Τι Είναι τα Μικρο-RNA;

Τα MicroRNAs (miRNAs) είναι μικρά, μη κωδικοποιητικά μόρια RNA, συνήθως 21 ⁇ 23 νουκλεοτίδια σε μήκος, τα οποία λειτουργούν ως μετα-μετα-τροπικοί ρυθμιστές της έκφρασης των γονιδίων. Μεταγράφονται από RNA πολυμεράση ΙΙ ως πρωτογενή miRNAs (pri-miRNAs), τα οποία στη συνέχεια επεξεργάζονται στον πυρήνα από το σύμπλεγμα Drosha-DGCR8 σε πρόδρομες miRNAs (pre-miRNAs). Μετά την εξαγωγή στο κυτταρόπλασμα μέσω Exportin-5, το ένζυμο Dicer τα χωρίζει σε ώριμα miRNA duplexes. Ένα σκέλος του duplex, η κλώση του οδηγού, φορτώνεται στο σύμπλεγμα σιλένσης που προκαλείται από RNA (RISC).

Μέσω αυτού του μηχανισμού, ένα ενιαίο mIRNA μπορεί να ρυθμίσει εκατοντάδες γονίδια-στόχους, σχηματίζοντας σύνθετα ρυθμιστικά δίκτυα. Η ιδιαιτερότητα της σύνδεσης miRNA ⁇ mRNA καθορίζεται πρωτίστως από την περιοχή των σπόρων (νουκλεοτίδια 2 ⁇ 8 στο 5’ τέλος του ώριμου miRNA). Αυτή η ικανότητα της λεπτής tune γονιδιακής έκφρασης κάνει τους miRNAs κρίσιμους παίκτες στην ανάπτυξη, τη διαφοροποίηση των κυττάρων, και τη μεταβολική ομοιόσταση. Πάνω από 2.600 ώριμα miRNA έχουν εντοπιστεί στον άνθρωπο, και πολλά διατηρούνται σε όλα τα είδη, υπογραμμίζοντας τους θεμελιώδεις βιολογικούς ρόλους τους. Για μια ολοκληρωμένη επισκόπηση της miRNA βιογένεσης και λειτουργίας, δείτε αυτή την αναθεώρηση για τους μηχανισμούς miRNA.

Δυσρυθμισμός του μικροRNA στην Παχυσαρκία

Η παχυσαρκία χαρακτηρίζεται από υπερβολική συσσώρευση λιπιδίων που οφείλεται σε μια ανισορροπία μεταξύ της πρόσληψης ενέργειας και της δαπάνης. Ο λιπώδης ιστός δεν είναι απλώς μια παθητική δεξαμενή ενέργειας, αλλά ένα ενεργό ενδοκρινικό όργανο που εκκρίνει τις αδιπόκινες, τις κυτοκίνες, και άλλα μόρια που σηματοδοτούν. Στην παχυσαρκία, η υπερπλασία των αδιπκυττάρων και η υπερτροφία συνοδεύονται από χρόνια φλεγμονή χαμηλής ποιότητας, μεταβαλλόμενο μεταβολισμό των λιπιδίων, και αντίσταση στην ινσουλίνη.

MIRNAs Προώθηση της Αδιπενογένεσης και Συσσώρευση λίπους

Η MIRNAs είναι ένας από τους πιο μελετημένους παράγοντες. Προάγει τη διαφοροποίηση των αδιποδίων με την στόχευση MAPK7 και άλλων γονιδίων, ενισχύοντας έτσι την έκφραση των μεταγραφικών παραγόντων όπως η PPARγ και η C/EBPa. Υπερέκφραση της miR-143 στα πρεδιποκύτταρα επιταχύνει τη μετατροπή τους σε ώριμα αδιποκύτταρα, και τα επίπεδα της είναι αυξημένα τόσο σε υποδόριους όσο και σε σπλαχνικό λιπώδη ιστό από παχύσαρκους ασθενείς. Ομοίως, η mirR-17-92 συστάδα (συμπεριλαμβανομένων των miR-17, miR-20a, και miR-92a) ρυθμίζει θετικά την αδιπενογένεση αναστέλλοντας τον κατασταλτικό όγκο Rb2/p130, η οποία συνήθως καταστέλλει την PPO.

