microRNAs: Nové chápání mechanismu účinku u virových infekcí a jeho význam

MikroRNA nebo zkráceně miRNA (nezaměňovat s mRNA nebo messenger RNA) byly objeveny v roce 1993 a v posledních zhruba dvou desetiletích byly rozsáhle studovány kvůli jejich roli při regulaci genové exprese. miRNA jsou exprimovány odlišně v různých tělesných buňkách a tkáních. Nedávný výzkum vědců z Queen's University v Belfastu odhalil mechanickou roli miRNA v regulaci imunitního systému, když jsou tělesné buňky napadeny viry. Tato zjištění povedou k lepšímu porozumění nemoci a jejich využití jako cílů pro nový terapeutický vývoj.  

MicroRNA nebo miRNA si v posledních dvou desetiletích získaly popularitu pro svou roli v posttranskripčních procesech, jako je diferenciace, metabolická homeostáza, proliferace a apoptóza ^(1-5). miRNA jsou malé jednovláknové RNA sekvence, které nekódují žádné proteiny. Jsou odvozeny od větších prekurzorů, které jsou dvouvláknové RNA. Biogeneze miRNA začíná v jádře buňky a zahrnuje tvorbu primárních miRNA přepisy od RNA polymeráza II následovaná oříznutím primárního transkriptu pro uvolnění pre-miRNA vlásenky enzymovým komplexem. Primární miRNA je pak exportován do cytoplazmy, kde na něj působí DICER (proteinový komplex, který dále štěpí pre-miRNA), čímž vzniká zralá jednovláknová miRNA. Zralá miRNA se sama integruje jako součást RNA indukovaného umlčovacího komplexu (RISC) a indukuje post-transkripční umlčení genu upevněním RISC ke komplementárním oblastem, které se nacházejí v 3' netranslatovaných oblastech (UTR), v cílových mRNA. 

Příběh začal v roce 1993 objevením miRNA in C.elegans od Leeho a jeho kolegů ⁽⁶⁾. Bylo pozorováno, že protein LIN-14 byl downregulován jiným transkribovaným genem zvaným lin-4 a tato downregulace byla nezbytná pro vývoj larev v C.elegans při postupu z fáze L1 do L2. Transkribovaný lin-4 vedl k downregulaci exprese LIN-14 prostřednictvím komplementární vazby na oblast 3'UTR lin-4 mRNAs malými změnami mRNA úrovně lin-4. Tento fenomén byl původně považován za exkluzivní a specifický pro C. elegans, zhruba do roku 2000, kdy byly objeveny u jiných živočišných druhů ⁽⁷⁾. Od té doby se objevila záplava výzkumných článků popisujících objev a existenci miRNA v rostlinách i zvířatech. Přes 25000 XNUMX miRNA byly dosud objeveny a pro mnohé zůstává přesná role, kterou hrají v biologii organismu, stále nepolapitelná. 

miRNA uplatňují své účinky post-transkripční represí mRNA vazbou na komplementární místa v 3' UTR mRNA, kterou kontrolují. Silná komplementarita vyčleňuje mRNA k degradaci, zatímco slabá komplementarita nezpůsobuje žádné změny v hladinách mRNA, ale způsobuje inhibici translace. Přestože hlavní role miRNA je v transkripční represi, ve vzácných případech působí také jako aktivátory ⁽⁸⁾. miRNA hrají nepostradatelnou roli ve vývoji organismu tím, že regulují geny a genové produkty od embryonálního stavu až po vývoj orgánů a orgánových systémů. ^(9-11). Kromě své role při udržování buněčné homeostázy se miRNA také účastní různých onemocnění, jako je rakovina (např.miRNA působí jako aktivátory i represory genů), neurodegenerativní poruchy a kardiovaskulární onemocnění. Pochopení a objasnění jejich role u různých onemocnění může vést k objevu nových biomarkerů se současnými novými terapeutickými přístupy k prevenci onemocnění. miRNA také hrají kritickou roli ve vývoji a patogenezi infekcí způsobených mikroorganismy, jako jsou bakterie a viry, regulací genů imunitního systému, aby vyvolaly účinnou reakci na onemocnění. V případě virových infekcí se interferony typu I (IFN alfa a IFN beta) uvolňují jako antivirové cytokiny, které zase modulují imunitní systém, aby zahájil bojovou odpověď. ⁽¹²). Produkce interferonů je přísně regulována jak na úrovni transkripce, tak translace a hraje klíčovou roli při určování antivirové odpovědi hostitele. Viry se však vyvinuly dostatečně na to, aby oklamaly hostitelské buňky, aby potlačily tuto imunitní odpověď, poskytly viru výhodu pro jeho replikaci, a tím zhoršily symptomy onemocnění. ^{(12, 13)}. Přísná kontrola souhry mezi produkcí IFN hostitelem po virové infekci a jeho supresí infikujícím virem určuje rozsah a trvání onemocnění způsobeného uvedeným virem. Ačkoli je transkripční kontrola produkce IFN a souvisejících genů stimulovaných IFN (ISG) dobře zavedena ⁽¹⁴⁾mechanismus translační kontroly stále zůstává nepolapitelný ⁽¹⁵⁾. 

