MikroRNA vo vývoji a chorobách obličiek Ⅰ

Úvod

MikroRNA (miRNA) sú endogénne malé nekódujúce RNA, ktoré majú zvyčajne dĺžku 19–22 nukleotidov. Ľudský genóm obsahuje 1917 anotovaných vlásenkových prekurzorov a 2654 zrelých miRNA (1), ktoré regulujú viac ako 60 % génov kódujúcich ľudské proteíny (2). MiRNA regulujú génovú expresiu na posttranskripčnej úrovni prostredníctvom translačnej represie a destabilizácie mRNA (3–5). Od objavu funkcie prvej identifikovanej miRNA, o ktorej sa ukázalo, že reguluje rozhodnutia o bunkovej línii u háďatka Caenorhabditis elegans, v roku 1993 (6, 7), sa preukázalo, že miRNA modulujú rôzne biologické procesy, vrátanemorfogenéza obličiek. Dysregulácia expresie miRNAnarúša skorý vývoj obličieka podieľa sa na patogenéze vývinuochorenia obličiek. V tomto prehľade sumarizujeme súčasné poznatky o miRNA biogenéze, funkcii a zacielení. Potom sa zameriame na úlohu miRNA v morfogenéze obličiek avývojové ochorenia obličiek, počítajúc do tohovrodené anomáliezobličky a močové cesty(CAKUT) aWilmsov nádor. Ďalšie zaujímavé oblasti výskumu, vrátane úlohy miR NA pri rôznych iných ochoreniach obličiek, ako je akútne poškodenie obličiek (8 – 10), polycystické ochorenie obličiek (11) a transplantácia obličky (10), boli rozsiahle riešené v ďalšie nedávne recenzie. Nakoniec sme uzavreli diskusiu o užitočnosti miRNA ako potenciálne nových biomarkerov a terapeutických činidiel.

AKO DLHO TRVÁ, KÝM CISTANCHE PRACUJE U PACIENTOV S OCHORENÍM OBLIČIEK?

miRNA biogenéza a funkcia

Biogenéza miRNA začína v jadre, kde RNA polymeráza II prepisuje gény kódujúce miRNA do uzavretých a polyadenylovaných vlásenkových transkriptov, nazývaných primárne miRNA alebo pri-miRNA (obrázok 1) (12, 13). V závislosti od ich genómovej polohy môžu byť gény kódujúce miRNA klasifikované ako intragénne (umiestnené v intrónoch hostiteľských génov; odkaz 14) alebo intergénne (prepisované nezávisle od hostiteľského génu a majúce svoje transkripčné regulačné prvky; odkaz 15). Okrem toho niektoré miRNA existujú v zhlukoch a sú transkribované ako polycistronické transkripty (16).

Po transkripcii je pri-miRNA štiepená enzýmom podobným ribonukleáze III DROSHA spolu s podjednotkou mikroprocesorového komplexu DGRC8 na 70-nukleotidovú vlásenkovú štruktúru, nazývanú pre-miRNA (17–20). Jadrový proteín RAN viažuci exportín 5/GTP exportuje pre-miRNA do cytoplazmy (21, 22), kde pre-miRNA podstupuje štiepenie svojej koncovej slučky pomocou RNázy III DICER a TRBP (alebo TARBP2) za vzniku { {14}}nukleotidový miRNA duplex pozostávajúci z vodiacich a pasažierskych reťazcov (miRNA:miRNA*). V ďalšom kroku sa miRNA duplex nanesie na argonautový (AGO) proteín za vzniku RISC (23). Po selekcii a odvinutí vlákna sa pasažiersky reťazec uvoľní a degraduje (24), zatiaľ čo vodiaci reťazec zostáva v RISC a riadi rozpoznávanie cieľovej mRNA prostredníctvom párovania báz Watson-Crick.

