MicroRNAs mewn Datblygiad Arennau Ac Afiechydon Ⅲ

MiRNAs mewn tiwmor Wilms

tiwmor Wilms,neuneffroblastoma, yw'r plentyndod mwyaf cyffredincanser arennol, gyda nifer o achosion o 1 o bob 10,000 o blant yng Ngogledd America (111). Mae'n glefyd achlysurol yn bennaf, er bod ffurfiau teuluol yn digwydd mewn tua 1%-2% o achosion (112, 113). Mae tiwmorau Wilms yn deillio o nephrogenesis aberrant, lle mae rhagflaenwyr arennol embryonig lluosog yn methu â gwahaniaethu a pharhau.yn annormal i fywyd ôl-enedigol(111, 114, 115). Mae'r tiwmorau hyn yn debyg yn histolegoldatblygu arennaugyda amorffoleg tarfu(116), a threigladau mewn genynnau sy'n ymwneud â nephrogenesis ffetws, gan gynnwys WT1 (117-119), CTNNB1 (120), SIX1/2 (121, 122), a TP53 (123, 124), yn gysylltiedig â thua 40% o tiwmorau Wilms (125). Nododd astudiaethau diweddar gan ddefnyddio dilyniant genom cyfan ac exome cyfan o diwmorau Wilms fwtaniadau newydd mewn genynnau risg canser (REST, CHEK2, PALB2) (126, 127), proteinau amgodio genynnau sy'n cyfryngu addasiadau histone yn ystod nephrogenesis (BCOR, MAP3K4) (126). ), a genynnau prosesu miRNA (121, 122, 128, 129).

PA MOR HYD Y MAE'N EI EI EI GYNNIG I CISTANCHE WEITHIO I GLEIFION CLEFYD YR ARRENNAU?

Ymhlith y genynnau prosesu miRNA, mae treigladau yn DROSHA, DGCR8, DICER1, TARBP2, ac XPO5 (amgodau exportin 5) wedi'u hadrodd mewn tiwmorau Wilms wedi'u trin â chemotherapi naïf a neoadjuvant (Ffigur 3) (121, 122, 128, 129). ). Mae tua 33% o diwmorau Wilms a archwiliwyd yn arddangos treigladau niweidiol mewn genynnau o'r llwybr prosesu miRNA (128). Mae treiglad problemus cylchol (E1147K) mewn gweddillion al-rwymol met (Mg2+) o barth RNase IIIb o DROSHA, sy'n ymddangos yn unigryw i diwmor Wilms, yn diddymu gweithgaredd catalytig y parth hwn, gan arwain at anghyflawn holltiad pri-miRNAs a llai o aeddfedu miRNA (128). Mae treigladau smotyn somatig sy'n effeithio ar barth RNase IIIb o DICER1 yn amharu ar brosesu miRNAs 5c (y rhai sy'n deillio o fraich 5′ y pin gwallt cyn-miRNA) (129) ac fe'u canfyddir yn aml fel treigladau "ail daro" sy'n gweithredu ochr yn ochr â DICER1 treigladau germline i gymell tiwmorigenesis Wilms mewn syndrom DICER1 (anhwylder sy'n cynyddu tueddiad i amrywiaeth o diwmorau) (130-132). Mae'n parhau i fod yn aneglur pam mae nam ar swyddogaeth DICER1 mewn tiwmorau Wilms yn arwain at nephrogenesis parhaus ac afreolaidd, yn wahanol i golli Dicer1 mewn ehedyddion neffron llygoden, sy'n achosi apoptosis cynyddol a rhoi'r gorau i nephrogenesis yn gynnar (72-75). Mae rhai posibiliadau posibl yn cynnwys y gallai'r gweithgaredd dos genynnau fod yn hanfodol wrth bennu goroesiad celloedd neu y gallai treigladau yn y parth RNase IIIb effeithio ar benodolrwydd rhwymo miRNA gan DICER1.