Ένα άλλο φιλο-οβεσιογόνο MIRNA είναι miR-21]. Στοχεύει [PTEN[], αρνητικό ρυθμιστή της οδού PI3K/Akt, προωθώντας έτσι την αδιπογένεση και αναστέλλοντας τη λιπόλυση. Επιπλέον, [ miR-132] έχει αποδειχθεί ότι ενισχύει την αδιπογένεση με στόχο SIRT1] και προωθώντας την έκφραση αυτών των MIRS σε παχυσαρκία, τα αυξημένα επίπεδα των MIRNA στην παχυσαρκία σχετίζονται με αυξημένο δείκτη μάζας λίπους και μάζας σώματος (BMI). Υπάρχουν επίσης αυξανόμενα στοιχεία ότι miR-26b] παίζει ρόλο στην αδιπογένεση με στόχο την ADAM17 και τη ρύθμιση της διαδρομής του σήματος Notch, τα οποία αυξάνουν την ανάγκη για τη διαφοροποίηση του συστήματος και τη διαφοροποίηση του συστήματος.

MIRNAs Ρυθμίζοντας τις δαπάνες για τον μεταβολισμό και την ενέργεια των λιπιδίων

Πέρα από την αδιπογένεση, η mirNAs ελέγχει την αποθήκευση και οξείδωση των λιπιδίων. miR-33 κωδικοποιείται εντός των εντρονίων του γονιδίου SREBF2 και παίζει κεντρικό ρόλο στην ομοιόσταση της χοληστερόλης και του λιπαρού οξέος. Καταπιέζει την έκφραση αρκετών γονιδίων που εμπλέκονται στην εκροή χοληστερόλης (π.χ., ABCA1, ABCG1), το λιπαρό οξύ β-οξειδοποίηση (π.χ., CPT1A, PrkA1) και την ένδειξη ινσουλίνης (π.χ., IRS2). Στο ήπαρ, η υπερέκφραση της μιρυ-33 μειώνει τη χοληστερόλη και αυξάνει την περιεκτικότητα σε ηπατικά λιπίδια, προάγοντας τη στεάτωση. Σε λιπώδη ιστό, η miR-33 εξασθενεί τη μιτοχονδριακή λειτουργία και η καφέση των λευκών ιστών, μειώνοντας τη δαπάνη ενέργειας.

miR-155 είναι ένα άλλο μιρνά με σημαντικές μεταβολικές λειτουργίες. Υπορυθμίζεται σε λιπώδη ιστό παχύσαρκων ποντικών και ανθρώπων. Η αποκατάσταση του μιρ-155 στα αδιποκύτταρα ενισχύει την έκφραση θερμογονικών γονιδίων όπως UCP1[] και [PGC1α], προωθώντας τον σχηματισμό μπεζ αδιποκυττάρων και αυξάνοντας τις ενεργειακές δαπάνες. Αντίθετα, η ανεπάρκεια μιρ-155 οδηγεί σε παχυσαρκία και αντίσταση στην ινσουλίνη όταν τα ποντίκια τροφοδοτούνται με δίαιτα υψηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά. Επιπλέον, miR-27a] είναι ένας αρνητικός ρυθμιστής της αδιπογένεσης και της συσσώρευσης λιπιδίων. Στοχεύει την PPARγ και C/EPa, και η έκφρασή του μειώνεται σε συνθήκες παχυσαρκίας, επιτρέποντας την απροειδοποίηση των εν λόγω αντιθέτωνσης.

