Pendekatan Terapeutik Molekul Kecil yang Muncul Untuk Penyakit Alzheimer Dan Penyakit Parkinson Berdasarkan Penyasaran MikroRNA

Peranan mikroRNA dalam perkembangan penyakit neurodegeneratif: MicroRNAs (miRNAs) ialah nukleotida RNA endogen, bukan pengekodan, dan pendek yang mengawal ekspresi gen melalui pasangan asas dengan RNA messenger (mRNA) yang disasarkan di rantau 3′tidak diterjemahkan (3′). UTR). Oleh itu, miRNA memainkan peranan asas dalam perencatan atau degradasi RNA utusan (Gebert dan MacRae, 2019). Dua enzim ribonucleases (RNase) III mengawal biogenesis miRNA; Drosha dan Dicer. Langkah pertama dalam biogenesis termasuk pembelahan miRNA primer (pri-miRNA) dalam nukleus sel oleh Drosha, yang membawa kepada pembentukan pra-miRNA gelung batang pendek. Selepas itu, pra-miRNA ini diangkut ke sitoplasma dan diproses selanjutnya oleh Dicer menghasilkan miRNA matang (O'Brien et al., 2018).

Klik untuk cistanche kapsul tubulosa untuk penyakit Alzheimer

Banyak penyakit memaparkan ekspresi miRNA yang tidak normal, seperti kanser payudara, leukemia, karsinoma hepatoselular dan penyakit kardiovaskular dan neurodegeneratif. Lebih daripada 2000 miRNA telah dikenal pasti mempunyai peranan penting dalam membezakan neuron, yang menyerlahkan penglibatan miRNA dalam proses neuron yang berbeza. Kesusasteraan mendedahkan bahawa miRNAs terlibat dalam laluan berbeza yang terlibat secara langsung dalam perkembangan penyakit neurodegeneratif (Rajah 1A). -Synuclein, protein presinaptik yang terlibat dalam gangguan neurologi, adalah protein bercelaru intrinsik. Pengagregatan -synuclein untuk membentuk fibril tidak larut dan badan Lewy adalah ciri patologi utama untuk diagnosis gangguan neurologi, seperti penyakit Parkinson dan penyakit Alzheimer. Pengagregatan -synuclein dalam sel neuroblastoma manusia dipromosikan oleh miR-16-1, yang dikaitkan dengan keupayaan miR-16-1 untuk mengecilkan protein kejutan haba 70. Baru-baru ini, keupayaan miR-153 untuk mengawal selia secara negatif -synuclein telah ditunjukkan dalam tikus parkinsonian (Cressatti et al., 2019).

Selain itu, perencatan miR-34b pada pesakit dengan penyakit Parkinson meningkatkan ekspresi -synuclein dalam otak manusia. Tau, protein yang berkaitan dengan mikrotubulus, dinyatakan dalam otak manusia matang dalam enam isoform. Hiperfosforilasi yang tidak normal dan pengagregatan tau menjadi fibril matang diperhatikan dalam penyakit Alzheimer serta gangguan neurologi lain, yang dipanggil tauopati. Penurunan regulasi miR-212 dan miR-132 telah dikesan dalam eksosom plasma yang diperolehi secara saraf pesakit dengan penyakit Alzheimer (Cha et al., 2019). Berdasarkan penemuan ini, penilaian tahap miR212 dan miR-132 dalam vesikel ekstraselular dianggap sebagai alat diagnostik yang menjanjikan untuk penyakit Alzheimer. Banyak laporan telah menunjukkan hubungan antara penyakit neurodegeneratif dan disfungsi dalam dinamik mitokondria, seperti variasi dalam saiz mitokondria, bentuk yang diubah, gabungan pembelahan, dan pergerakan mitokondria). Dalam konteks ini, miR-27a telah dilaporkan menindas ekspresi kinase putatif 1 yang disebabkan oleh PTEN, serin/treonine kinase mitokondria, yang merupakan pemain utama dalam mitophagy. Oleh itu, miR{12}}a memainkan peranan penting dalam mengawal pelepasan autofagik mitokondria yang rosak.

Mutasi dalam PTENinduced putative kinase 1 dianggap sebagai penyumbang utama kepada penyakit Parkinson resesif autosomal. Sepanjang garis ini, miR-494 mendorong kerosakan mitokondria dan kerosakan neuron akibat tekanan oksidatif dengan mengurangkan ekspresi protein penyakit Parkinson 7, perencat pengagregatan -synuclein (Catanesi et al., 2020). Selain itu, novel miR-455- 3p menunjukkan aktiviti perlindungan terhadap pengagregatan amiloid dengan mengawal ekspresi protein pembelahan mitokondria dan mengawal dinamik mitokondria (Kumar et al., 2019). Sejak beberapa tahun lalu, -secretase 1 (BACE1) telah mendapat perhatian yang semakin meningkat sebagai sasaran terapeutik kritikal untuk penyakit Alzheimer. BACE-1, juga dikenali sebagai -site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1, ialah rembesan utama yang terlibat dalam penghasilan amyloid-peptida dalam otak manusia. Pengagregatan dan fibrilasi seterusnya peptida ini untuk membentuk plak amiloid adalah ciri diagnostik utama penyakit Alzheimer.