Obrázok 1. Biogenéza miRNA. Gény kódujúce MiRNA sú transkribované RNA polymerázou II do primárnej miRNA (pri-miRNA). Ďalej komplex tvorený RNA-viažucim proteínom DGRC8 a RNázou III enzýmom Drosha štiepi pri-miRNA, čím vzniká prekurzorová miRNA (pre-miRNA), ktorá je exportovaná do cytoplazmy prostredníctvom exportínu 5. Keď sa Dicer dostane do cytoplazmy, /TRBP komplex štiepi pre-miRNA a uvoľňuje zrelú miRNA. Nakoniec sa zrelá miRNA nanesie na RISC, čím sa riadi rozpoznávanie cieľovej mRNA prostredníctvom párovania báz Watson-Crick, čo vyvrcholí umlčaním génu prostredníctvom translačnej represie alebo degradácie mRNA. DGRC8, kritická oblasť DiGeorgovho syndrómu 8; RISC, RNA-indukovaný umlčovací komplex; TRBP, proteín viažuci TAR RNA. Vytvorené pomocou BioRender.com.

Väčšina štúdií ukazuje, že doména na 5′ konci miRNA (nazývaná seedná sekvencia, ktorá siaha od nukleotidových pozícií 2 až 7) interaguje so špecifickou oblasťou v 3′ nepreloženej oblasti (3′UTR) ich cieľových mRNA, aby indukovala translačnú represiu a/alebo deadenyláciu a rozpad mRNA (3–5). MiRNA väzbové miesta však boli identifikované aj v iných oblastiach, vrátane 5'UTR (25, 26), kódujúcich sekvencií (27) a génových promótorov (28–30). Hoci miRNA sú primárne spojené s génovou represiou, za určitých okolností sa môže vyskytnúť aj posttranskripčná upregulácia miRNA (28, 31–33).

Existuje niekoľko jedinečných vlastností spojených s reguláciou génov sprostredkovanou miRNA (34, 35). Po prvé, jedna miRNA môže zacieliť a potlačiť stovky mRNA, aj keď typicky v relatívne miernom stupni pre každý cieľ. Predpokladá sa teda, že miRNA fungujú na jemné doladenie génovej expresie. Keďže však každá mRNA môže zahŕňať viacero väzobných miest pre rovnaké alebo rôzne miRNA, výsledný kombinovaný účinok je silnejší (36–38). Navyše, viaceré zložky v rámci danej signálnej dráhy môžu byť modulované jednotlivými miRNA alebo miRNA klastrami (39, 40). Po druhé, represia sprostredkovaná miRNA nastáva pomerne rýchlo, pretože miRNA blokujú syntézu proteínov na úrovni ribozómov (41). Po tretie, miRNA sa môžu koncentrovať v špecifických subcelulárnych kompartmentoch na reguláciu miestne špecifickej translácie proteínov (42, 43). Nakoniec malá podskupina miRNA dominuje v celkovej miRNA v rôznych typoch buniek, čo naznačuje, že tieto môžu fungovať ako hlavné miRNA (44). V súlade s touto myšlienkou sa zdá, že niekoľko najhojnejších miRNA obsahuje väčšinu posttranskripčnej regulácie sprostredkovanej AGO proteínmi v mnohých typoch buniek (44, 45). Napríklad v imortalizovanej ľudskej embryonálnej obličkovej bunkovej línii (HEK293T) miRNA, ktoré boli exprimované pod 100–1 000 čítaní na milión, nepreukázali supresívnu aktivitu pomocou vysokovýkonnej knižnice miRNA senzorov (45).

Biogenéza miRNA je pod prísnou priestorovou a časovou kontrolou, aby sa zabezpečila primeraná expresia miRNA v reakcii na rôzne bunkové signály. Regulácia biogenézy miRNA prebieha na viacerých úrovniach, vrátane väzby transkripčného faktora na zosilňovače a/alebo promótory miRNA génov, DROSHA spracovanie pri-miRNA, DICER spracovanie pre-miRNA, metylácia RNA, editovanie miRNA prekurzorov, adenylácia, uridylácia, Rozpad RNA a mnoho ďalších mechanizmov. Podrobný prehľad nájdete u Ha a Kim (46). Nedávno sa objavili aj superzosilňovače ako nová trieda regulačných prvkov kontrolujúcich biogenézu miRNA zlepšením transkripcie a spracovania pri-miRNA sprostredkovaného DROSHA/DGCR{5}}. V kombinácii so širokým podpisom H3K4me3 super-enhancer aktivita formuje tkanivovo špecifické vzory a funkcie miRNA expresie (47).