MikroRNA dalam Perkembangan Buah Pinggang Dan Penyakit Ⅲ

MiRNA dalam tumor Wilms

Tumor Wilms,ataunefroblastoma, adalah zaman kanak-kanak yang paling biasakanser buah pinggang, dengan kejadian 1 dalam 10,000 kanak-kanak di Amerika Utara (111). Ia adalah terutamanya penyakit sporadis, walaupun bentuk keluarga berlaku dalam kira-kira 1%-2% daripada kes (112, 113). Tumor Wilms timbul daripada nefrogenesis menyimpang, di mana prekursor buah pinggang embrionik pluripoten gagal untuk membezakan dan berterusanluar biasa ke dalam kehidupan selepas bersalin(111, 114, 115). Tumor ini secara histologi menyerupaimengembangkan buah pinggangdenganmorfologi terganggu(116), dan mutasi dalam gen yang terlibat dalam nefrogenesis janin, termasuk WT1 (117-119), CTNNB1 (120), SIX1/2 (121, 122), dan TP53 (123, 124), dikaitkan dengan kira-kira 40% daripada Tumor Wilms (125). Kajian terkini menggunakan penjujukan keseluruhan genom dan keseluruhan tumor Wilms mengenal pasti mutasi novel dalam gen risiko kanser (REST, CHEK2, PALB2) (126, 127), gen pengekodan protein yang menengahi pengubahsuaian histon semasa nefrogenesis (BCOR, MAP3K4) (126 ), dan gen pemprosesan miRNA (121, 122, 128, 129).

BERAPA LAMA UNTUK CISTANCHE BERFUNGSI UNTUK PESAKIT SAKIT BUAH PINGGANG?

Antara gen pemprosesan miRNA, mutasi dalam DROSHA, DGCR8, DICER1, TARBP2, dan XPO5 (mengekodkan exportin 5) telah dilaporkan dalam tumor Wilms yang dirawat dengan kemoterapi dan neoadjuvant (Rajah 3) (121, 122, 128, 129). ). Kira-kira 33% daripada tumor Wilms yang diperiksa menunjukkan mutasi yang merosakkan dalam gen laluan pemprosesan miRNA (128). Mutasi tempat liputan berulang (E1147K) dalam sisa pengikatan bertemu al (Mg2+) domain RNase IIIb DROSHA, yang nampaknya unik kepada tumor Wilms, menghapuskan aktiviti pemangkin domain ini, mengakibatkan tidak lengkap pembelahan pri-miRNA dan mengurangkan kematangan miRNA (128). Mutasi titik panas somatik yang menjejaskan domain RNase IIIb DICER1 menjejaskan pemprosesan 5p miRNA (yang diperoleh daripada lengan 5' pin rambut pra-miRNA) (129) dan sering dijumpai sebagai mutasi "hit kedua" yang bertindak seiring dengan DICER1 mutasi germline untuk mendorong tumorigenesis Wilms dalam sindrom DICER1 (gangguan yang meningkatkan kerentanan kepada pelbagai tumor) (130–132). Masih tidak jelas mengapa fungsi DICER1 terjejas dalam tumor Wilms mengakibatkan nefrogenesis yang berterusan dan menyimpang, tidak seperti kehilangan Dicer1 dalam progenitor nefron tikus, yang menyebabkan peningkatan apoptosis dan pemberhentian nefrogenesis pramatang (72-75). Beberapa kemungkinan yang berpotensi termasuk aktiviti dos gen mungkin penting dalam menentukan survival sel atau mutasi dalam domain RNase IIIb mungkin menjejaskan kekhususan pengikatan miRNA oleh DICER1.