Selain itu, pelbagai bukti telah menunjukkan neurotoksisiti oligomer kecil amiloid-peptida. MiR-298 baru-baru ini telah dikenal pasti sebagai penindas BACE1 dalam model kultur sel neuron manusia yang mendedahkan potensi terapeutik miR298 untuk penyakit neurodegeneratif (Chopra et al., 2020). Selain itu, ekspresi BACE-1 dikawal secara langsung oleh miR15b, yang berfungsi dengan menyasarkan BACE1 mRNA 3′-UTR (Gong et al., 2017). Penemuan ini menggambarkan bahawa miRNA adalah pemain utama dalam mengawal fungsi BACE-1 dan peranannya dalam patogenesis penyakit neurodegeneratif.

Pembangunan molekul kecil untuk penyakit neurodegeneratif berdasarkan penyasaran miRNA:

Menyasarkan miRNA yang menyebabkan penyakit dengan molekul kecil telah mendedahkan hasil yang menjanjikan secara in vitro serta pemeriksaan in vivo. Oleh itu, usaha penyelidikan yang besar telah diarahkan ke arah pembangunan strategi baru untuk pengenalpastian dan reka bentuk molekul kecil dengan potensi keupayaan mengikat miRNA. Walau bagaimanapun, urutan pendek miRNA telah menghalang pengenalpastian pengikat molekul kecil yang kuat dan mengalihkan tumpuan ke arah menyasarkan pra-miRNA dengan urutan yang lebih panjang. Inforna dan Inforna 2.0 ialah alatan yang dibangunkan untuk mengenal pasti molekul kecil yang menyasarkan RNA berstruktur. Pendekatan ini adalah berdasarkan motif perlombongan (struktur sekunder) RNA berdasarkan urutannya.

Motif-motif ini kemudiannya dibandingkan dengan pangkalan data rakan kongsi pengikat molekul kecil motif RNA yang diketahui. Inforna kemudian melaporkan motif dalam pangkalan data serta RNA sasaran. Informa telah digunakan baru-baru ini dalam pengenalpastian kompaun 1 (Rajah 1B) sebagai perencat ekspresi -synuclein (Zhang et al., 2020). Kompaun 1 menyasarkan -synuclein mRNA 5′ UTR dan mengurangkan tahap a-synuclein dengan mengurangkan jumlah mRNA SNCA yang dimuatkan ke dalam polysomes. Baru-baru ini, RIBOTACs (ribonuclease targeting chimeras) telah berkembang sebagai kelas baharu molekul kecil yang boleh menyasarkan pelbagai kelas RNA, termasuk miRNA dan mRNA (Dey dan Jaffrey, 2019). Reka bentuk RIBOTAC adalah berdasarkan menghubungkan molekul pengikat RNA kepada molekul kecil yang mengaktifkan RNA L, ribonuklease terpendam, yang mengakibatkan degradasi RNA sasaran

Ligan terarah berbilang sasaran (MTDL) untuk penyakit neurodegeneratif yang tertumpu pada miRNA:

MTDL ialah ligan yang direka bentuk untuk mengganggu berbilang laluan yang terlibat dalam perkembangan gangguan neurologi kerana ciri pelbagai rupanya. Kejayaan luar biasa MTLD dalam mengenal pasti molekul kecil dengan keberkesanan in vitro dan in vivo dalam model penyakit neurodegeneratif telah menghasilkan usaha berterusan dalam pembangunan alat baharu untuk reka bentuk MTDL. Dalam konteks ini, strategi baru untuk mengenal pasti MTDL untuk penyakit neurodegeneratif baru-baru ini dilaporkan, yang berdasarkan perencatan dwi asetilkolinesterase dan biogenesis miRNA (Gabr dan Brogi, 2020). Kompaun 2 (Rajah 1B), perencat dwi asetilkolinesterase dan biogenesis miR-15b, adalah lebih cekap daripada donepezil dan anti-miR-15 dalam melindungi sel neuroblastoma SH-SY5Y daripada sitotoksisiti yang disebabkan oleh amyloid-beta. .