Mae mwtaniadau mewn genynnau prosesu miRNA yn gysylltiedig â dadreoleiddio miRNAs pwysig, gan gynnwys aelodau o'r miR-200 (121) a'r teuluoedd gosod (Ffigur 3) (121, 129). Gadewch i-7 miRNAs a'r protein RNA-rhwymo Lin28 weithredu ar y cyd i reoli amseriad rhoi'r gorau i nephrogenesis murine, o bosibl trwy reoleiddio'r genyn sy'n hybu twf Igf2 (133). Mae gorfynegiant Lin28 yn ystod datblygiad yr arennau yn achosi ehangu epilyddion neffrogenig, trwy atal eu ton olaf o wahaniaethu, sy'n arwain at drawsnewid neoplastig sy'n atgoffa rhywun yn fawr o'r tiwmor Wilms dynol (134). Gwelir cynnydd yn nifer y copïau DNA o LIN28B a chopïau DNA a gollwyd{-7a mewn 25% a 46% o samplau tiwmor dynol Wilms, yn y drefn honno (126). Yn unol â'r arsylwadau hyn, mae treigladau germline yn y genyn DISL3L2 dynol, sy'n amgodio exoribonuclease sy'n gyfrifol am ddiraddio ffurfiau rhagbrosesedig o osod-7, yn achosi syndrom Perlman a rhagdueddiad i diwmor Wilms (135, 136). Mae syndrom Perlman yn syndrom gordyfiant cynhenid ​​​​a nodweddir gan macrosomia, polyhydramnios, dysmorffoleg wyneb, dysplasia arennol, a nephroblastomatosis (briwiau rhagflaenol ar gyfer tiwmor Wilms) (137). Ymhlith babanod â syndrom Perlman sy'n goroesi y tu hwnt i'r cyfnod newyddenedigol, mae 64% yn datblygu tiwmor Wilms (138). Yn ddiddorol, canfuwyd dileadau DISL3L2 cyflawn neu rannol mewn tua 30% o diwmorau Wilms achlysurol a archwiliwyd (136).

Cryfhaodd astudiaeth ddiweddar arwyddocâd rhwydwaith rheoleiddio miRNA yn etioleg tiwmor Wilms. Canfu'r awduron fod genyn adenoma pleiomorffig 1 (PLAG1) yn un o'r genynnau a reoleiddir fwyaf cyson mewn tiwmorau Wilms gyda threigladau mewn genynnau prosesu miRNA (125). Mae mynegiant ectopig o PLAG1 yn aren y llygoden sy'n datblygu yn achosi neoplasia, sy'n cyd-fynd â thrawsactifadu ei genyn targed, tiwmor Wilms oncogene IGF2. Nodwyd miR-16 a miR-34, sy'n cael eu hisreoli mewn tiwmorau Wilms, fel rheolyddion posibl mynegiant PLAG1 (125). Mae Tabl 2 yn crynhoi astudiaethau eraill sydd wedi nodi mynegiant afreolus o miRNAs penodol sy'n gysylltiedig ag etioleg tiwmor Wilms. Yn ddiddorol, gall y miRNAs hyn weithredu fel oncogenau (a elwir yn oncomiRs) neu atalyddion tiwmor wrth osod datblygiad tiwmor Wilms, yn dibynnu ar natur eu targedau.

MiRNAs fel biofarcwyr posibl ac asiantau therapiwtig

Ar wahân i'w lleoliad mewngellol, mae miRNAs hefyd yn bresennol mewn symiau sylweddol mewn hylifau biolegol, gan gynnwys gwaed, plasma, wrin, llaeth y fron, a phoer (139). Mae'r miRNAs cylchredeg hyn i'w cael wedi'u pacio'n hen mewn microgronynnau (ecsosomau, microfesiglau, a chyrff apoptotig) (140, 141), wedi'u cyfuno â phroteinau AGO (142) neu nucleophosmin 1 (143), neu wedi'u llwytho i HDL (144), sy'n eu gwneud yn rhyfeddol sefydlog hyd yn oed o dan amodau anffafriol, megis berwi, amrywiadau eithafol mewn pH, storio estynedig, a chylchoedd rhewi-dadmer lluosog (145, 146). Felly, gall llofnodion miRNA mewn hylifau biolegol adlewyrchu cysylltiadau â chyflyrau ffisiolegol neu afiechyd (147). Gyda'i gilydd, mae'r nodweddion hyn yn gwneud miRNAs cylchol yn ddeniadol i'w defnyddio fel biomarcwyr anfewnwthiol ar gyfer diagnosis a phrognosis clefydau.