Mutasi dalam gen pemprosesan miRNA dikaitkan dengan pengurangan pengawalseliaan miRNA penting, termasuk ahli miR-200 (121) dan keluarga let-7 (Rajah 3) (121, 129). Biarkan-7 miRNA dan protein pengikat RNA Lin28 berfungsi bersama untuk mengawal masa pemberhentian nefrogenesis murine, mungkin melalui pengawalan gen penggalak pertumbuhan Igf2 (133). Ekspresi berlebihan Lin28 semasa pembangunan buah pinggang menyebabkan pengembangan progenitor nefrogenik, dengan menghalang gelombang pembezaan terakhir mereka, yang memuncak dalam transformasi neoplastik yang sangat mengingatkan tumor Wilms manusia (134). Peningkatan bilangan salinan DNA LIN28B dan kehilangan salinan DNA let{16}}a masing-masing dilihat dalam 25% dan 46% sampel tumor Wilms manusia (126). Selaras dengan pemerhatian ini, mutasi germline dalam gen DISL3L2 manusia, yang mengekodkan exoribonuclease yang bertanggungjawab untuk merendahkan bentuk praproses let-7, menyebabkan sindrom Perlman dan kecenderungan kepada tumor Wilms (135, 136). Sindrom Perlman ialah sindrom pertumbuhan berlebihan kongenital yang dicirikan oleh makrosomia, polyhydramnios, dismorfologi muka, displasia buah pinggang, dan nefroblastomatosis (lesi prekursor untuk tumor Wilms) (137). Antara bayi dengan sindrom Perlman yang bertahan melepasi tempoh neonatal, 64% menghidap tumor Wilms (138). Menariknya, penghapusan DISL3L2 yang lengkap atau separa didapati dalam kira-kira 30% tumor Wilms sporadis yang diperiksa (136).

Kajian baru-baru ini menguatkan kepentingan rangkaian pengawalseliaan miRNA dalam etiologi tumor Wilms. Penulis mendapati bahawa gen adenoma pleiomorphic 1 (PLAG1) adalah salah satu gen yang paling konsisten dikawal dalam tumor Wilms dengan mutasi dalam gen pemprosesan miRNA (125). Ekspresi ektopik PLAG1 dalam buah pinggang tikus yang sedang berkembang menyebabkan neoplasia, yang disertai dengan transaktivasi gen sasarannya, tumor Wilms onkogen IGF2. miR-16 dan miR-34, yang dikurangkan dalam tumor Wilms, telah dikenal pasti sebagai pengawal selia berpotensi ekspresi PLAG1 (125). Jadual 2 meringkaskan kajian lain yang telah melaporkan ekspresi menyimpang miRNA tertentu yang dikaitkan dengan etiologi tumor Wilms. Menariknya, miRNA ini boleh berfungsi sebagai onkogen (dipanggil oncomiRs) atau penekan tumor dalam tetapan perkembangan tumor Wilms, bergantung pada sifat sasarannya.

MiRNA sebagai biomarker berpotensi dan agen terapeutik

Selain daripada lokasi intraselular mereka, miRNA juga terdapat dalam jumlah yang besar dalam cecair biologi, termasuk darah, plasma, air kencing, susu ibu dan air liur (139). MiRNA yang beredar ini didapati terbungkus dalam mikropartikel (eksosom, mikrovesikel, dan badan apoptosis) (140, 141), berkonjugasi dengan protein AGO (142) atau nukleophosmin 1 (143), atau dimuatkan ke dalam HDL (144), yang menjadikannya luar biasa. stabil walaupun dalam keadaan yang tidak menguntungkan, seperti pendidihan, variasi pH yang melampau, penyimpanan lanjutan dan pelbagai kitaran pencairan beku (145, 146). Oleh itu, tandatangan miRNA dalam cecair biologi boleh mencerminkan persatuan dengan keadaan fisiologi atau penyakit (147). Bersama-sama, ciri-ciri ini menjadikan miRNA yang beredar menarik untuk digunakan sebagai biomarker bukan invasif untuk diagnosis dan prognosis penyakit.

MiRNA yang beredar boleh diekstrak terus daripada cecair biologi yang tidak terpecah atau persediaan vesikel lar ekstraselular menggunakan kit pengekstrakan yang tersedia secara komersil (148) atau TRIzol (149). Selepas pengasingan, miRNA boleh disimpan pada -70 darjah dan kekal stabil sehingga 1 tahun (148). Terdapat beberapa platform yang tersedia untuk pemprofilan miRNA, termasuk hibridisasi microarray, qPCR, dan penjujukan generasi akan datang (150). Microarray dan qPCR adalah metodologi yang paling kerap digunakan untuk menyiasat ekspresi miRNA yang diketahui (151). Kedua-dua kaedah mempunyai kelebihan kerana mudah digunakan, agak cepat daripada pelabelan RNA kepada penjanaan data, dan agak kos efektif (152). Walau bagaimanapun, mereka bergantung pada ketersediaan dan anotasi tepat jujukan miRNA dalam pangkalan data untuk reka bentuk siasatan dan primer (150). Walaupun lebih mahal, penjujukan generasi akan datang membolehkan pengesanan serentak kedua-dua spesies miRNA yang diketahui dan novel dan menawarkan kepekaan yang tinggi (153). Tambahan pula, resolusi nukleotida tunggal penjujukan generasi akan datang membolehkan pengenalpastian isomiRs, yang merupakan isoform miRNA matang yang berbeza daripada panjang, urutan, atau kedua-duanya (154, 155), yang mengubah kekhususan penyasaran miRNA ( 156).

