Что такое микроРНК?

МикроРНК (миРНК) представляют собой короткие, некодирующие молекулы РНК, обычно длиной 21-23 нуклеотида, которые функционируют как посттранскрипционные регуляторы экспрессии генов. Они транскрибируются РНК-полимеразой II в качестве первичных миРНК (при-миРНК), которые затем обрабатываются в ядре комплексом предшественников миРНК (пре-миРНК). После экспорта в цитоплазму через Exportin-5 фермент Дисера расщепляет их в зрелые дуплексы миРНК. Одна нить дуплекса, направляющая нить, загружается в комплекс подавления РНК (RISC). В RISC миРНК связывается с комплементарными последовательностями в 3'-нетранслируемой области (UTR) РНК-мессенджеров-мишеней (мРНК), что приводит к трансляционному подавлению или дестабилизации и деградации мРНК.

Благодаря этому механизму одна миРНК может регулировать сотни генов-мишеней, образуя сложные регуляторные сети. Специфика связывания миРНК-мРНК определяется в первую очередь семенной областью (нуклеотиды 2-8 на 5'-конце зрелой миРНК). Эта способность точно настраивать экспрессию генов делает миРНК критическими игроками в развитии, дифференцировке клеток и метаболическом гомеостазе. Более 2600 зрелых миРНК были идентифицированы у людей, и многие из них сохраняются у разных видов, подчеркивая их фундаментальные биологические роли. Для всестороннего обзора биогенеза и функции миРНК см. этот обзор механизмов миРНК .

МикроРНК-дисрегуляция при ожирении

Ожирение характеризуется чрезмерным накоплением жировой ткани в результате дисбаланса между потреблением и расходом энергии.Ткань жировая не просто пассивный энергетический резервуар, а активный эндокринный орган, выделяющий адипокины, цитокины и другие сигнальные молекулы.При ожирении гиперплазия и гипертрофия адипоцитов сопровождаются хроническим низкосортным воспалением, измененным липидным обменом и резистентностью к инсулину.МикроРНК тесно связаны с этими процессами, при этом многочисленные миРНК проявляют возмущенную экспрессию в жировой ткани, крови и других метаболических органах тучных особей.

miRNAs, способствующие адипогенезу и накоплению жира

Несколько миРНК действуют как проадипогенные факторы.miR-143 является одним из наиболее изученных. Он способствует дифференцировке адипоцитов, нацеливаясь на MAPK7 и другие гены, тем самым усиливая экспрессию транскрипционных факторов, таких как PPARγ и C/EBPα. Переэкспрессия miR-143 в преадипоцитах ускоряет их превращение в зрелые адипоциты, а его уровни повышены как в подкожной, так и висцеральной жировой ткани у пациентов с ожирением. Аналогично, кластер miR-17-92 (включая miR-17, miR-20a и miR-92a) положительно регулирует адипогенез, ингибируя опухолевый супрессор Rb2/p130, который обычно подавляет экспрессию PPARγ

Другой про-обезогенной миРНК является miR-21. Он нацелен на PTEN, отрицательный регулятор пути PI3K/Akt, тем самым способствуя адипогенезу и ингибируя липолиз. Кроме того, miR-132 было показано, что усиливать адипогенез путем нацеливания SIRT1 и способствуя экспрессии PPARγ. Повышенные уровни этих миРНК при ожирении коррелируют с увеличением жировой массы и индекса массы тела (ИМТ). Также появляется все больше доказательств того, что miR-26b играет роль в адипогенезе, нацеливаясь на ADAM17 и регулируя сигнальный путь Notch, который, в свою очередь, влияет на приверженность

miRNAs, регулирующие метаболизм липидов и энергетические затраты

Помимо адипогенеза, миРНК контролируют хранение и окисление липидов. miR-33 кодируется в интронах гена SREBF2 и играет центральную роль в холестерине и гомеостазе жирных кислот. Он подавляет экспрессию нескольких генов, участвующих в холестериновом эффлюксе (например, ABCA1, ABCG1), окислении жирных кислот (например, CPT1A, PRKAA1) и передаче сигналов инсулина (например, IRS2). В печени сверхэкспрессия miR-33 снижает уровень холестерина ЛПВП и повышает содержание липидов в печени, способствуя стеатозу. В жировой ткани miR-33 ухудшает функцию митохондрий и потемнение белой жировой ткани, уменьшая расход энергии.