Φλεγμονώδη μιξώδη σε παχύσαρκο λιπώδη ιστό

Η φλεγμονή που σχετίζεται με την παχυσαρκία οδηγείται εν μέρει από προφλεγμονώδη MIRNAs. miR-146a και miR-155] ρυθμίζονται σε λιπώδη μακροφάγα ιστών παχύσαρκων ατόμων, όπου ρυθμίζουν την παραγωγή φλεγμονωδών κυτοκινών όπως το TNF-α και το IL-6. Ενώ το miR-146a ασκεί έναν αντιφλεγμονώδη βρόχο ανατροφοδότησης με στόχο το IRAK1 και το TRAF6, η υπερβολική MIR-155 μπορεί να επιδεινώσει τη φλεγμονή. Η ισορροπία αυτών των miRNA επηρεάζει την κατάσταση πόλωσης μακροφάγων (M1 vs. M2) και τη γενική φλεγμονή των ιστών. miR-223 είναι ένα άλλο mIRNA εμπλουτισμένο σε μακροφάγα που βοηθά στον έλεγχο με στόχευση της NLR2 κατά τη φλεγμονή [F] Η συνολική αφαιρετική δυσρύπανση του συστήματος της παχυσαρκίας [FL].

ΜικροRNA σε διαβήτη τύπου 2

Ο διαβήτης τύπου 2 (T2D) χαρακτηρίζεται από αντίσταση στην ινσουλίνη στους περιφερικούς ιστούς και προοδευτική δυσλειτουργία των β- κυττάρων που οδηγεί σε υπεργλυκαιμία. Εκτενή στοιχεία εμπλέκουν τα μιRNA τόσο στην έναρξη όσο και στην εξέλιξη του T2D. Πολλά κυκλοφορούντα μιRNA χρησιμεύουν ως βιοδείκτες για την έγκαιρη ανίχνευση και τη διαστρωμάτωση του κινδύνου. Επιπλέον, τα ενδοκυτταρικά μιRNAs στο ήπαρ, τους μυς, τους λιπώδη ιστούς και τα παγκρεατικά νησάκια ρυθμίζουν άμεσα την ινσουλίνη με σήμα, την πρόσληψη γλυκόζης και την έκκριση ινσουλίνης.

MIRNAs Επηρεάζει την ευαισθησία της ινσουλίνης

Στο ήπαρ, miR-29a/b/c[ τα μέλη της οικογένειας είναι αυξημένα σε παχύσαρκες, ανθεκτικές στην ινσουλίνη συνθήκες. Στοχεύουν IRS1], AKT2] και [[[FLT: 6] PPARGC1A (PGC1α), με αποτέλεσμα την εξασθένηση του σήματος της ινσουλίνης και την προώθηση της γλυκονεογένεσης. Το νοκ- miR-29 βελτιώνει την ευαισθησία της ινσουλίνης και μειώνει την παραγωγή γλυκόζης στα ηπατοκύτταρα. Ομοίως, miR-103 και miR-107[FL:11] είναι ρυθμισμένα στο ήπαρ των ποντικών.

Σε λιπώδη ιστό, miR-143 και miR-145 συμβάλλουν στην αντίσταση στην ινσουλίνη στοχεύοντας [ AKT1] και IRS4[ αντίστοιχα. Τα αυξημένα επίπεδα αυτών των μιρκονικών λιπιδίων συσχετίζονται με μειωμένη φωσφορυλίωση Ακτόνου και μειωμένη μετατόπιση του GLUT4. Στον σκελετικό μυ, miR-133b είναι ρυθμισμένα σε διαβητικούς ασθενείς και η υπερέκφρασή του βελτιώνει την πρόσληψη γλυκόζης μέσω GLUT4[FL:11] upregulation. mi[R18][1][FLTNA].

