Nové terapeutické prístupy s malými molekulami pre Alzheimerovu chorobu a Parkinsonovu chorobu založené na zacielení na mikroRNA

Úloha mikroRNA v progresii neurodegeneratívnych ochorení: MikroRNA (miRNA) sú endogénne, nekódujúce a krátke RNA nukleotidy, ktoré regulujú génovú expresiu prostredníctvom párovania báz s cielenou messenger RNA (mRNA) v 3'nepreloženej oblasti (3' UTR). MiRNA teda hrajú zásadnú úlohu pri inhibícii alebo degradácii messengerových RNA (Gebert a MacRae, 2019). Dva enzýmy ribonukleázy (RNáza) III riadia biogenézu miRNA; Drosha a Dicer. Prvý krok v biogenéze zahŕňa štiepenie primárnych miRNA (pri-miRNA) v bunkovom jadre pomocou Drosha, čo vedie k vytvoreniu krátkych pre-miRNA s kmeňovou slučkou. Následne sú tieto pre-miRNA transportované do cytoplazmy a ďalej spracované Dicerom, čo vedie k zrelým miRNA (O'Brien et al., 2018).

Kliknutím zobrazíte kapsuly cistanche tubulosa na Alzheimerovu chorobu

Mnohé ochorenia vykazujú abnormálnu expresiu miRNA, ako je rakovina prsníka, leukémia, hepatocelulárny karcinóm a kardiovaskulárne a neurodegeneratívne ochorenia. Bolo identifikovaných viac ako 2 000 miRNA, ktoré majú kľúčovú úlohu pri diferenciácii neurónov, čo zdôrazňuje zapojenie miRNA do rôznych neurónových procesov. Literatúra odhaľuje, že miRNA sa podieľajú na rôznych dráhach, ktoré sa priamo podieľajú na progresii neurodegeneratívnych ochorení (obrázok 1A). -Synukleín, presynaptický proteín podieľajúci sa na neurologických poruchách, je vnútorne neusporiadaný proteín. Agregácia -synukleínu za vzniku nerozpustných fibríl a Lewyho teliesok je kľúčovým patologickým znakom pre diagnostiku neurologických porúch, ako je Parkinsonova choroba a Alzheimerova choroba. Agregácia -synukleínu v ľudských neuroblastómových bunkách je podporovaná miR-16-1, čo sa pripisuje schopnosti miR-16-1 znižovať reguláciu proteínu tepelného šoku 70. Nedávno schopnosť miR-153 negatívne regulovať -synukleín bolo preukázané u parkinsonských myší (Cressatti et al., 2019).

Okrem toho inhibícia miR{0}}b u pacientov s Parkinsonovou chorobou zvýšila expresiu -synukleínu v ľudskom mozgu. Tau, proteín spojený s mikrotubulami, je exprimovaný v zrelom ľudskom mozgu v šiestich izoformách. Abnormálna hyperfosforylácia a agregácia tau do zrelých fibríl sa pozoruje pri Alzheimerovej chorobe, ako aj pri iných neurologických poruchách, nazývaných tauopatie. Downregulácia miR-212 a miR{4}} bola zistená v nervovo odvodených plazmatických exozómoch pacientov s Alzheimerovou chorobou (Cha et al., 2019). Na základe týchto zistení sa hodnotenie hladín miR212 a miR-132 v extracelulárnych vezikulách považuje za sľubný diagnostický nástroj pre Alzheimerovu chorobu. Početné správy preukázali súvislosť medzi neurodegeneratívnymi ochoreniami a dysfunkciou mitochondriálnej dynamiky, ako je zmena veľkosti mitochondrií, zmenený tvar, štiepenie-fúzia a pohyb mitochondrií). V tomto kontexte sa uvádza, že miR{9}}a potláča expresiu PTEN-indukovanej domnelej kinázy 1, mitochondriálnej serín/treonínkinázy, ktorá je kľúčovým hráčom v mitofágii. MiR{12}}a teda hrá kľúčovú úlohu pri riadení autofagického klírensu poškodených mitochondrií.

Mutácie v PTEN indukovanej domnelej kináze 1 sa považujú za hlavného prispievateľa k autozomálne recesívnej Parkinsonovej chorobe. V tomto smere miR-494 indukuje poškodenie mitochondrií a poškodenie neurónov vyvolané oxidačným stresom znížením expresie proteínu 7 Parkinsonovej choroby, inhibítora agregácie -synukleínu (Catanesi et al., 2020). Okrem toho nový miR{6}}p preukázal ochrannú aktivitu proti agregácii amyloidu riadením expresie mitochondriálnych štiepnych proteínov a reguláciou mitochondriálnej dynamiky (Kumar et al., 2019). V posledných rokoch sa -sekretáze 1 (BACE1) venovala zvýšená pozornosť ako kritickému terapeutickému cieľu pre Alzheimerovu chorobu. BACE-1, tiež známy ako enzým 1 štiepiaci amyloidový prekurzorový proteín, je hlavnou sekretázou zapojenou do produkcie amyloidných peptidov v ľudskom mozgu. Následná agregácia a fibrilácia týchto peptidov za vzniku amyloidných plakov sú kľúčovými diagnostickými znakmi Alzheimerovej choroby.