miR-155 является другой миРНК с важными метаболическими функциями. Она подавляется в жировой ткани мышей с ожирением и человека. Восстановление miR-155 в адипоцитах усиливает экспрессию термогенных генов, таких как UCP1 и PGC1α, способствуя образованию бежевых адипоцитов и увеличению расхода энергии. И наоборот, дефицит miR-155 приводит к ожирению и резистентности к инсулину, когда мышей кормят диетой с высоким содержанием жиров. Кроме того, miR-27a является отрицательным регулятором адипогенеза и накопления липидов. Он нацелен на PPARγ и C/EBPα, и его экспрессия снижается при ожирении, позволяя беспрепятственно дифференцировать адипоциты. Понимание этих противоположных действий различных

Воспалительные миРНК в тучных жировых тканях

Осложненное воспаление частично обусловлено провоспалительными миРНК. miR-146a и miR-155 активизируются в макрофагах жировой ткани тучных людей, где они модулируют выработку воспалительных цитокинов, таких как TNF-α и IL-6. В то время как miR-146a оказывает противовоспалительное действие, нацеливаясь на IRAK1 и TRAF6, избыточный miR-155 может усугубить воспаление. miR-223 является другой миРНК, обогащенной макрофагами, которая помогает контролировать воспаление, нацеливаясь на компоненты NLRP3-воспалительной; его дисрегуляция при ожирении способствует устойчивой воспалительной сигнализации. Для дальнейшего чтения о дисрегуляции miRNA при ожирении обратитесь к этому всеобъемлющему обзору на miRNAs

МикроРНК при диабете 2 типа

Сахарный диабет 2 типа (Т2Д) характеризуется резистентностью к инсулину в периферических тканях и прогрессирующей дисфункцией β-клеток, приводящей к гипергликемии. Обширные данные свидетельствуют о том, что миРНК участвуют как в инициации, так и в прогрессировании Т2Д. Многочисленные циркулирующие миРНК служат биомаркерами для раннего выявления и стратификации риска. Кроме того, внутриклеточные миРНК в печени, мышцах, жировой ткани и островках поджелудочной железы непосредственно модулируют передачу сигналов инсулина, поглощение глюкозы и секрецию инсулина.

miRNAs, влияющие на чувствительность к инсулину

В печени miR-29a/b/c члены семьи повышены в условиях ожирения, резистентности к инсулину.IRS1, AKT2, и PPARGC1A, тем самым ослабляя передачу сигналов инсулина и способствуя глюконеогенезу.miR-103 и miR-107 в печени тучных мышей. Эти микроРНК нацелены на CAV1, каркасный белок, необходимый для стабильности рецепторов инсулина и сигнализации. Ингибирование miR-103/107 с использованием антисмысловых олигонуклеотидов усиливает экспрессию кавео

В жировой ткани miR-143 и miR-145miR-145AKT1 и IRS4 соответственно. Повышенные уровни этих микроРНК в висцеральном жире коррелируют с пониженным фосфорилированием Akt и нарушенной транслокацией GLUT4.miR-133b у больных диабетом понижена регуляции поглощения глюкозы GLUT4 upregulation.miR-181a является ещё одной миРНК, модулирующей чувствительность к инсулину; она повышается в инсулинорезистентных мышцах и мишенях SIRT1, что приводит к снижению тканеспецифич

miRNAs и функция Pancreatic β-Cell

Дисфункция β-клеток является отличительной чертой прогрессирования T2D. МикроРНК необходимы для развития β-клеток, пролиферации и секреции инсулина. miR-375 является одной из наиболее распространенных miRNAs в панкреатических островках. требуется для нормальной массы и функции β-клеток. Целенаправленное удаление miR-375 у мышей приводит к снижению пролиферации β-клеток и нарушению секреции инсулина, стимулируемой глюкозой. И наоборот, сверхэкспрессия miR-375 защищает β-клетки от апоптоза, вызванного липотоксичностью и стрессом ER, частично посредством таргетинга PDK1 и JAK2. miR-7