Kajian yang pelbagai telah menyiasat potensi miRNA yang beredar sebagai biomarker untuk penyakit buah pinggang kanak-kanak (157-160). Sebagai contoh, satu kajian mengenal pasti 14 miRNA yang dikawal dengan ketara dalam serum pesakit dengan tumor Wilms. Menariknya, tandatangan berdasarkan ekspresi miR-100-5p dan miR-130-3p boleh membezakan pesakit ini daripada kawalan sihat dengan ketepatan, sensitiviti dan kekhususan (159). Walaupun penemuan daripada kajian ini dan banyak kajian lain telah memberikan motivasi yang menarik untuk meneroka potensi miRNA yang beredar sebagai biomarker, beberapa halangan dalam bidang perlu diatasi sebelum aplikasi klinikal yang meluas. Pertama, terdapat kekurangan relatif konsensus antara kajian yang mungkin disebabkan oleh ketiadaan metodologi piawai untuk penulenan (161) dan analisis sampel (cth, perbezaan dalam platform pemprofilan miRNA, rujukan 162, 163; atau perbezaan dalam perpustakaan smRNA-Seq kaedah penyediaan, rujuk 164). Kedua, adalah kekurangan kajian bersaiz sampel besar dan penyiasatan terperinci mengenai khususpenyakit.Satu lagi aspek penting ialah pengaruh pembolehubah yang mengelirukan seperti umur, jantina dan faktor luaran (cth, tembakau, alkohol, dll.) pada profil miRNA belum diterokai sepenuhnya (untuk semakan mendalam, sila rujuk rujukan. 165).

Dari segi terapeutik, beberapa ubat berasaskan miRNA sedang dalam ujian klinikal tetapi belum diberikan kelulusan FDA lagi (166, 167). Pendekatan utama untuk terapi miRNA melibatkan pemulihan tahap miRNA menggunakan mimik miRNA, atau perencatan miRNA tertentu menggunakan antagomiRs (168). Salah satu cabaran yang berkaitan dengan pembangunan terapeutik berasaskan miRNA ialah pengenalpastian calon miRNA untuk setiap penyakit. Oleh kerana berbilang miRNA didisregulasi dalam setiap penyakit, analisis teliti sampel pesakit dalam kombinasi dengan in vitro dan in vivo assays yang menangani mekanisme patofisiologi yang terjejas oleh miRNA yang dipersoalkan harus dilakukan untuk mengecilkan calon miRNA untuk campur tangan terapeutik (168, 169). Cabaran lain melibatkan pembangunan strategi untuk meningkatkan kestabilan in vivo dan penghantaran ubat khusus tapak dengan ketoksikan minimum dan kesan luar sasaran. Molekul RNA secara kimia tidak stabil kerana kehadiran kumpulan 2'-hidroksil pada cincin pentosa. Untuk memberikan kestabilan dan perlindungan yang lebih tinggi daripada nuklease yang terdapat dalam serum atau petak endositik sel, syarikat bioteknologi telah menghasilkan molekul RNA dengan pengubahsuaian kimia (kumpulan 2'-O-metil, phosphorothioate, atau asid nukleik terkunci) dalam tulang belakang mereka (166). Bagi penghantaran in vivo, teknologi termasuk berasaskan lipid (cth, nanopartikel lipid dan liposom neutral) dan dendrimer yang digabungkan kepada bahagian sasaran, antara banyak strategi lain. Cabaran utama yang berkaitan dengan sistem penyampaian miRNA ialah imunotoksisiti dan pertalian khusus sasaran terhadap tapak penyakit (170). Strategi penyampaian melalui pelbagai kaedah pentadbiran (suntikan intraperitoneal, intravena, dan subkutan) atau dengan menggunakan vektor yang mengandungi promoter khusus buah pinggang dan boleh diinduksi telah berjaya digunakan untuk penyasaran buah pinggang terpilih dan untuk mengelakkan potensi kesan buruk pada tisu dan organ lain (171, 172). ).