MIRNAs και λειτουργία παγκρέατος β-κελλί

Η β- κυτταρική δυσλειτουργία αποτελεί χαρακτηριστικό της εξέλιξης του T2D. Τα μικροRNA είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη των β- κυττάρων, τον πολλαπλασιασμό και την έκκριση ινσουλίνης. Το mir-375 είναι ένα από τα πιο άφθονα MIRNA σε παγκρεατικά νησάκια. Απαιτείται για τη φυσιολογική β- κυτταρική μάζα και λειτουργία. Η στοχευμένη διαγραφή του miR-375 σε ποντίκια οδηγεί σε μειωμένη β- κυτταρική διάδοση και μειωμένη διεγερμένη γλυκόζη έκκριση ινσουλίνης. Αντίθετα, η υπερέκφραση των miR-375 προστατεύει τα β- κύτταρα από την απόπτωση που προκαλείται από λιποτοξικότητα και ER stress, εν μέρει μέσω της στοχοποίησης Το PDK1 και miT[T:7][FLT] εκφράζεται επίσης σε υψηλά ποσοστά αντιστοχοποίησης των λεμμάτων κυττάρων σε .

Τα άλλα βασικά MIRNA περιλαμβάνουν miR-200 μέλη της οικογένειας, τα οποία προκαλούνται από υπεργλυκαιμία και οξειδωτικό στρες. Προάγουν την απόπτωση των β- κυττάρων με καταστολή ] Bcl2 και ενεργοποιούν την οδό p53. miR-30d και [[FLT: 6]] miR-124a[[FLT: 7]], αντίστοιχα.

Κυκλοφορώντας τα miRNAs ως βιοδείκτες για το T2D

Τα κυκλικά miRNA είναι σταθερά στο αίμα και μπορούν να μετρηθούν μη εισβολικά, καθιστώντας τα ελκυστικά ως διαγνωστικοί και προγνωστικοί βιοδείκτες. Ειδικές υπογραφές miRNA έχουν εντοπιστεί σε ασθενείς με T2D. Για παράδειγμα, μειωμένα επίπεδα miR-126 στο πλάσμα έχουν συσχετιστεί με μειωμένη αγγειογονική ανταπόκριση και αυξημένο κίνδυνο επιπλοκών του διαβήτη. Αυξημένα [ miR-29a] και miR-133b]] στον ορό συσχετίζονται με την αντίσταση στην ινσουλίνη και τη γλυκαιμική κατάσταση. Ομάδες miRNAs, όπως αυτά που περιλαμβάνουν miR-15a, miR-223, και miR-28-3p[FL:7]], δείχνουν τη διάκριση προκαταλήψεων από την υπερβαθμισμένη T2D. Τα μεγάλα-D είναι τα ευρήματα σε κλινικά εργαλεία που μεταφράζονται σε κλινικές μελέτες.

Θεραπευτικές Δυνάμεις και Προκλήσεις Στοχευόμενων miRNAs

Η ικανότητα των miRNAs να ρυθμίζουν ταυτόχρονα πολλαπλούς γονιδιακούς στόχους τους καθιστά ελκυστικούς για θεραπευτική παρέμβαση. Δύο κύριες στρατηγικές υπάρχουν: η αναστολή των miRNA που σχετίζονται με τη νόσο χρησιμοποιώντας αντιγομίρ ή σπόγγους miRNA, και η αποκατάσταση των προστατευτικών miRNA που χρησιμοποιούν συνθετικά miRNA μιμείται. Αρκετά φάρμακα που στοχεύουν στη miRNA έχουν εισέλθει σε κλινικές δοκιμές για άλλες ασθένειες, και μεταβολικές εφαρμογές είναι υπό ενεργή έρευνα.

Προσεγγιστικά μοντέλα

Όπως αναφέρθηκε, η αναστολή miR-103/ 107 με αντιαισθητικά ολιγονουκλεοτίδια βελτιώνει την ευαισθησία της ινσουλίνης και μειώνει τη γλυκόζη του αίματος σε διαβητικά ποντίκια. Η υποδόρια χορήγηση αυτών των αναστολέων έχει ως αποτέλεσμα την ευρεία πρόσληψη από το ήπαρ και τον λιπώδη ιστό. Η στοχοποίηση miR- 33 με τη χρήση αντιγομίρ αυξάνει την έκφραση ABCA1 και αυξάνει την HDL χοληστερόλη ενώ μειώνει την αθηροσκλήρωση σε ποντίκια. Ωστόσο, η μακροχρόνια αναστολή του miR- 33 οδήγησε επίσης σε αυξημένη ηπατική στεάτωση σε ορισμένες μελέτες, τονίζοντας την ανάγκη για προσεκτική δοσολογία και παρακολούθηση. [FLT: 4]miR- 21[[FLT: 5]]]] η αναστολή μειώνει την αδιπογένεση και βελτιώνει την ευαισθησία στην ινσουλίνη σε ποντίκια υψηλής λιπώδους διατροφής. Ένας άλλος αναδυόμενος στόχος είναι [FLT: 6][R- 34a][ανάλυση: [[ανάλυση με βάση την ευαισθησία σε μυς της γλυκόζης και τη γλυκόζη], η οποία προκαλεί στη γλυκό

