Hva er mikroRNAs?

MikroRNAer (mirnaer) er korte, ikke-kodende RNA-molekyler, typisk 21 ⁇ 23 nukleotider i lengde, som fungerer som post-treprenordinære regulatorer av genuttrykk. De er transkribert av RNA-polymerase II som primære miRNAer (prim-mirRNAer), som så behandles i kjernen av Drosha-DGCR8-komplekset til forløper miRNAer (pre-mirRNAs). Etter eksport til cytoplasmet via Exportin-5, binder Dicer-enzymet dem til modne miRNA-duplekser. En tråd av duplexet, guidestrenet, er lastet inn i RNA-indusert silencing-komplekset (RISC). Innenfor RISC binder mRNA til komplementære sekvenser i 3' uoversette region (UTR) av mål-monstrender RNA-ene (mRNAs), som fører til translasjon eller mRNA-destabilisering og nedbrytning.

Gjennom denne mekanismen kan en enkelt miRNA regulere hundrevis av målgener som danner komplekse regulatoriske nettverk. Spesifikasjonen til miRNA ⁇ mRNA bindingen bestemmes primært av frøregionen (nucleotider 2 ⁇ 8 ved 5' slutten av den modne miRNA). Denne evnen til fin-tune genuttrykk gjør miRNAs kritiske spillere i utvikling, celle differensiering og metabolsk homeostase. Over 2.600 modne miRNAer er identifisert i mennesker, og mange er bevart på tvers av arter, underkorrer deres grunnleggende biologiske roller. For en omfattende oversikt over miRNA biogenese og funksjon, se Denne gjennomgangen på miRNA mekanismer.

MikroRNA Dysregulering i fedme

Overvekt er preget av overdreven disposisjon vevsakkumulering som skyldes en ubalanse mellom energiinntak og utgifter. Avsetningsvev er ikke bare et passivt energireservoar, men et aktivt endokrine organ som utskiller adipokiner, cytokiner og andre signalmolekyler. I fedme er adipocytthyperplasi og hypertrofi ledsaget av kronisk lavgradsinflammasjon, endret lipidmetabolisme og insulinresistens. MikroRNAs er intimt involvert i disse prosessene, med mange miRNAs som viser perturbed ekspresjon i fettvev, blod og andre metabolske organer hos overvektige individer.

miRNAs Fremme Adipogenese og fett akkumulering

Flere miRNAs virker som pro-adipogene faktorer. ]miR-143 er en av de mest studerte. Den fremmer adipocytt differensiering ved å målrette ]MAPK7] og andre gener, og dermed forbedrer ekspresjonen av transkripsjonsfaktorer som PPARγ og C/EBPα. Overtrykk av miR-143 i preadipocytter akselerererererer deres omdannelse til modne adipocytter, og dets nivåer er hevet i både subkutant og visceralt adipittvev fra overvektige pasienter. På lignende måte miR-17-92 klynge (inkludert miR-20a, og miR-92a) regulerer adipogenese ved å hemme svulstensuptoren Rb2/pGPARS] som normalt undertrykker PGAR[5].

En annen pro-obesogen miRNA er ]miR-21. Det måler PTEN], en negativ regulator av PI3K/Akt-veien, og dermed fremme adipogenese og hemme lipolyse. I tillegg har miR-132 vist seg å forbedre adipogenese ved å målrette SIRT1 og fremme ekspresjonen av PPARγ. Forhøyede nivåer av disse miRNAene i fedme korrelerer med økt fettmasse og kroppsmasseindeks (BMI). Det er også voksende bevis for at miR-26b spiller en rolle i adipogenesesis ved å rette mot ADAM17 og regulere signalene som ikke påvirker dreier seg om og differentitiver.

miRNAs Regulering Lipidmetabolisme og energiutgifter

Utover adipogenese, miRNAs styre lipidlagring og oksidasjon. ]miR-33 kodes innenfor introner av SREBF2-genet og spiller en sentral rolle i kolesterol og fettsyrehomeostase. Den undertrykker ekspresjonen av flere gener involvert i kolesterol efflux (f.eks ABCA1, ABCG1), fettsyre β-oksidasjon (f.eks. CPT1A, PRKA1) og insulinsignalering (f.eks. I leveren reduserer overuttrykk av miR-33 HDL-kolesterol og øker leverlipidinnholdet, som fremmer steatose. I adiposevev, miR-33 svekker mitokondrial funksjon og bruning av hvitt ddiposevev.

