и патолошке неуродегенерације повезане са старењем.
8. Протеини који везују миРНА такође регулишу животни век преко компоненти мреже протеостазе
Бројни извештаји су показали да протеини који везују миРНА регулишу старење кроз компоненте протеостазне мреже. Код Ц. елеганс, на пример, показало се да Аргонауте, Дицер, Дросха и ДГЦР8/Пасха контролишу старење и дуговечност [19,24,25]. Показало се да аргонаут-1 (алг-1) промовише дуговечност, док аргонаут-2(алг-2) скраћује животни век где многи различито експримирани гени у мутантним алг{{10 }} и алг-2 Целеганс су део сигналног пута инсулина/ИГФ-1 (ИС), са регулацијом преко ДАФ-а. 16/ФОКСО [96]. Штавише, посебно код алг-1 мутаната, утврђено је да је фактор топлотног шока 1 (хсф1), транскрипциони фактор који је део одговора на стрес топлотног шока, смањен [96]. Хунтингтин агрегацијске ћелијске културе и модели миша, као и обдукцијски узорци пацијената са Хантингтоновом болешћу, такође су показали да се Аргонауте-2(АГО2), основна компонента РИСЦ-а, поново локализује и акумулира у гранулама стреса лоцирани у стријаталним неуронима који експримирају мутантне Хунтингтин (мХТТ) агрегате, ометајући тако касну фузију аутофагозома и лизозома и, истовремено, доводећи до глобалног повећања експресије миРНА [31]. Међутим, због поновне локализације АГО2 и формирање АГО2-миРНА комплекса у гранулама стреса, аутори су приметили да је укупна активност миРНА, посебно утишавање циља, ометана у неуронима који експримирају мХТТ [31]. У овом случају, показало се да протеински агрегати ометају аутофагни клиренс, што промовише акумулацију АГО2 и промене нивоа и активности миРНА, што може довести до оштећења неурона. Ови резултати представљају нову перспективу, сажету на слици 2, која наглашава улогу агрегације протеина у вези са узрастом у аутофагној дисфункцији, биогенези миРНА и активности миРНА током старења сисара (слика 2).
преживљавање неурона смањењем рањивости посебно на ЕР стрес изазван тапсигаргином, што сугерише да је миРНА биогенеза преко Дицер-а неуропротективна против ЕР стреса. Смањење регулације Дицер-а током старења може угрозити биогенезу миРНА и довести до акумулираног ЕР стреса и неуродегенерације допаминских неурона[9]. Иновативне технике секвенцирања, као што су фотоактивирајуће рибонуклеозид-појачано умрежавање и секвенцирање имунопреципитације (ПАР-ЦЛИП), идентификовале су алтернативне функције Дицера у људским ћелијама, као и код Ц.елеганса, при чему се показало да је Дицер укључен у деградацију неколико структурних РНК које се раније нису могле детектовати другим методологијама [9]
Штавише, Дросха може да цепа структуре укосница које су уграђене у мРНК, дестабилизујући их и стога директно контролишу експресију мРНК. Показало се да Дросха цепа мРНК за факторе диференцијације који су фундаментални за неурогенезу[10]. Поред тога, након вирусне инфекције, Дросха је пријављено да се извози у цитоплазму да би цепао вирусну геномску РНК у циљу сузбијања репликације вируса [101,102]. Фосфорилација и нуклеарни извоз Дроше се такође дешавају након топлотног шока и оксидативног стреса, што нарушава биогенезу миРНА посредоване Дроше[103]. Друга иновативна техника секвенцирања, названа формалдехидно умрежавање имунопреципитације и секвенцирања (фЦЛИП-сек), открила је да Дросха цепа неканонске супстрате који потичу из не-миРНА лои на кратке укоснице, стварајући мале РНК[104]протоколе и користећи фЦЛИП-ЦЛИП идентификују потенцијалне интеракције између протеина који везују миРНА и структурних РНК у узорцима ткива иу контексту болести повезаних са узрастом [104]. Узети заједно, резултати ових студија обезбеђују нове истраживачке могућности за циљање компоненти биогенезе миРНА да би промениле експресију миРНА, и могуће нове циљеве мРНА, како би се повећала ефикасност мреже протеостазе у чишћењу токсичних протеина и ублажила агрегација протеина везана за узраст.