ΜΙ ⁇ ΝΑ Μίμηκες για Αποκατάσταση

Σε περιπτώσεις όπου τα προστατευτικά μιRNA υπορυθμίζονται, οι συνθετικοί μιμητές μπορούν να αποκαταστήσουν τα επίπεδά τους. Για παράδειγμα, η συστηματική χορήγηση miR-155 μιμείται χρησιμοποιώντας λιπιδικά νανοσωματίδια αυξημένης ενεργειακής δαπάνης και μειωμένης παχυσαρκίας σε ποντίκια. Παρομοίως, η χορήγηση miR-26a[ μιμείται έχει αποδειχθεί ότι καταστέλλει τη λιπογένεση και βελτιώνει την ευαισθησία της ινσουλίνης στο ήπαρ. Ωστόσο, τα ζητήματα-συμφραζόμενα: για παράδειγμα, η παροχή miR-143 αναστολέων (ή η ενεργοποίηση του ενδογενούς ανοσοποιητικού συστήματος. Οι χημικές τροποποιήσεις όπως το 2 ⁇ O-methyl και το κλειδωμένο πυρήνες (LNA) χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση της σταθερότητας των όμοιων πλευρών σε RISC είναι η βελτίωση της σύνθεσης και η οποία είναι η βελτίωση των ιστών του ήπατος σε ναρκωματικούς ιστούς.

Προκλήσεις παράδοσης και ασφάλεια

Τα κύρια εμπόδια για τα θεραπευτικά miRNA περιλαμβάνουν την αποδόμηση των νουκλεάσης, τη νεφρική κάθαρση, την κακή πρόσληψη των κυττάρων και τις επιδράσεις εκτός στόχου. Χημικές τροποποιήσεις όπως η 2’-O-μεθυλίωση, η φωσφοροθειϊκή ραχοκοκαΐνη και τα εγκλωβισμένα νουκλεοτίδια (LNA) βελτιώνουν τη σταθερότητα και τη σύνδεση. Η σύζευξη με N-ακετυλογαλακτοσαμίνη (GalNac) ενισχύει επίσης την ειδική για το ήπαρ παράδοση και έχει επιτύχει για τα φάρμακα siRNA όπως το cisiran. Για τα θεραπευτικά miRNA, τα νανοσωματίδια λιπιδίων και τους ιούς (π.χ., αδενοσυνδεμένος ιός) διερευνούνται επίσης. Η ασφάλεια παραμένει μια κρίσιμη ανησυχία επειδή τα miRNAs ρυθμίζουν πολλά γονίδια· η μη προβλεπόμενη στοχοποίηση θα μπορούσε να οδηγήσει σε τοξικότητα.

Μελλοντικές Οδηγίες και Κλινικές Προοπτικές

Ο ρόλος των εξωκυτταρικών μιρονίων (π.χ. εξωσωμικά μιρονίδια) σε ενδοοργανική επικοινωνία αναδύεται. Αποκαλούνται εξόσωμα που περιέχουν μιR-155, μιR-27a, ή miR-222 μπορούν να ταξιδέψουν στο ήπαρ, τους μυς ή τα παγκρεατικά νησίδια, διαμορφώνοντας την ευαισθησία ινσουλίνης και τη λειτουργία β- κυττάρων. Στοχεύοντας αυτά τα εξωσωματικά μικρορραχιαία κύτταρα θα μπορούσε να εμποδίσει την παθολογική σηματοδότηση μεταξύ των ιστών.