]miR-155 er en annen miRNA med viktige metabolske funksjoner. Det er nedre regulert i disiplinert vev av overvektige mus og mennesker. Restaurering av miR-155 i adipocytter forbedrer ekspresjonen av termogene gener som ]UCP1 og PGC1α], fremme beige adipocyttdannelse og økende energiutgifter. Omvendt fører miR-155 mangel til fedme og insulinresistens når mus mates en fettrik kosthold. I tillegg, ] er en negativ regulator av adipogenese og lipid akkumulering. Det målrettes PPARY og C/EBPα, og dets uttrykk er redusert i fedme, og dets ukontrollert å tillate en ukontrollert differensitivasjon av miRNA.

Inflammatoriske miRNAs i Obese Adipose Tsue

Fedme-assosierte betennelser drives delvis av pro-inflammatoriske miRNAs. ]miR-146a] og miR-155] er oppregulert i adiposevev makrofager av overvektige individer, hvor de modulerer produksjonen av inflammatoriske cytokiner som TNF-α og IL-6. Mens miR-146a utøver en antiinflammatorisk tilbakemeldingssløyfe ved å målrette IRAK1 og TRAF6 kan overdreven miR-155 forverre betennelse. Balansen av disse miRNAs påvirker makrofagpolariseringstilstanden (M1 mot M2) og den totale adipose vevsbetennelsen. er en annen miRNA-beriket i makrofager som bidrar til å rette seg mot NRRP3 i flammende komponenter; dens dysregulering i fedme som bidrar til å gi mer vektighet i vektighetsforbrenning.[5][5

MicroRNA i type 2 diabetes

Type 2-diabetes (T2D) er preget av insulinresistens i perifere vev og progressiv β-celledysfunksjon som fører til hyperglykemi. Omfattende bevis implikerer miRNA i både initiering og progresjon av T2D. Tallrike sirkulerende miRNAer tjener som biomarkører for tidlig deteksjon og risikostratifisering. I tillegg er intracellulære miRNAer i leveren, muskel, disponert vev og pankreatiske islater direkte modulert insulinsignalering, glukoseopptak og insulinsekresjon.

miRNAs påvirker insulinfølsomhet

I leveren, ]miR-29a/b/c] familiemedlemmer er hevet i overvektige, insulinresistente forhold. De målsetter IRS1], og ] PPARGC1A (PGC1α), og dermed dempe insulinsignaler og fremme gluconeogenese. Nedtrekking av miR-29 forbedrer insulinfølsomheten og reduserer glukoseproduksjonen i hepatocytter. På samme måte ] og forbedrer insulinproduksjonen i hepatocytter.[5][5][5]

I adiposevev, ] og ]miR-145]] bidrar til insulinresistens ved å målrette ]AKT1] og , henholdsvis. Forhøyede nivåer av disse miRNAene i visceralt fett korrelerer med redusert Akt fosforylering og nedsatt GLUT4 translokasjon. I skjelettmuskelen ]]]miR-133b]] er nedregulert hos diabetiske pasienter, og dens overuttrykk forbedrer glukoseopptaket via GUT4 oppregulering.[FLT:][FLT:][F][5][5][5]]

miRNAs og pankreatisk β-Cell-funksjon

β-cellefunksjon er et kjennetegn på T2D-progresjon. MikroRNA er essensielt for β-celleutvikling, proliferasjon og insulinutskilling. ] er en av de mest rikelige miRNAene i pankreatisk strupehull. Det er nødvendig for normal β-cellemasse og funksjon. Målt sletting av miR-375 i mus fører til redusert β-celleprogresjon og nedsatt glukosestimulert insulinutskillelse. Omvendt beskytter overuttrykk av miR-375 β-celler fra apoptose indusert av lipotoksisitet og ER stress, delvis gjennom målretning PDK1] og JAK:4]. er også sterkt uttrykt i βR-celleutvikling av stimulering av β-R-celleutviklingen ved å rette opp mot