Selain itu, perencatan dwi oligomerisasi tau dan biogenesis miRNA yang terlibat dalam perkembangan gangguan neurologi (cth miRNA-146a) telah dilaporkan sebagai strategi yang menjanjikan untuk reka bentuk MTDL (Gabr dan Barbault, 2020). Hasil daripada pendekatan ini memberikan kompaun 3 (Rajah 1B) yang menampilkan aktiviti neuroprotektif yang unggul kepada miRNA146a antagomir dan MK-886, perencat pengagregatan tau. Kajian-kajian ini selanjutnya menggambarkan bahawa reka bentuk MTDL yang memberi tumpuan kepada perencatan biogenesis miRNA telah menunjukkan profil terapeutik keutamaan berbanding dengan terapeutik monosasaran. Oleh itu, pemeriksaan lanjut hasil pendekatan ini menggunakan model in vivo penyakit neurodegeneratif akan menjadi kritikal untuk pengoptimuman masa hadapan

Arah masa depan:

Pembangunan strategi yang cekap untuk mengenal pasti molekul kecil yang boleh mengikat miRNA secara selektif akan mempunyai kesan yang luar biasa terhadap keupayaan untuk mengawal ekspresi protein yang terlibat dalam penyakit neurodegeneratif. Perencat molekul kecil Drosha dan Dicer telah dikaji secara meluas sebagai alat untuk menghalang biogenesis miRNA. Walau bagaimanapun, banyak perencat Dicer dan Drosha mempamerkan pertalian mengikat miRNA yang dilemahkan dalam persekitaran selular serta ketidakupayaan untuk menyekat kematangan miRNA.

Keputusan ini dikaitkan dengan penyasaran rambang molekul kecil ini serta persaingannya dengan makromolekul lain dalam mengikat miRNA. Oleh itu, penubuhan pendekatan baru untuk pengikatan selektif miRNA adalah sangat wajar. Sintesis berpandu sasaran kinetik (KTGS) ialah pendekatan penemuan ubat berasaskan serpihan di mana sasaran biologi memilih ligan bidentatnya dengan memasangnya daripada kumpulan serpihan reaktif kecil.

Dalam KTGS, sasaran biologi mempercepatkan pembentukan ikatan kovalen antara blok binaan dengan kumpulan berfungsi reaktif pelengkap melalui masa resonans yang dipertingkatkan. Selepas pemisahan daripada sasaran, hentaman KTGS boleh dikesan dalam media oleh Kromatografi Cecair-spektrometri jisim. Laluan yang berpotensi untuk mengenal pasti pengikat terpilih miRNA adalah menggunakan KTGS untuk mengenal pasti pengikat molekul kecil miRNA sasaran.

Rujukan

Catanesi M, D'Angelo M, Tupone MG, Benedetti E, Giordano A, Castelli V, Cimini A (2020) Disregulasi mikroRNA dan disfungsi mitokondria dalam penyakit neurodegeneratif. 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 dan miR-132 dikurangkan dalam terbitan saraf eksosom plasma pesakit Alzheimer. Neurosci Depan 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) MicroRNA-298 mengurangkan tahap protein amiloid-prekursor manusia ( APP), -site APP menukar enzim 1 (BACE1) dan gugusan protein tau tertentu.

Mol Psikiatri 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 menindas ungkapan BACE1 dalam penyakit Alzheimer sporadis. Onkosasaran 8:91551-91557.

Cressatti M, Song W, Turk AZ, Garabed LR, Benchaya JA, Galindez C, Liberman A, Schipper HM (2019) Ekspresi Glial HMOX1 menggalakkan disregulasi pusat dan periferal -synuclein dan patogenik dalam tikus parkinson. Glia 67:1730-1744.

Dey SK, Jaffrey SR (2019) RIBOTACs: RNA sasaran molekul kecil untuk degradasi. Cell Chem Biol 26:1047-1049.

Kumar S, Reddy AP, Yin X, Reddy PH (2019) Novel mikroRNA-455-3p dan kesan perlindungannya terhadap pemprosesan APP yang tidak normal dan ketoksikan beta amiloid dalam penyakit Alzheimer. Biochem Biophys Acta Mol Basis Dis 1865:2428-2440.

O'Brien J, Hayder H, Zayed Y, Peng C (2018) Gambaran keseluruhan biogenesis mikroRNA, mekanisme tindakan dan peredaran. Endokrinol Depan 9:402.

Gabr MT, Barbault F (2020) Pengikat dwi pertama mikroRNA146a dan tau monomerik: Pendekatan baru untuk terapeutik berbilang sasaran untuk penyakit neurodegeneratif. Chem Commun 56:9695-9698.

Gabr MT, Brogi S (2020) Pendekatan berbilang sasaran berasaskan mikroRNA untuk penyakit Alzheimer: Penemuan dwi perencat acetylcholinesterase dan mikro-RNA-15b pertama dalam kelas. J Med Chem 63:9695- 9704.

Gebert LFR, MacRae IJ (2019) Peraturan fungsi mikroRNA dalam haiwan. 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) Terjemahan intrinsik protein bercelaru a-synuclein dihalang oleh molekul kecil yang menyasarkan strukturnya

untuk maklumat lanjut:ali.ma@wecistanche.com