Δεύτερον, τα μονοκύτταρα και τα χωρικά μεταγραφικά αποκαλύπτουν την έκφραση MIRNA ειδικά για τους κυτταρικούς τύπους σε λιποδιαλυτικούς και νησώδεις ιστούς, προσφέροντας στόχους υψηλότερης ανάλυσης. Για παράδειγμα, τα μιRNA που εκφράζονται ειδικά σε μακροφάγα του λιπώδους ιστού έναντι των αδιποκυττάρων μπορεί να στοχευθούν ακριβέστερα. Τρίτον, συνδυαστικές θεραπείες που ταυτόχρονα τροποποιούν πολλαπλούς στόχους MIRNA (π.χ., χρησιμοποιώντας ένα μόνο πολυκιστρονικό αντιγομίρ) μπορούν να επιτύχουν συνεργιστικά οφέλη. Τέταρτον, αμερόληπτες μέθοδοι ελέγχου, όπως οι οθόνες CRISPR-Cas9 για τον προσδιορισμό των στόχων MIRNA, συνεχίζουν να αποκαλύπτουν νέα ρυθμιστικά δίκτυα. Τέλος, η ταυτοποίηση των υπογραφών MIRNA που κυκλοφορούν ως μη επεμβατικές βιοδείκτες για την έγκαιρη διάγνωση και την παρακολούθηση της παχυσαρκίας και T2D είναι προοδευτική.

Επιπλέον, η ανάπτυξη ειδικών για τους ιστούς συστημάτων διανομής MIRNA, όπως τα πεπτιδωμένα νανοσωματίδια ή τα μηχανικά εξωσώματα, υπόσχεται να μειώσει τα εκτός στόχου αποτελέσματα. Εξατομικευμένη θεραπεία MIRNA με βάση το προφίλ έκφρασης του ατόμου MIRNA και το γενετικό υπόβαθρο είναι ένας άλλος ορίζοντας. Καθώς η κατανόηση της βιολογίας MIRNA βαθαίνει και καθώς αναδύονται νέες τεχνολογίες, τα microRNAs θα γίνουν πιθανότατα αναπόσπαστο συστατικό των μελλοντικών προσεγγίσεων ακριβείας για την παχυσαρκία, το διαβήτη και τις σχετικές επιπλοκές τους.

Συμπέρασμα

Τα μικρο-RNA είναι θεμελιώδεις ρυθμιστές των πολύπλοκων μοριακών δικτύων που βασίζονται στην παχυσαρκία και τον διαβήτη τύπου 2. Επηρεάζουν την αδιπογένεση, το μεταβολισμό των λιπιδίων, τις φλεγμονώδεις αποκρίσεις, τη σήμανση της ινσουλίνης και τη β-κυτταρική επιβίωση και λειτουργία. Η δυσρυθμία των συγκεκριμένων MIRNA συμβάλλει στην παθογένεση αυτών των μεταβολικών διαταραχών, και προκλινικές μελέτες έχουν δείξει ότι η διαχείριση των επιπέδων του MIRNA μπορεί να βελτιώσει τα μεταβολικά αποτελέσματα. Παρά τις προκλήσεις στην παράδοση, τη σταθερότητα και την ασφάλεια, η ανάπτυξη των miRNA-βασισμένων θεραπευτικών παραμένει ένα πολλά υποσχόμενο σύνορο. Καθώς η κατανόησή μας για τη βιολογία του MIRNA εμβαθύνει και όπως προκύπτουν νέες τεχνολογίες για την ειδική στοχοποίηση των ιστών, τα micro-RNAs θα γίνουν πιθανότατα αναπόσπαστο συστατικά μελλοντικών προσεγγίσεων της ιατρικής ακριβείας για την παχυσαρκία, τον διαβήτη και τις σχετικές επιπλοκές τους.