Andre viktige miRNA-medlemmer, som er indusert av hyperglykemi og oksidativt stress. De fremmer β-celleapoptosis ved å represse og aktivere p53-veien. ]miR-30d og ]] modulerer insulinsekretsjon ved målretning og FOXA2, i tillegg miR-20[FLT:]]] har vist seg å hemme insulinutskillelsen ved å målrette insulinet ved å målrette insulinet og desinfeksjonene i disse landenes beta-funksjoner.

Cirkulerende miRNAs som biomerker for T2D

Cirkulerende miRNAer er stabile i blod og kan måles ikke-invasivt, noe som gjør dem attraktive som diagnostiske og prognostiske biomarkører. Spesielt miRNA-signaturer er identifisert hos T2D-pasienter. For eksempel har reduserte nivåer av ]miR-126 i plasma blitt assosiert med nedsatt angiogene reaksjoner og økt risiko for diabeteskomplikasjoner. Forhøyet ]]miR-29a og miR-133b i serum korrelerer med insulinresistens og glykemisk status. Paneler av miRNAer, som dem som inkluderer ]miR-133b i serum korrelerer med insulinresistens og glykemisk status. Paneler av miRNAstalene er underveis i store undersøkelser.

Terapeutiske potensialer og utfordringer med å målrette miRNA

Muligheten til miRNAs å regulere flere genmål samtidig gjør dem attraktive for terapeutisk intervensjon. To hovedstrategier eksisterer: hemming av sykdomsassosierte miRNAer ved hjelp av antagomirer eller miRNA svamper, og gjenoppretting av beskyttende miRNAer ved bruk av syntetiske miRNA-etterliknere. Flere miRNA-målrettede legemidler har gått inn i kliniske studier for andre sykdommer, og metabolske anvendelser er under aktiv undersøkelse.

Antagomir Approachs in Prekliniske modeller

Som nevnt, vil hemming av miR-103/107 med antisense oligonukleotider forbedre insulinfølsomheten og senker blodsukker hos diabetikere. Underhudisk levering av disse inhibitorene resulterer i utbredet opptak av leveren og disposisjonen. Målsetting ] ved å bruke antagomirer øker ABCA1-uttrykk og hever HDL-kolesterol mens man reduserer aterosklerose hos mus. Imidlertid førte langvarig inhibering av miR-33 også til økt leversteatose i noen studier, noe som markerer behovet for forsiktig dosering og overvåking.miR-21 hemmer adipogenese og forbedrer insulinfølsomheten i høyfettdiett-fett-foter. Et annet fremvoksende mål er [RLT:][5][5][5][5][5]

miRNA Mimics for restaurering

I tilfeller der beskyttende miRNAer er nedre regulerte, kan syntetiske etterlikninger gjenopprette nivåene. For eksempel, systemisk administrasjon av ]miR-155 etterligner ved bruk av lipid nanopartikler økte energiutgifter og redusert fedme hos mus. På samme måte har levering av miR-26a blitt vist å undertrykke lipogenese og forbedre insulinfølsomheten i leveren. Imidlertid kan det være nødvendig å sørge for at etterliknende blir lastet inn i RISC-komplekset uten å utløse de innfødte immunsystemet. Kjemiske modifikasjoner som 2-O-metyl og nukleinsyre (LNA) brukes til å forbedre nanopartikkelformasjonene.

