MikroRNA pri razvoju in bolezni ledvic Ⅰ

Uvod

MikroRNA (miRNA) so endogene majhne nekodirajoče RNA, ki so običajno dolge 19–22 nukleotidov. Človeški genom vsebuje 1917 označenih prekurzorjev lasnic in 2654 zrelih miRNA (1), ki uravnavajo več kot 60 % genov, ki kodirajo človeške beljakovine (2). MiRNA uravnavajo izražanje genov na posttranskripcijski ravni, tako s translacijsko represijo kot z destabilizacijo mRNA (3–5). Od odkritja delovanja prve identificirane miRNA, za katero je bilo dokazano, da uravnava odločitve o celični liniji pri nematodi Caenorhabditis elegans leta 1993 (6, 7), je bilo dokazano, da miRNA modulirajo različne biološke procese, vključno zmorfogeneza ledvic. Disregulacija izražanja miRNAmoti zgodnji razvoj ledvicin je bil vpleten v patogenezo razvojnegabolezni ledvic. V tem pregledu povzemamo trenutno znanje o biogenezi, delovanju in ciljanju miRNA. Nato se osredotočimo na vlogo miRNA v morfogenezi ledvic inrazvojne bolezni ledvic, vključno zprirojene anomalijeodledvic in sečil(CAKUT) inWilmsov tumor. V druge nedavne ocene. Nazadnje zaključimo z razpravo o uporabnosti miRNA kot potencialno novih biomarkerjev in terapevtskih sredstev.

KOLIKO ČASA TRAJA, DA CISTANCHE DELUJE PRI BOLNIKIH Z LEDVIČNO BOLEZNIJO?

biogeneza in delovanje miRNA

Biogeneza miRNA se začne v jedru, kjer RNA polimeraza II prepisuje gene, ki kodirajo miRNA, v zaprte in poliadenilirane prepise lasnic, imenovane primarne miRNA ali pri-miRNA (slika 1) (12, 13). Glede na njihovo genomsko lokacijo lahko gene, ki kodirajo miRNA, razvrstimo kot intragenske (nahajajo se znotraj intronov gostiteljskih genov; ref. 14) ali intergenske (prepisujejo se neodvisno od gostiteljskega gena in imajo svoje transkripcijske regulatorne elemente; ref. 15). Poleg tega nekatere miRNA obstajajo v grozdih in se prepisujejo kot policistronski transkripti (16).

Po transkripciji pri-miRNA razcepi ribonukleazi III podoben encim DROSHA skupaj s podenoto mikroprocesorskega kompleksa DGRC8 v 70-nukleotidno lasno strukturo, imenovano pre-miRNA (17–20). Jedrski protein RAN, ki veže eksportin 5/GTP, izvozi pre-miRNA v citoplazmo (21, 22), kjer pre-miRNA podvrže cepitvi svoje terminalne zanke z RNazo III DICER in TRBP (ali TARBP2), da proizvede { {14}}nukleotidni dupleks miRNA, sestavljen iz vodilnih in potniških verig (miRNA:miRNA*). V naslednjem koraku se dupleks miRNA naloži na protein argonaute (AGO), da se tvori RISC (23). Po izbiri in odvijanju verige se potniška veriga sprosti in razgradi (24), medtem ko vodilna veriga ostane v RISC in poganja prepoznavanje ciljne mRNA prek združevanja baz Watson-Crick

Slika 1. Biogeneza miRNA. Gene, ki kodirajo miRNA, prepiše RNA polimeraza II v primarno miRNA (pri-miRNA). Nato kompleks, ki ga tvorita protein, ki veže RNK DGRC8, in encim RNaza III Drosha, cepi pri-miRNA, pri čemer nastane prekurzor miRNA (pre-miRNA), ki se izvozi v citoplazmo prek eksportina 5. Ko je Dicer v citoplazmi /TRBP kompleks cepi pre-miRNA in sprosti zrelo miRNA. Končno se zrela miRNA naloži na RISC, kar poganja prepoznavanje ciljne mRNA prek združevanja baz Watson-Crick, kar doseže vrhunec v utišanju genov s translacijsko represijo ali degradacijo mRNA. DGRC8, kritična regija 8 DiGeorgejevega sindroma; RISC, kompleks utišanja, ki ga povzroča RNA; TRBP, TAR RNA vezavni protein. Ustvarjeno z BioRender.com.