Gellir echdynnu miRNAs cylchredeg yn uniongyrchol o hylifau biolegol unfractionated neu baratoadau fesigl lar allgellog gan ddefnyddio pecynnau echdynnu sydd ar gael yn fasnachol (148) neu TRIzol (149). Ar ôl ynysu, gellir storio miRNAs ar -70 gradd ac aros yn sefydlog am hyd at flwyddyn (148). Mae yna nifer o lwyfannau ar gael ar gyfer proffilio miRNA, gan gynnwys hybridization microarray, qPCR, a dilyniant cenhedlaeth nesaf (150). Microarray a qPCR yw'r methodolegau a ddefnyddir amlaf i ymchwilio i fynegiant miRNAs hysbys (151). Mae gan y ddau ddull y manteision o fod yn syml i'w defnyddio, yn gymharol gyflym o labelu RNA i gynhyrchu data, ac yn gymharol gost-effeithiol (152). Fodd bynnag, maent yn dibynnu ar argaeledd ac anodi cywir o ddilyniannau miRNA mewn cronfeydd data ar gyfer chwiliwr a dylunio paent preimio (150). Er ei fod yn ddrutach, mae dilyniannu cenhedlaeth nesaf yn caniatáu canfod rhywogaethau miRNA hysbys a newydd ar yr un pryd ac mae'n cynnig sensitifrwydd uchel (153). Ar ben hynny, mae cydraniad un-niwcleotid o ddilyniant cenhedlaeth nesaf yn galluogi adnabod isomiRs, sef isoformau miRNA aeddfed sy'n wahanol i rai canonaidd o ran hyd, dilyniant, neu'r ddau (154, 155), sy'n newid penodoldeb targedu'r miRNA ( 156).

Mae astudiaethau amrywiol wedi ymchwilio i botensial cylchredeg miRNAs fel biomarcwyr ar gyfer clefydau arennau pediatrig (157-160). Er enghraifft, nododd un astudiaeth 14 miRNA a gafodd eu huwchreoleiddio'n sylweddol yn serwm cleifion â thiwmor Wilms. Yn ddiddorol, gallai llofnod yn seiliedig ar fynegiant miR-100-5p a miR-130-3p wahaniaethu rhwng y cleifion hyn a rheolyddion iach gyda chywirdeb, sensitifrwydd a phenodoldeb (159). Er bod canfyddiadau'r astudiaeth hon a llawer o astudiaethau eraill wedi rhoi cymhelliant cymhellol i archwilio'r potensial o gylchredeg miRNAs fel biomarcwyr, mae angen goresgyn sawl rhwystr yn y maes cyn cymhwyso clinigol eang. Yn gyntaf, mae diffyg consensws cymharol rhwng astudiaethau sy'n debygol oherwydd absenoldeb methodoleg safonedig ar gyfer puro (161) a dadansoddiad o samplau (ee, gwahaniaethau mewn llwyfannau proffilio miRNA, cyf. 162, 163; neu wahaniaethau yn llyfrgell smRNA-Seq dulliau paratoi, cyf. Yn ail, yw diffyg astudiaethau maint-sampl mawr ac ymchwiliadau manwl ar benodolafiechydon.Agwedd bwysig arall yw nad yw dylanwad newidynnau dryslyd megis oedran, rhyw, a ffactorau allanol (ee, tybaco, alcohol, ac ati) ar broffiliau miRNA wedi'i archwilio'n llawn (am adolygiad manwl, cyfeiriwch at cyf. 165).