Leveringsutfordringer og sikkerhet

De viktigste hindringene for miRNA-terapi inkluderer nukleasenedbrytning, renal clearance, dårlig cellulær opptak og off-mål-effekter. Kjemiske modifikasjoner som 2'-O-metylering, fosforotioat ryggrad og låst nukleinsyre (LNA) nukleotider forbedrer stabilitet og binding affinitet. Konjugasjon til N-acetylgalaktosamin (GalNAc) forbedrer leverspesifikk levering og har blitt vellykket for siRNA-medikamenter som inclusiran. For miRNA-terapi, lipid nanopartikler og virale vektorer (f.eks. adeno-assosierte virus) blir også utforsket. Sikkerheten er fortsatt en kritisk bekymring fordi miRNA-regulerer mange gener; uutholdelig målretting kan føre til toksisitet. Langtidsstudier av dyr vurdere potensielle bivirkninger, inkludert immunisering eller tumorigenesis. En detaljert diskusjon av miRNA-terapi er tilgjengelig i [FLT:] This Nature Reviews Discover argements:[F][F]

Fremtidige retninger og kliniske perspektiver

Feltet for miRNA regulering i metabolsk sykdom er å fremme raskt. Flere viktige områder garanterer videre undersøkelse. Først er rollen som ekstracellulære miRNAs (f.eks. eksosomale miRNAs) i interorganisk kommunikasjon utviklet. Avledede eksosomer som inneholder miR-155, miR-27a eller miR-222 kan reise til leveren, muskelen eller pankreatisk strupe, modulering insulinfølsomhet og β-cellefunksjon. Målsetting av disse eksosomale mikroRNAs kan blokkere patologisk signal mellom vev.

For det andre avslører encelle- og romtranskripsjons-omkretsen celletype-spesifikke miRNA-uttrykk i adipose- og isletvev, som tilbyr høyere oppløsningsmål. For eksempel kan miRNAs uttrykt spesielt i adipose vevs makrofager versus adipocytter målrettes mer nøyaktig. For det tredje kan kombinatoriske terapier som samtidig modulerer flere miRNA-skjermer (f.eks. ved å bruke en enkelt polycistronsyre-antagomir) oppnå synergis synergistiske fordeler. Fjerde, upartiske screeningsmetoder, som CRISPR-Cas9-skjermer for å identifisere miRNA-mål, fortsette å avdekke nye regulatoriske nettverk. Til slutt vil identifisering av sirkulerende miRNA-signaturer som ikke-invasive biomarkører for tidlig diagnose og progresjonsovervåkning av fedme og T2D-utvikling. Storskala langsgående studier vil validere disse biomarkørene validere.

I tillegg har utviklingen av vevsspesifikke miRNA-leveringssystemer, som peptidkonjugerte nanopartikler eller utviklede eksosomer, løftet om å redusere off-mål-effekter. Personlig miRNA-terapi basert på en individs miRNA-uttrykksprofil og genetisk bakgrunn er en annen horisont. Som vår forståelse av miRNA-biologi dypere og etter hvert som nye teknologier oppstår, vil mikroRNAs sannsynligvis bli integrert i komponenter i fremtidig presisjonsmedisin tilnærminger seg for fedme, diabetes, og deres tilknyttede komplikasjoner.

Konklusjon

MicroRNAs er grunnleggende regulatorer av de komplekse molekylære nettverkene som ligger til grunn for fedme og type 2 diabetes. De påvirker adipogenese, lipidmetabolisme, inflammatoriske reaksjoner, insulinsignalering og β-celleoverlevelse og funksjon. Dysregulering av spesifikke miRNAs bidrar til patogenisasjonen av disse metabolske forstyrrelsene, og prekliniske studier har vist at manipulering av mitra nivåer kan forbedre metabolske utfall. Til tross for utfordringer i levering, stabilitet og sikkerhet, vil mikroRNAs sannsynligvis bli integrert komponenter i fremtidig presisjonsmedisin tilnærminger til fedme, diabetes, og deres tilknyttede komplikasjoner.