Другие ключевые миРНК включают miR-200 члены, которые индуцируются гипергликемией и окислительным стрессом. Они способствуют апоптозу β-клеток путем подавления Bcl2 и активации пути p53. miR-30d и miR-124a модулируют секрецию инсулина, нацеливаясь ROCK1 и FOXA2, соответственно. Кроме того, miR-204, ингибируют секрецию инсулина, нацеливаясь на инсулиновые 1 и 2 гены, и его уровни повышены в диабетических островках. Эти миРНК предлагают потенциальные биомаркеры

Циркулирующие микроРНК в качестве биомаркеров для T2D

Циркулирующие миРНК стабильны в крови и могут быть измерены неинвазивно, что делает их привлекательными в качестве диагностических и прогностических биомаркеров. У пациентов с T2D были идентифицированы специфические сигнатуры миРНК. Например, сниженные уровни miR-126 в плазме были связаны с нарушением ангиогенных реакций и повышенным риском осложнений диабета. Повышенные miR-29a и miR-133b в сыворотке коррелируют с резистентностью к инсулину и гликемическим статусом. Группы миРНК, такие как в том числе miR-15a, miR-223 и miR-28-3p, демонстрируют перспективность для отличия преддиабета от открытого T2D. В настоящее время проводятся крупномасштабные исследования валидации для перевода этих результатов

Терапевтический потенциал и проблемы таргетирования миРНК

Способность миРНК одновременно регулировать множественные генные мишени делает их привлекательными для терапевтического вмешательства. Существуют две основные стратегии: ингибирование связанных с болезнью миРНК с помощью антагомиров или губок миРНК и восстановление защитных миРНК с использованием синтетических миРНК-мимикатов. Несколько препаратов, нацеленных на миРНК, прошли клинические испытания на другие заболевания, а метаболические приложения находятся в стадии активного исследования.

Антагомир подходит к доклиническим моделям

Как уже упоминалось, ингибирование miR-103/107 с антисмысловыми олигонуклеотидами улучшает чувствительность к инсулину и снижает уровень глюкозы в крови у мышей-диабетиков. Подкожная доставка этих ингибиторов приводит к широкому поглощению печенью и жировой тканью.miR-33 с помощью антагомиров повышает экспрессию ABCA1 и повышает уровень холестерина ЛПВП при одновременном снижении атеросклероза у мышей. Однако длительное ингибирование miR-33 также привело к увеличению печеночного стеатоза в некоторых исследованиях, что подчеркивает необходимость тщательного дозирования и мониторинга.miR-21 ингибирование снижает адипогенез и улучшает чувствительность к инсулину у мышей, питающихся высоким содержанием жиров.miR-34a, который повышает регуляции в печени мышей-ожир

Мимика миРНК для восстановления

В случаях, когда защитные миРНК подавляются, синтетические мимики могут восстанавливать свои уровни. Например, системное введение мимики miR-155 , использующей липидные наночастицы, увеличивает расход энергии и уменьшает ожирение у мышей. Аналогичным образом, было показано, что доставка мимики miR-26a мимики подавляет липогенез и улучшает чувствительность к инсулину в печени. Однако контекст имеет значение: например, доставка ингибиторов miR-143 может быть необходима в зависимости от стадии ткани и заболевания. Проблемы включают обеспечение того, чтобы мимики загружались в комплекс RISC без запуска побочных эффектов или активации врожденной иммунной системы. Химические модификации, такие как 2'-O-метил и заблокированная нуклеиновая кислота (LNA), используются для повышения стабильности. Достижения в составах наночастиц и конъюгатах Gal