Okrem toho viaceré línie dôkazov preukázali neurotoxicitu malých oligomérov amyloidných peptidov. MiR-298 bol nedávno identifikovaný ako represor BACE1 v modeli kultúry ľudských neurónových buniek, čo odhaľuje terapeutický potenciál miR298 pre neurodegeneratívne ochorenia (Chopra et al., 2020). Okrem toho je expresia BACE-1 priamo regulovaná miR15b, ktorý funguje tak, že sa zameriava na BACE1 mRNA 3′-UTR (Gong et al., 2017). Tieto zistenia ilustrujú, že miRNA sú kľúčovými hráčmi pri kontrole funkcie BACE{11}} a jej úlohy v patogenéze neurodegeneratívnych ochorení.

Vývoj malých molekúl pre neurodegeneratívne ochorenia založený na zacielení miRNA:

Zacielenie miRNA spôsobujúcich ochorenie s malými molekulami odhalilo sľubný výsledok in vitro, ako aj in vivo skríning. Značné výskumné úsilie sa teda zameralo na vývoj nových stratégií na identifikáciu a dizajn malých molekúl s potenciálnou schopnosťou viazať miRNA. Krátke sekvencie miRNA však zabránili identifikácii silných väzbových látok s malými molekulami a posunuli zameranie smerom k zacieleniu pre-miRNA s dlhšími sekvenciami. Inforna a Inforna 2.0 sú nástroje vyvinuté na identifikáciu malých molekúl zameraných na štruktúrované RNA. Tieto prístupy sú založené na ťažobných motívoch (sekundárnych štruktúrach) RNA na základe ich sekvencií.

Tieto motívy sa potom porovnajú s databázou známych väzbových partnerov motívu RNA a malej molekuly. Inforna potom ohlási motív v databáze, ako aj cieľovú RNA. Informa sa nedávno použila pri identifikácii zlúčeniny 1 (obrázok 1B) ako inhibítora expresie -synukleínu (Zhang et al., 2020). Zlúčenina 1 cieli na -synukleínovú mRNA 5' UTR a znižuje hladiny a-synukleínu znížením množstva SNCA mRNA vloženej do polyzómov. Nedávno sa RIBOTAC (chimery zamerané na ribonukleázu) vyvinuli ako nová trieda malých molekúl, ktoré sa môžu zamerať na rôzne triedy RNA vrátane miRNA a mRNA (Dey a Jaffrey, 2019). Dizajn RIBOTAC je založený na spojení molekúl viažucich RNA na malú molekulu, ktorá aktivuje RNA L, latentnú ribonukleázu, čo vedie k degradácii cieľovej RNA.

Viacúčelové smerované ligandy (MTDL) pre neurodegeneratívne ochorenia zamerané na miRNA:

MTDL sú ligandy, ktoré sú navrhnuté tak, aby interferovali s viacerými dráhami zapojenými do progresie neurologických porúch kvôli ich mnohostranným vlastnostiam. Pozoruhodný úspech MTLD pri identifikácii malých molekúl s účinnosťou in vitro a in vivo v modeloch neurodegeneratívnych ochorení viedol k pokračujúcemu úsiliu vo vývoji nových nástrojov na navrhovanie MTDL. V tejto súvislosti bola nedávno opísaná nová stratégia identifikácie MTDL pre neurodegeneratívne ochorenia, ktorá je založená na duálnej inhibícii acetylcholínesterázy a biogenéze miRNA (Gabr a Brogi, 2020). Zlúčenina 2 (obrázok 1B), duálny inhibítor acetylcholínesterázy a biogenézy miR-15b, bola pri ochrane buniek neuroblastómu SH-SY5Y pred cytotoxicitou vyvolanou amyloidom-beta účinnejšia ako donepezil a anti-miR{5}} .

Navyše, duálna inhibícia tau oligomerizácie a biogenézy miRNA zapojených do progresie neurologických porúch (napr. miRNA{0}}a) bola hlásená ako sľubná stratégia pre návrh MTDL (Gabr a Barbault, 2020). Výsledkom tohto prístupu bola zlúčenina 3 (obrázok 1B), ktorá vykazovala vynikajúcu neuroprotektívnu aktivitu ako miRNA146a antagomir a MK -886, inhibítor agregácie tau. Tieto štúdie ďalej ilustrujú, že dizajn MTDL zameraný na inhibíciu biogenézy miRNA ukázal preferenčný terapeutický profil v porovnaní s monocielenými terapeutikami. Preto bude ďalší skríning výsledkov týchto prístupov pomocou in vivo modelov neurodegeneratívnych ochorení rozhodujúci pre budúcu optimalizáciu

Budúce smery:

Vývoj účinných stratégií na identifikáciu malých molekúl, ktoré môžu selektívne viazať miRNA, bude mať pozoruhodný vplyv na schopnosť kontrolovať expresiu proteínov zapojených do neurodegeneratívnych ochorení. Inhibítory malých molekúl Drosha a Dicer boli rozsiahle študované ako nástroje na inhibíciu biogenézy miRNA. Mnohé inhibítory Dicer a Drosha však vykazujú oslabenú miRNA väzbovú afinitu v bunkovom prostredí, ako aj neschopnosť blokovať dozrievanie miRNA.

