biotechnologia


 
 

Rola microRNA w nowotworzeniu

biotechnologia
Autorka: Katarzyna Kliza, studentka IV roku biotechnologii na Uniwersytecie Jagiellońskim

Karcynogeneza, czyli nowotworzenie jest skomplikowanym, wielostopniowym procesem, w którym komórki akumulują genetyczne i epigenetyczne zmiany, prowadzące do transformacji komórek prawidłowych w nowotworowe. Do niedawna, skłonność do kancerogenezy tłumaczono głównie mutacjami w genach protoonkogennych i supresorowych, kodujących białka ważne głównie w prawidłowej regulacji podziałów komórkowych.

Rola microRNA w regulacji ekspresji genów


Odkrycie klasy małych, jednoniciowych cząsteczek RNA, tzw. microRNA (miRNA) zmieniło sposób postrzegania procesu nowotworzenia. Cząsteczki miRNA odpowiadają za negatywną regulację ekspresji genowej na poziomie potranskrypcyjnym. Obecnie znany jest podstawowy mechanizm ekspresji miRNA oraz sposób, w jaki oddziałuje on na mRNA. W większości przypadków to polimeraza RNA II odpowiada za transkrypcję miRNA. W procesie tym powstaje tzw. pri-miRNA, o długości kilku tysięcy par zasad. Enzym Drosha, o aktywności RNazy III tnie dwuniciowe pri-miRNA, dając krótsze pre-miRNA. Transport do cytoplazmy prekursorów miRNA odbywa się za pomocą Eksportyny-5 i jej kofaktora RAN-GTP. Tam Dicer - inny enzym o aktywności RNazy III - przecina premi-RNA prowadząc do powstania miRNA o długości 18-22bp. Następnie miRNA łączy się z kompleksem białkowym RISC, przy czym aktywny kompleks zawiera jedynie antysensowną nić miRNA (druga nić ulega degradacji). Mechanizm działania kompleksu RISC-miRNA na ekspresję genową opiera się na rozpoznawaniu docelowego transkryptu przez miRNA, na zasadzie komplementarności sekwencji obu typów RNA. Jeżeli homologia sekwencji miRNA i docelowego mRNA jest bliska 100%, wtedy białko Argonaute2 kompleksu RISC tnie mRNA i/lub degraduje cząsteczkę informacyjnego RNA. Najczęściej jednak kompleks RISC wiąże się z regionem 3’UTR transkryptu, powodując tym samym represję translacji matrycowego RNA. W tym przypadku homologia pomiędzy miRNA a informacyjnym RNA jest tylko częściowa.

Okazuje się, że wykorzystanie miRNA w procesie regulacji ekspresji nie jest rzadkością – aż 30% wszystkich ludzkich genów kodujących białka podlega regulacji poprzez miRNA. Spośród genów, których ekspresja zależna jest od miRNA, wiele koduje białka ważne w procesach takich jak proliferacja, różnicowanie a sama ekspresja licznych miRNA jest tkankowo-specyficzna, co sugeruje zaangażowanie tych cząsteczek w organogenezę.

Zbyt niski bądź za wysoki poziom ekspresji danego miRNA może mieć istotne znaczenie w rozwoju nowotworu. Różne typy nowotworów charakteryzują się odmiennym wzorem ekspresji cząsteczek miRNA. Interesujące, że pomiar ilości zaledwie kilku różnych miRNA lepiej określa typ nowotworu niż pomiar poziomu ekspresji 16000 różnych cząsteczek mRNA – to wskazuje na istotną rolę miRNA w procesie nowotworzenia i daje potencjalną możliwość wykorzystania miRNA w diagnostyce. Nadekspresja miRNA może być spowodowana amplifikacją, demetylacją wysp CpG w rejonie promotorowym genu oraz nieprawidłowym działaniem czynników transkrypcyjnych, co skutkuje rozregulowaniem procesu transkrypcji. Delecje, całkowity lub częściowy brak ekspresji czynników transkrypcji oraz wyciszanie epigenetyczne mogą powodować zmniejszenie poziomu ekspresji supresorowych cząsteczek miRNA. Zależnie od wpływu miRNA, kancerogeneza może być wynikiem nadaktywności onkogenów bądź też wyciszenia genów supresorowych.

Zaburzenia aktywności niektórych cząsteczek miRNA mogą wpływać na rozregulowanie cyklu komórkowego, prowadząc do nadmiernej proliferacji. Zakłócenie tego procesu związane jest często z bezpośrednim oddziaływaniem miRNA z kluczowymi cząsteczkami regulatorowymi ścieżek sygnalizacyjnych odpowiedzialnych za proliferację np. PTEN, Myc, Ras, ABL a także białkami szlaku Rb, kompleksami Cyklina-CDK czy inhibitorami cyklu komórkowego z rodzin INK4 i Cip/Kip. Przykładowo miR-21, którego nadekspresję wiąże się z nowotworem piersi i wątroby oraz grupa cząsteczek miR-17-92, mogą hamować proces powstawania fosfatazy PTEN. Zmniejszenie ekspresji genu kodującego białko PTEN, inhibitora szlaku kinazy Akt, promuje proliferację komórkową. Kolejnym miRNA wpływającym na cykl komórkowy jest miR-15b. Obserwowana w glejakach obniżona ekspresja miR-15b prowadzi do zwiększenia ilości cykliny E1 w komórce, a to skutkuje brakiem kontroli na etapie przejścia z fazy G1 do fazy S. Także let-7, jedna z rodzin miRNA, charakteryzuje się właściwościami antyproliferacyjnymi. Cząsteczki należące do rodziny let-7 odpowiadają za potranskrypcyjne hamowanie ekspresji wielu onkogenów m.in. Myc, Ras i HMGA2. Zaburzenia aktywności cząsteczek let-7 wiązane są z nowotworami piersi i płuc.