Проблемы доставки и безопасность

Основные препятствия для терапии миРНК включают деградацию нуклеазы, почечный клиренс, плохое поглощение клеток и нецелевые эффекты. Химические модификации, такие как 2'-O-метилирование, фосфоротиоатный хребет и нуклеотиды с заблокированной нуклеиновой кислотой (LNA) улучшают стабильность и аффинность связывания. Конъюгация с N-ацетилгалактозамином (GalNAc) усиливает специфическую доставку печени и была успешной для препаратов siRNA, таких как инклисиран. Для терапии миРНК также изучаются липидные наночастицы и вирусные векторы (например, аденоассоциированный вирус). Безопасность остается критической проблемой, потому что миРНК регулируют многие гены; непреднамеренное нацеливание может привести к токсичности. Долгосрочные исследования на животных оценивают потенциальные побочные эффекты, включая иммуносупрессию или опухолевый генезис. Подробное обсуждение терапии миРНК доступно в эта статья Nature Reviews Drug Discovery [[

Будущие направления и клинические перспективы

Поле регуляции миРНК при метаболических заболеваниях быстро продвигается. Несколько ключевых областей требуют дальнейшего изучения. Во-первых, появляется роль внеклеточных миРНК (например, экзосомных миРНК) в межорганной коммуникации. Полученные из жиров экзосомы, содержащие miR-155, miR-27a или miR-222, могут перемещаться в печень, мышцы или островки поджелудочной железы, модулируя чувствительность к инсулину и функцию β-клеток. Нацеливание на эти экзосомные микроРНК может блокировать патологическую передачу сигналов между тканями.

Во-вторых, одноклеточная и пространственная транскриптомика выявляют экспрессию миРНК клеточного типа в жировой и островковой тканях, предлагая мишени более высокого разрешения. Например, миРНК, экспрессируемые конкретно в макрофагах жировой ткани против адипоцитов, могут быть нацелены более точно. В-третьих, комбинаторные методы лечения, которые одновременно модулируют несколько миРНК (например, с использованием одного полицистронного антагомира), могут достигать синергетических преимуществ. В-четвертых, беспристрастные методы скрининга, такие как экраны CRISPR-Cas9 для идентификации мишеней миРНК, продолжают раскрывать новые регуляторные сети. Наконец, идентификация циркулирующих сигнатур миРНК в качестве неинвазивных биомаркеров для ранней диагностики и мониторинга прогрессирования ожирения и T2D прогрессирует. Масштабные продольные исследования будут проверять эти биомаркеры.

Кроме того, развитие тканеспецифических систем доставки миРНК, таких как пептид-конъюгированные наночастицы или инженерные экзосомы, обещает снижение нецелевых эффектов. Персонализированная терапия миРНК на основе профиля экспрессии миРНК и генетического фона человека - еще один горизонт. По мере углубления нашего понимания биологии миРНК и появления новых технологий микроРНК, вероятно, станут неотъемлемыми компонентами будущих подходов точной медицины для ожирения, диабета и связанных с ними осложнений.

Заключение

МикроРНК являются фундаментальными регуляторами сложных молекулярных сетей, лежащих в основе ожирения и диабета 2 типа. Они влияют на адипогенез, липидный обмен, воспалительные реакции, передачу сигналов инсулина и выживаемость и функцию β-клеток. Дисрегуляция специфических миРНК способствует патогенезу этих метаболических расстройств, и доклинические исследования показали, что манипулирование уровнями миРНК может улучшить метаболические результаты. Несмотря на проблемы в доставке, стабильности и безопасности, развитие терапии на основе миРНК остается многообещающим рубежом. По мере углубления нашего понимания биологии миРНК и появления новых технологий для тканеспецифического таргетирования, микроРНК, вероятно, станут неотъемлемыми компонентами будущих подходов точной медицины для ожирения, диабета и связанных с ними осложнений.