Tieto výsledky sa pripisujú promiskuitnému zacieleniu týchto malých molekúl, ako aj ich konkurencii s inými makromolekulami vo väzbe miRNA. Preto je veľmi žiaduce vytvorenie nových prístupov na selektívnu väzbu miRNA. Syntéza riadená kinetickým cieľom (KTGS) je prístup založený na objavovaní liekov na báze fragmentov, v ktorom biologický cieľ vyberá svoje bidentátne ligandy ich zostavovaním zo skupiny malých reaktívnych fragmentov.

V KTGS biologický cieľ urýchľuje tvorbu kovalentnej väzby medzi stavebnými blokmi s komplementárnymi reaktívnymi funkčnými skupinami prostredníctvom zvýšeného času rezonancie. Po disociácii od cieľa môžu byť zásahy KTGS detegované v médiu pomocou kvapalinovej chromatografie-hmotnostnej spektrometrie. Potenciálnou cestou na identifikáciu selektívnych väzbových prvkov miRNA by bolo použitie KTGS na identifikáciu malých molekúl viažucich cieľovú miRNA.

Referencie

Catanesi M, D'Angelo M, Tupone MG, Benedetti E, Giordano A, Castelli V, Cimini A (2020) Dysregulácia mikroRNA a mitochondriálna dysfunkcia pri neurodegeneratívnych ochoreniach. Int J Mol Sci 21:5986.

Cha DJ, Mengel D, Mustapic M, Liu W, Selkoe DJ, Kapogiannis D, Galasko D, Rissman RA, Bennett DA, Walsh DM (2019) miR-212 a miR{2}} sú znížené v nervovo odvodených plazmatické exozómy pacientov s Alzheimerovou chorobou. Front Neurosci 13:1208.

Chopra N, Wang R, Maloney B, Nho K, Beck JS, Pourshafie N, Niculescu A, Saykin AJ, Rinaldi C, Counts SE, Lahiri DK (2020) MikroRNA-298 znižuje hladiny ľudského amyloidového prekurzorového proteínu ( APP), enzým konvertujúci APP 1 (BACE1) a špecifické časti proteínu tau.

Mol Psychiatry doi:10.1038/s41380-019- 0610-2.

Cha D, Mengel D, Mustapic M, Liu W, Selkoe D, Kapogiannis D, Galasko D, Rissman R, Gong G, An F, Wang Y, Bian M, Yu LJ, Wei C (2017) miR-15 b potláča expresiu BACE1 pri sporadickej Alzheimerovej chorobe. Oncotarget 8:91551-91557.

Cressatti M, Song W, Turk AZ, Garabed LR, Benchaya JA, Galindez C, Liberman A, Schipper HM (2019) Gliálna expresia HMOX1 podporuje centrálnu a periférnu dysreguláciu synukleínu a patogenitu u myší s parkinsonskou chorobou. Glia 67:1730-1744.

Dey SK, Jaffrey SR (2019) RIBOTACs: Malá molekulová cieľová RNA na degradáciu. Cell Chem Biol 26:1047-1049.

Kumar S, Reddy AP, Yin X, Reddy PH (2019) Nová mikroRNA-455-3p a jej ochranný účinok proti abnormálnemu spracovaniu APP a toxicite beta amyloidu pri Alzheimerovej chorobe. Biochem Biophys Acta Mol Basis Dis 1865:2428-2440.

O'Brien J, Hayder H, Zayed Y, Peng C (2018) Prehľad biogenézy mikroRNA, mechanizmov pôsobenia a cirkulácie. Predný endokrinol 9:402.

Gabr MT, Barbault F (2020) Prvý duálny väzbový prvok mikroRNA146a a monomérneho tau: Nový prístup k viaccieľovým terapeutikám pre neurodegeneratívne ochorenia. Chem Commun 56:9695-9698.

Gabr MT, Brogi S (2020) Viaccieľový prístup založený na mikroRNA pre Alzheimerovu chorobu: Objav prvého duálneho inhibítora acetylcholínesterázy a biogenézy mikro-RNA{5}}b. J Med Chem 63:9695- 9704.

Gebert LFR, MacRae IJ (2019) Regulácia funkcie mikroRNA u zvierat. Nat Rev Mol Cell Biol 20:21-37.

Zhang P, Park HJ, Zhang J, Junn E, Andrews RJ, Velagapudi SP, Abegg D, Vishnu K, Costales MG, Childs-Disney JL, Adibekian A, Moss WN, Mouradian MM, Disney MD (2020) Preklad vnútorne neusporiadaný proteín a-synukleín je inhibovaný malou molekulou zameranou na jeho štruktúru

pre viac informácií:{0}}