9. Закључци
Главни циљ овог прегледа био је да пружи поткрепљујуће доказе, засноване на недавним студијама, за узбудљиву нову перспективу да миРНА, и у одређеној мери протеини који се везују за миРНА, могу директно регулисати протеостазу, што је релевантно за продужење животног века организма, и могу такође се користе као маркери старења здравог ткива за поређење са болестима повезаним са старењем. Посебно се чини да су циљни гени миРНА у путевима деградације који су повезани са протеостазом, као што су УПС и АЛП системи, веома ткивно специфични у мозгу и скелетним мишићима сисара током старења, на различитим моделима организма. Поред тога, улога регулације миРНК у дисфункцији деградације протеина и механизама чишћења је постала још очигледнија у недавним студијама мозга сисара и ткива скелетних мишића.купити цистанцхеНа основу налаза који показују регулацију протеостазе посредовану миРНА током старења сисара, теоретизирамо да би будуће студије требало да истраже директну узрочну везу између агрегације протеина и дисрегулације миРНА у контексту како здравог старења, тако и патолошке неуродегенерације и атрофије мишића повезане са старењем, што су представљени на слици 2. Пошто постоје неки профили миРНА који се преклапају измењени и у нормалном и у патолошком контексту старења, потенцијал за модулацију миРНА, посебно повећање нивоа миРНА које циљају клиренс протеина и гене повезане са аутофагијом, могао би бити релевантан за будућност терапијске стратегије против старења.
Доприноси аутора: Концептуализација, СФ, ВМ, АРС и МАС; писање—припрема оригиналног нацрта, СФ; писање—преглед и уређивање, СФ, ВМ., МФ, АР, ГМ, АРС и МАС визуелизација, СФ и ВМ; ресурси, ГМ, А.РС. и МАС; надзор, А.РС. и М.АСС, прибављање средстава, ГМ, АРС и МАССА, сви аутори су прочитали и пристали на објављену верзију рукописа.
Финансирање: Ово истраживање су финансирали ПОРТУГАЛСКА ФОНДАЦИЈА ЗА НАУКУ И ТЕХНОЛОГИЈУ (ФЦТ) и ФЕДЕР (ФУНДО ЕУРОПЕУ ДЕ ДЕСЕНВОЛВИМЕНТО РЕГИОНАЛ) кроз ЦОМПЕТЕ2020, ОПЕРАТИВНИ ПРОГРАМ ЗА КОНКУРЕНТНОСТ- И МЕЂУНАРОДНИ ПОМОЋИ (ПОГОДИШЊИ ИЗВЈЕШТАЈ) ФЕДЕР-022184;МУДРОСТ: ПОЦИ-0145-ФЕДЕР-029843); МЕДИЦИС(ЦЕНТРО-01-0246-ФЕДЕР-000018); и пројекат „Пилото пара ан елаборатион де ума естратегиа е ума реде регионал пара а медицине персонализед/прецисао“Грант(ЦЕНТРО-08-5864-ФСЕ{{9} }).
Истраживачку јединицу иБиМЕД подржава ФЦТ (УИД/БИМ/04501/2020). СФ и МФ су директно подржани од стране ФЦТ грантова (СФРХ/БД/148323/2019 и СФРХ/БД/131736/2017). А.РС.подржан је појединачним уговором о помоћном истраживању у ЦЕЕЦ (ЦЕЕЦИНД/00284/2018).
Овај чланак је преузет из Инт. Ј. Мол. Сци. 2022, 23, 3232. хттпс://дои.орг/10.3390/ијмс23063232 хттпс://ввв.мдпи.цом/јоурнал/ијмс