Jadual 2. Senarai miRNA yang diubah dalam tumor Wilms

Senarai miRNA, sampel/spesimen yang dianalisis, tahap miRNA diperhatikan dalam sampel/spesimen ini berbanding dengan kawalan yang sesuai, gen sasaran, akibat perubahan miRNA dan rujukan. CAMKK2, protein kinase kinase 2 yang bergantung kepada kalsium/calmodulin; CDC7, kitaran pembahagian sel 7; CDH1, kadherin 1; CREB1, cAMP-tindak balas unsur-mengikat protein 1; EYA1, mata tiada homolog 1; E2F3, E2F faktor transkripsi 3; FRS2, substrat reseptor FGF 2; Glut1, pengangkut glukosa 1; IGF1R, reseptor IGF1; Jag1, bergerigi1; MET, peralihan mesenchymal-epithelial; MKNK1, MAPK-berinteraksi serine/treonine kinase 1; PTEN, fosfatase dan homolog tensin; PUMA, p53-modulator terkawal apoptosis; p73, protein tumor p73; ENAM1, sineoculis homeobox homolog 1; TGFBR1, TGF- reseptor 1; WT, tumor Wilms.

Ringkasan

Terdapat letupan maklumat mengenai biogenesis miRNA, peraturan ekspresi miRNA, dan fungsi miRNA sejak penemuan awal miRNA pada tahun 1993 (6, 7). Ini telah disertai dengan pemahaman yang semakin meningkat tentang bagaimana miRNA berfungsi dalam fisiologi normal dan dalam patofisiologi banyak penyakit. Telah menjadi jelas bahawa disregulasi ekspresi miRNA mengganggu perkembangan buah pinggang awal dan terlibat dalam patogenesis penyakit buah pinggang perkembangan, seperti tumor CAKUT dan Wilms. Dengan perkembangan terkini dalam penggunaan miRNA sebagai biomarker dan sebagai sasaran ubat baru, pandangan tentang cara miRNA mengawal perkembangan dan penyakit buah pinggang adalah penting untuk memahami cara ia boleh digunakan dalam pendekatan diagnostik dan terapeutik baru untuk penyakit ini. Untuk merealisasikan usaha ini sepenuhnya, kajian masa depan mengenal pasti fungsi miRNA tertentu dalam pembangunan buah pinggang adalah kritikal, sebagai tambahan kepada teknologi untuk mengoptimumkan penyasaran terapeutik oligonukleotida kecil kepada buah pinggang.

Ucapan terima kasih

Makmal JH disokong oleh geran daripada NIH National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (R01DK125015 dan R01DK102843). DMC disokong oleh Anugerah Pembangunan Kerjaya Rangkaian Kajian Sindrom Nefrotik dan Hospital Kanak-kanak Pittsburgh Research Advisory Council Postdoctoral Fellowship. MT disokong oleh Program Internship Penyelidikan Musim Panas Universiti Pittsburgh (R25DK119180). Angka-angka itu dicipta dengan BioRender.com. Alamat surat-menyurat kepada: Jacqueline Ho, Bahagian Nefrologi, Jabatan Pediatrik, Hospital Kanak-Kanak UPMC Pittsburgh, Pusat Penyelidikan Rangos, 4401 Penn Ave., Pittsburgh, Pennsylvania 15224, Amerika Syarikat. Telefon: 412.692.9440; E-mel: jacqueline.ho2@chp.edu.

1. Kozomara A, et al. miRBase: daripada urutan mikroRNA untuk berfungsi. Asid Nukleik Res. 2019;47(d1): D155–D162.

2. Friedman RC, et al. Kebanyakan mRNA mamalia adalah sasaran terpelihara mikroRNA. Genome Res. 2009;19(1):92–105.

3.Ghildiyal M, Zamore PD. RNA pembungkaman kecil: alam semesta yang berkembang. Nat Rev Genet. 2009;10(2):94–108.

4. Djuranovic S, et al. pembungkaman gen pengantara miRNA dengan penindasan translasi diikuti oleh deadenylation dan pereputan mRNA.

Sains. 2012;336(6078):237–240.

5. Huntzinger E, Izaurralde E. Pendiaman gen oleh mikroRNA: sumbangan penindasan translasi dan pereputan mRNA. Nat Rev Genet. 2011;12(2):99–110. 6. Lee RC, et al. Gen heterochronic C. elegans lin-4 mengekod RNA kecil dengan pelengkap antisense kepada lin-14. sel.