Ar yr ochr therapiwtig, mae sawl cyffur sy'n seiliedig ar miRNA mewn treialon clinigol ar hyn o bryd ond nid ydynt wedi cael cymeradwyaeth FDA eto (166, 167). Mae'r prif ddulliau ar gyfer therapi miRNA yn cynnwys adfer lefelau miRNA gan ddefnyddio dynwared miRNA, neu atal miRNAs penodol gan ddefnyddio antagomiRs (168). Un o'r heriau sy'n gysylltiedig â datblygu therapiwteg yn seiliedig ar miRNA yw nodi ymgeiswyr miRNA ar gyfer pob clefyd. Oherwydd bod miRNAs lluosog yn cael eu dadreoleiddio ym mhob afiechyd, dylid cynnal dadansoddiad gofalus o samplau cleifion ar y cyd â phrofion in vitro ac in vivo sy'n mynd i'r afael â'r mecanweithiau pathoffisiolegol y mae'r miRNAs dan sylw yn effeithio arnynt i gyfyngu ar yr ymgeiswyr miRNAs ar gyfer ymyrraeth therapiwtig (168, 169). Mae her arall yn ymwneud â datblygu strategaethau i wella sefydlogrwydd in vivo a chyflenwi cyffuriau safle-benodol gydag ychydig iawn o wenwyndra ac effeithiau oddi ar y targed. Mae moleciwlau RNA yn ansefydlog yn gemegol oherwydd presenoldeb y grŵp 2′-hydrocsyl ar y cylch pentose. Er mwyn darparu sefydlogrwydd ac amddiffyniad uwch rhag niwcleasau sy'n bresennol mewn serwm neu adran endosytig celloedd, mae cwmnïau biotechnoleg wedi cynhyrchu moleciwlau RNA gydag addasiadau cemegol (2′-O-methyl group, phosphorothioate, neu asidau niwclëig wedi'u cloi) yn eu hasgwrn cefn (166). O ran cyflwyno in vivo, mae technolegau'n cynnwys seiliedig ar lipid (ee, nanoronynnau lipid a liposom niwtral) a dendrimers wedi'u cyfuno â moiety targedu, ymhlith llawer o strategaethau eraill. Yr heriau mawr sy'n gysylltiedig â systemau darparu miRNA yw imiwn-wenwynedd ac affinedd targed-benodol tuag at safle clefyd (170). Mae strategaethau cyflawni trwy wahanol ddulliau o roi (pigiadau mewnperitoneol, mewnwythiennol, ac isgroenol) neu drwy ddefnyddio fectorau sy'n cynnwys hyrwyddwyr sy'n benodol i'r arennau ac anwythadwy wedi'u defnyddio'n llwyddiannus ar gyfer targedu arennau detholus ac i osgoi effeithiau andwyol posibl mewn meinweoedd ac organau eraill (171, 172 ).

Tabl 2. Rhestr o miRNAs a newidiwyd mewn tiwmor Wilms

Rhestr o miRNAs, samplau / sbesimenau wedi'u dadansoddi, lefelau miRNA a arsylwyd yn y samplau / sbesimenau hyn o'u cymharu â rheolaethau priodol, genyn targed, canlyniadau newidiadau miRNA, a chyfeiriadau. CAMKK2, protein sy'n ddibynnol ar galsiwm/calmodwlin kinase kinase 2; CDC7, cylchraniad cell 7; CDH1, cadherin 1; CREB1, cAMP-ymateb elfen-rhwymo protein 1; EYA1, llygaid absennol homolog 1; E2F3, E2F trawsgrifio ffactor 3; FRS2, swbstrad derbynnydd FGF 2; Glut1, cludwr glwcos 1; IGF1R, derbynnydd IGF1; Jag1, jagged1; MET, pontio mesenchymal-epithelial; MKNK1, kinase serine/threonine rhyngweithiol MAPK 1; PTEN, phosphatase a homolog tensin; PUMA, p53-modulator apoptosis wedi'i uwchreoleiddio; t73, protein tiwmor t73; CHWECH1, homolog sinocwlis homeobox 1; TGFBR1, TGF- derbynnydd 1; WT, tiwmor Wilms.