Večina študij kaže, da domena na 5' koncu miRNA (imenovana semenska sekvenca, ki se razteza od nukleotidnih položajev 2 do 7) sodeluje s specifično regijo na 3' neprevedeni regiji (3'UTR) njihovih ciljnih mRNA, da inducira translacijska represija in/ali mrtvilo in razpad mRNA (3–5). Vendar pa so bila mesta vezave miRNA identificirana tudi v drugih regijah, vključno s 5'UTR (25, 26), kodirnimi sekvencami (27) in promotorji genov (28–30). Čeprav so miRNA primarno povezane z gensko represijo, lahko v določenih okoliščinah pride tudi do posttranskripcijske regulacije z miRNA (28, 31–33).

Obstaja več edinstvenih značilnosti, povezanih z regulacijo genov, ki jih posreduje miRNA (34, 35). Prvič, ena miRNA lahko cilja in zatre na stotine mRNA, čeprav običajno v relativno blagi meri za vsako tarčo. Tako naj bi miRNA delovale tako, da natančno prilagodijo izražanje genov. Ker pa lahko vsaka mRNA zajema več veznih mest za iste ali različne miRNA, je posledični kombinirani učinek močnejši (36–38). Poleg tega se lahko več komponent znotraj dane signalne poti modulira s posameznimi miRNA ali skupinami miRNA (39, 40). Drugič, represija, posredovana z miRNA, se pojavi relativno hitro, saj miRNA blokirajo sintezo beljakovin na ravni ribosoma (41). Tretjič, miRNA se lahko koncentrirajo v specifičnih podceličnih predelih za uravnavanje prevajanja proteinov, specifičnih za mesto (42, 43). Nazadnje, majhna podmnožica miRNA prevladuje v celotnem bazenu miRNA v različnih tipih celic, kar kaže, da lahko te delujejo kot glavne miRNA (44). V skladu s to idejo se zdi, da nekaj najpogostejših miRNA obsega večino posttranskripcijske regulacije, ki jo posredujejo proteini AGO v številnih vrstah celic (44, 45). Na primer, v ovekovečeni človeški embrionalni ledvični celični liniji (HEK293T) miRNA, ki so bile izražene pod 100–1000 odčitkov na milijon, niso pokazale supresivne aktivnosti z uporabo knjižnice senzorjev miRNA z visoko zmogljivostjo (45).

Biogeneza miRNA je pod strogim prostorskim in časovnim nadzorom, da se zagotovi ustrezno izražanje miRNA kot odziv na različne celične signale. Regulacija biogeneze miRNA poteka na več ravneh, vključno z vezavo transkripcijskega faktorja na ojačevalce in/ali promotorje genov miRNA, DROSHA procesiranjem pri-miRNA, DICER procesiranjem pre-miRNA, metilacijo RNA, urejanjem prekurzorjev miRNA, adenilacijo, uridilacijo, Razpad RNA in številni drugi mehanizmi. Za poglobljen pregled si oglejte Ha in Kim (46). Pred kratkim so se pojavili tudi super-ojačevalci kot nov razred regulatornih elementov, ki nadzorujejo biogenezo miRNA z izboljšanjem transkripcije in DROSHA/DGCR8-posredovane obdelave pri-miRNA. V kombinaciji s širokim podpisom H3K4me3 aktivnost super-ojačevalca oblikuje tkivno specifične vzorce izražanja miRNA in funkcije (47).