Nedávná studie vědců z McGill University, Kanada a Queens University, Belfast poskytuje mechanické pochopení translačního řízení IFN produkce, která zdůrazňuje roli proteinu 4EHP při potlačování produkce IFN-beta a zapojení miRNA, miR-34a. 4EHP snižuje produkci IFN modulací miR-34a-indukovaného translačního umlčení Ifnb1 mRNA. Infekce RNA viry a indukce IFN beta zvyšují hladiny miR-34a miRNA a spouštějí regulační smyčku negativní zpětné vazby, která potlačuje expresi IFN beta prostřednictvím 4EHP ⁽¹⁶⁾. Tato studie má velký význam v důsledku současné pandemie způsobené Covid 19 (infekce způsobená virem RNA), protože pomůže k dalšímu pochopení onemocnění a povede k novým způsobům, jak se vypořádat s infekcí modulací hladin miR-34a miRNA pomocí návrhářských aktivátorů/inhibitorů a jejich testováním v klinických studiích. jeho účinky na odpověď IFN. Existují zprávy o klinických studiích využívajících terapii IFN beta ⁽¹⁷⁾ a tato studie pomůže odhalit molekulární mechanismy zdůrazněním role miRNA při vnitřní regulaci translačního mechanismu hostitele pro udržení homeostatického prostředí. 

Budoucí vyšetřování a výzkum takových a dalších známých a vznikajících miRNA ve spojení s integrací těchto zjištění s genomickými, transkriptomickými a/nebo proteomickými daty nejen posílí naše mechanické chápání buněčných interakcí a onemocnění, ale povede to také k novým miRNA terapie založené na využití miRNA jako aktimirů (využití miRNA jako aktivátorů k nahrazení miRNA které byly mutovány nebo odstraněny) a antagomiry (využívající miRNA jako antagonisty tam, kde dochází k abnormální upregulaci uvedené mRNA) pro převládající a objevující se lidské a zvířecí nemoci.  

*** 

Reference  

1. Clairea T, Lamarthée B, Anglicheau D. MikroRNA: malé molekuly, velké účinky, Aktuální názor na transplantaci orgánů: únor 2021 – svazek 26 – vydání 1 – s. 10-16. DOI: https://doi.org/10.1097/MOT.0000000000000835  

2. Ambros V. Funkce živočišných mikroRNA. Příroda. 2004, 431 (7006): 350–5. DOI: https://doi.org/10.1038/nature02871  

3. Bartel DP. MikroRNA: genomika, biogeneze, mechanismus a funkce. Buňka. 2004, 116 (2): 281–97. DOI: https://10.1016/S0092-8674(04)00045-5  

4. Jansson MD a Lund AH MicroRNA a rakovina. Molekulární onkologie. 2012, 6 (6): 590-610. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molonc.2012.09.006  

5. Bhaskaran M, Mohan M. MikroRNA: historie, biogeneze a jejich vyvíjející se role ve vývoji zvířat a onemocnění. Veterinář Pathol. 2014;51(4):759-774. DOI: https://doi.org/10.1177/0300985813502820 

6. Rosalind C. Lee, Rhonda L. Feinbaum, Victor Ambros. Heterochronní gen lin-4 C. elegans kóduje malé RNA s antisense komplementaritou k lin-14, Cell, Volume 75, Issue 5,1993, 843, pages 854-0092, ISSN 8674-XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1016/0092-8674(93)90529-Y 

7. Pasquinelli A., Reinhart B., Slack F. et al. Zachování posloupnosti a časového vyjádření nechat-7 heterochronní regulační RNA. Příroda 408, 86–89 (2000). DOI: https://doi.org/10.1038/35040556 

8. Vasudevan S, Tong Y a Steitz JA. Přechod z represe na aktivaci: MicroRNA mohou up-regulovat překlad. Věda  21. prosince 2007: Sv. 318, vydání 5858, s. 1931-1934. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1149460 

9. Bernstein E, Kim SY, Carmell MA a kol. Kostka je nezbytná pro vývoj myši. Nat Genet. 2003; 35:215–217. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1253 

10. Kloosterman WP, Plasterk RH. Různé funkce mikro-RNA ve vývoji zvířat a onemocnění. Dev Cell. 2006; 11:441–450. DOI: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2006.09.009 

11. Wienholds E, Koudijs MJ, van Eeden FJM a kol. Enzym Dicer1 produkující mikroRNA je nezbytný pro vývoj zebřičky. Nat Genet. 2003; 35:217–218. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1251 

12. Haller O, Kochs G a Weber F. Obvod odezvy na interferon: Indukce a suprese patogenními viry. Virologie. Ročník 344, číslo 1, 2006, strany 119-130, ISSN 0042-6822, DOI: https://doi.org/10.1016/j.virol.2005.09.024 

13. McNab F, Mayer-Barber K, Sher A, Wack A, O'Garra A. Interferony typu I u infekčních onemocnění. Nat Rev Immunol. únor 2015;15(2):87-103. DOI: https://doi.org/10.1038/nri3787 

14. Apostolou, E., and Thanos, D. (2008). Virová infekce indukuje NF-kappa-B-dependentní interchromozomální asociace zprostředkovávající monoalelickou genovou expresi IFN-b. Cela 134, 85–96. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.05.052   

15. Savan, R. (2014). Posttranskripční regulace interferonů a jejich signálních drah. J. Interferon Cytokine Res. 34, 318–329. DOI: https://doi.org/10.1089/jir.2013.0117  

16. Zhang X, Chapat C a kol. mikroRNA-zprostředkovaná translační kontrola antivirové imunity pomocí cap-binding proteinu 4EHP. Molecular Cell 81, 1–14 2021. Publikováno: 12. února 2021. DOI:https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.01.030

17. SCIEU 2021. Interferon-β pro léčbu COVID-19: Subkutánní podávání účinnější. Vědecký Evropan. Publikováno 12. února 2021. Dostupné online na http://scientificeuropean.co.uk/interferon-β-for-treatment-of-covid-19-subcutaneous-administration-more-effective/ Zpřístupněno 14. února 2021.  

***