Crynodeb

Bu ffrwydrad o wybodaeth ynghylch biogenesis miRNA, rheoleiddio mynegiant miRNA, a swyddogaeth miRNA ers darganfod miRNAs cychwynnol yn 1993 (6, 7). Ynghyd â hyn mae dealltwriaeth gynyddol o sut mae miRNAs yn gweithredu mewn ffisioleg arferol ac yn pathoffisioleg llawer o afiechydon. Mae wedi dod yn amlwg bod dadreoleiddio mynegiant miRNA yn amharu ar ddatblygiad cynnar yr arennau ac mae'n gysylltiedig â pathogenesis clefydau datblygiadol yr arennau, megis tiwmor CAKUT a Wilms. Gyda datblygiadau diweddar yn y defnydd o miRNAs fel biofarcwyr ac fel targedau cyffuriau newydd, mae mewnwelediad i sut mae miRNAs yn rheoleiddio datblygiad yr arennau a chlefydau yn hanfodol i ddeall sut y gellir eu defnyddio mewn dulliau diagnostig a therapiwtig newydd i'r clefydau hyn. Er mwyn gwireddu'r ymdrechion hyn yn llawn, mae astudiaethau yn y dyfodol sy'n nodi swyddogaeth miRNAs penodol yn natblygiad yr arennau yn hanfodol, yn ogystal â thechnolegau i optimeiddio targedu therapiwteg oligonucleotid bach i'r aren

Diolchiadau

Cefnogir labordy JH gan grantiau gan Sefydliad Cenedlaethol Diabetes a Chlefydau Treulio ac Arennau'r NIH (R01DK125015 a R01DK102843). Cefnogwyd DMC gan Wobr Datblygu Gyrfa Rhwydwaith Astudio Syndrom Nephrotic a Chymrodoriaeth Ôl-ddoethurol Cyngor Ymgynghorol Ymchwil Ysbyty Plant Pittsburgh. Cefnogwyd MT gan Raglen Interniaeth Ymchwil Haf Prifysgol Pittsburgh (R25DK119180). Crëwyd y ffigurau gyda BioRender.com. Cyfeiriad gohebiaeth at: Jacqueline Ho, Is-adran Neffroleg, Adran Pediatreg, Ysbyty Plant UPMC Pittsburgh, Canolfan Ymchwil Rangos, 4401 Penn Ave., Pittsburgh, Pennsylvania 15224, UDA. Ffôn: 412.692.9440; E-bost: jacqueline.ho2@chp.edu.

1. Kozomara A, et al. miRBase: o ddilyniannau microRNA i swyddogaeth. Asidau Niwcleig Res. 2019; 47(d1): D155–D162.

2. Friedman RC, et al. Mae'r rhan fwyaf o mRNAs mamaliaid yn dargedau cadw microRNAs. Genom Res. 2009; 19(1):92–105.

3.Ghildiyal M, Zamore PD. RNAS tawelu bach: bydysawd sy'n ehangu. Nat Parch Genet. 2009; 10(2):94–108.

4. Djuranovic S, et al. distewi genynnau wedi'i gyfryngu gan miRNA gan ormes trosiadol ac yna dadenyliad a dadfeiliad mRNA.

Gwyddoniaeth. 2012; 336(6078):237–240.

5. Huntzinger E, Izaurralde E. Tawelu genynnau gan ficroRNAs: cyfraniadau gormes trosiadol a pydredd mRNA. Nat Parch Genet. 2011; 12(2):99–110. 6.Lee RC, et al. Mae'r lin genyn heterochronig C. elegans-4 yn amgodio RNAs bach gyda chyfatebiaeth antisense i lin-14. Cell.