W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że onkomiry (tj. miRNA pełniące funkcję onkogenu lub genu supresorowego) pełnią także ważną rolę w nabywaniu przez komórki nowotworowe zdolności do inwazji i metastazy. Przykładowo nadekspresja miR-10b obserwowana w nowotworach piersi, obniża ilość czynnika transkrypcyjnego HOXD10 w zmienionych komórkach. W konsekwencji wzrasta poziom RhoC, białka odpowiedzialnego za promocję metastazy. Także cząsteczki miR-373 oraz miR-520c wiązane są ze zdolnością komórek nowotworowych do inwazji i przerzutowania. Cząsteczki te bezpośrednio hamują ekspresję receptora powierzchniowego CD44, odpowiedzialnego za wiązanie hialuronianiu –głównego składnika macierzy zewnątrzkomórkowej. Do tej pory, zaburzenie aktywności miR-373 i miR-520c zaobserwowano w nowotworach piersi, prostaty i okrężnicy. Cząsteczki miRNA są zaangażowane także w przejście epitelialno-mezenchymalne (EMT). Proces ten polega na nabywaniu zdolności do samodzielnego przemieszczania się przez komórkę, co jest niezbędnym etapem w przerzutowaniu komórek nowotworowych. Rodzina miR-200 oraz miR-205 odpowiada za regulację ekspresji czynników transkrypcyjnych ZEB1 i ZEB2, kluczowych w EMT i procesie metastazy. Ostatnie badania wskazują, że nie tylko rodzina miR-200 wpływa na ekspresję ZEB1/2, ale również zachodzi regulacja transkrypcji miR-200 przez czynniki ZEB1/2. Ten wzajemny wpływ zapewnia ścisłą kontrolę procesu przejścia epitelialno-mezenchymalnego i jakiekolwiek zaburzenie równowagi między oddziałującymi ZEB1/2 a cząsteczkami z rodziny miR-200 powoduje nabycie zdolności do inwazji i przerzutowania przez komórkę.

Rola cząsteczek miRNA w regulacji apoptozy


Cząsteczki miRNA regulują także apoptozę tj. proces zaprogramowanej śmierci komórki. Nieprawidłowy poziom ekspresji miRNA powoduje, że komórka staje się niewrażliwa na sygnały kierujące ją na drogę apoptozy. Tak się dzieje w przypadku miR-34a, gdzie niski poziom ekspresji tej cząsteczki powoduje zahamowanie aktywności czynnika transkrypcyjnego p53 zaangażowanego m.in. w indukcję apoptozy. Ponadto, mir-34a bezpośrednio oddziałując z Bcl-2, Cdk-4 oraz receptorem Met, hamuje ich ekspresję, promując tym samym zatrzymanie cyklu komórkowego oraz apoptozę. Kolejną cząsteczką miRNA regulującą proces apoptozy jest miR-21. Wpływ mir-21 na ten proces związany jest z bezpośrednią regulacją ekspresji genów kodujących białka PTEN oraz PDCD4. Podwyższony poziom ekspresji miR-21, obserwuje się m.in. w nowotworach piersi, płuc, trzustki i okrężnicy.

W procesie kancerogenezy bardzo ważną rolę odgrywa neowaskularyzacja. Proces tworzenia nowych naczyń krwionośnych jest niezbędny aby komórki rozrastającego się guza otrzymywały tlen i składniki odżywcze. Cząsteczki miRNA regulują także ten aspekt nowotworzenia. W warunkach niedotlenienia, następuje obniżenie poziomu ekspresji m.in. miR-15b, miR-16 i miR-20, co prowadzi do zwiększenia produkcji czynnika VEGF i związanej z tym promocji angiogenezy.

Pomimo, że wpływ cząsteczek miRNA na proces kancerogenezy dopiero od niedawna jest badany, nie ma żadnych wątpliwości, jak znaczącą rolę odgrywają te małe, jednoniciowe cząsteczki RNA w etiopatogenezie nowotworów. Możliwe, że w najbliższej przyszłości nastąpi znaczny postęp w rozumieniu biologicznej roli pełnionej przez miRNA w różnych typach nowotworów. Umożliwiłoby to opracowanie wydajnych testów diagnostycznych jak również skutecznych terapii z wykorzystaniem mikroRNA jako celu leczenia.


Literatura:
Negrini M, Nicoloso MS, Calin GA. MicroRNAs and cancer – new paradigms in molecular oncology. Curr Opin Cell Biol. 2009, 21(3):470-9.
Ruan K, Fang X, Ouyang G. MicroRNAs: novel regulators in the hallmarks of human cancer. Cancer Lett. 2009, 285(2):116-26.
Wiemer EA. The role of microRNAs in cancer: no small matter. Eur J Cancer. 2007, 43(10):1529-44.
Ciepłucha A, Jamroziak K, Robak T. Perspektywy zastosowania mikroRNA w leczeniu nowotworów. Acta Haematologica Polonica 2007, 38, Nr 4, str. 425–435.
Medina PP, Slack F. microRNAs and cancer: an overview. Cell Cycle. 2008, 7(16):2485-92.
Meltzer PS. Cancer genomics: small RNAs with big impacts. Nature. 2005, 435(7043):745-6.
Esau CC, Monia BP. Therapeutic potential for microRNAs. Adv Drug Deliv Rev. 2007, 59(2-3):101-14.
Hammond SM. miRNAs as oncogenes. Curr Opin Genet Dev. 2006, 16(1):4-9.
Zhang B, Pan X, Cobb GP, Anderson TA. microRNAs as oncogenes and tumor suppressors. Dev Biol. 2007, 302(1):1-12.

Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

77 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 
 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u