Kaj so mikroRNA?

MikroRNA (miRNK) so kratke, nekodirajoče molekule RNK, običajno 21–23 nukleotidov po dolžini, ki delujejo kot posttranskripcijski regulatorji izražanja genov. Transkripcijske molekule RNK polimeraze II kot primarne miRNK (pri-miRNK), ki jih nato v jedru obdela kompleks Drosha-DGCR8 v prekurzorske miRNK (pred-miRNK). Po izvozu v citoplazmo preko Exportin-5 jih encim Dicer razcepi v zrele miRNK duplekse. En pramen dupleksa, vodilnega sklopa, se naloži v kompleks za siljenje (RISC), ki ga sproži RNK. MiRNK se v okviru RISC veže na komplementarna zaporedja v 3’ netranslativni regiji (UTRR) ciljnih glasnih RNK (mRNK), kar vodi v translativno represijo ali mRNK destabilizacijo in destabilizacijo.

Skozi ta mehanizem lahko ena sama miRNK uravnava na stotine tarčnih genov, s čimer oblikuje kompleksne regulatorne mreže. Posebnost vezave miRNK-mRNK določa predvsem semenska regija (nukleotidi 2–8 na 5’ koncu zrele miRNK). Ta sposobnost fino-tunskega izražanja gena naredi miRNK kritične igralce v razvoju, celični diferenciaciji in presnovni homeostazi. Pri ljudeh so identificirali več kot 2600 zrelih miRNK, mnoge pa so ohranjene po vrstah, podkrepljajo svoje temeljne biološke vloge. Za celovit pregled biogeneze in funkcije miRNK glej ]Ta pregled mehanizmov miRNK[].

MicroRNA Disregulacija debelosti

Za debelost je značilno prekomerno kopičenje maščobnih tkiv, ki je posledica neravnovesja med vnosom energije in porabo. Adipozno tkivo ni le pasivno energijsko zbirališče, temveč aktivni endokrini organ, ki izloča adipokine, citokine in druge signalne molekule. Pri debelosti, hiperplazijo adipocitov in hipertrofijo spremljajo kronično vnetje nizke stopnje, spremenjeno presnovo lipidov in odpornost na insulin. MikroRNA so intimno vključeni v te procese, s številnimi miRNK, ki kažejo perturirano izražanje v adipoznem tkivu, krvi in drugih presnovnih organih debelih posameznikov.

miRNK, ki spodbujajo adipogenezo in kopičenje maščob

Več miRNK deluje kot proadipogenski dejavniki. miR-143] je eden izmed najbolj raziskanih. Spodbuja diferenciacijo adipocitov z usmerjanjem ]MAPK7] in drugih genov, s čimer krepi izražanje transkripcijskih faktorjev, kot sta PPARγ in C/EBPα. Prekomerno izražanje miR-143 v predadipocitih pospeši njihovo pretvorbo v zrele adipocite, njegove ravni pa so povišane tako pri subkutanih kot visceralnih adipoznem tkivih pri debelih bolnikih. Podobno miR-17-92 grupe (vključno z miR-17, miR-20a in miR-92a) pozitivno uravnava adipogeneto z zaviranjem tumorske represoze Rb2/p130, ki običajno zavira PPARγ ekspresijo.

Druga pro-obesogene miRNK je miR-21. Cilj je ]PTEN, negativni regulator poti PI3K/Akt, s čimer spodbuja adipogenezo in inhibira lipolizo. Poleg tega so se pokazale tudi miR-132], da poveča adipogenezo z ciljanjem SIRT1[ in spodbuja izražanje PPARγ. Zvišane ravni teh miRNK v debelosti, ki so povezane s povečano maso maščob in indeksom telesne mase (BMI).

miRNK, ki uravnavajo metabolizem in porabo energije iz lipidov

MiRNA poleg adipogeneze nadzira shranjevanje in oksidacijo lipidov. miR-33] je kodiran znotraj intronov gena SREBF2 in ima osrednjo vlogo v homeostazi holesterola in maščobnih kislin. Represivira izražanje več genov, vključenih v holesterolski izliv (npr. ABCA1, ABCG1), β-oksidacijo maščobnih kislin (npr. CPT1A, PRKAA1) in signalizacijo insulina (npr. IRS2). V jetrih prekomerna ekstrakcija miR-33 zmanjšuje holesterol HDL in povečuje vsebnost jetrnih lipidov, spodbuja steatozo. V adiodičnem tkivu miR-33 škoduje mitohondrijsko funkcijo in rjavenje belega adipoznega tkiva, zmanjšuje porabo energije.

miR-155 je še ena miRNA s pomembnimi presnovnimi funkcijami.

Vnetje miRNK v obeznem maščevju

Vir: . in ]MiR:.]. in ] so nadrejeni v makrofagih maščobnih tkiv debelih posameznikov, kjer modulirajo nastajanje vnetnih citokinov, kot sta TNF-α in IL-6. Medtem ko miR-146a deluje protivnetno povratno zanko z ciljanjem IRAK1 in TRAF6, lahko prekomerna miR-155 poslabša vnetje. Ravnotežje teh miRNK vpliva na makrofagovno polarizacijo (M1 v primerjavi z M2) in splošno vnetje adipozne tkiva.

MikroRNA v sladkorni bolezni tipa 2

Za diabetes tipa 2 (T2D) je značilna odpornost insulina v perifernih tkivih in progresivna disfunkcija celic β, ki vodi v hiperglikemijo. Obsežni dokazi vključujejo miRNK tako v začetku kot tudi v napredovanje T2D. Številne krožeče miRNK služijo kot biomarkerji za zgodnje odkrivanje in stratificiranje tveganja. Poleg tega znotrajcelične miRNK v jetrih, mišicah, maščobnem tkivu in otočkih trebušne slinavke neposredno modulirajo signalizacijo insulina, privzem glukoze in izločanje insulina.

miRNK, ki vplivajo na občutljivost insulina

V jetrih je bil dosežen mirp-29a/b/c, ki so bili v družini izpostavljeni debelim in inzulinam.

V maščobnem tkivu miR-143 in miR-145 prispeva k odpornosti proti insulinu z ciljanjem AKT1] in IRS4. Zvišane ravni teh miRNK v visceralnem maščevju korelirajo z zmanjšano akt fosforilacijo in okvarjeno translokacijo GLUT4. V skeletnih mišicah ]miR-133b se pri sladkornih bolnikih znižajo, njen preveliki iztis pa izboljša privzem glukoze preko GLUT4 se zviša.

miRNK in delovanje β-cela trebušne slinavke

Optimalna je, da je miR-7 v telesu, ki je v telesu β-celičnega razvoja, proliferacije in izločanja insulina. miR-375, je ena izmed najbolj bogatih miRNA v pankreatičnih otočkih. Potrebna je za normalno β-celično maso in funkcijo. Ciljno brisanje miR-375 pri miših vodi do zmanjšane proliferacije celic β in okvarjenega izločanja insulina. Nasprotno, prekomeren izeks miR-375 ščiti β-celice pred apoptozo, ki jo inducirata lipotoksičnost in stres ER, deloma z ciljanjem PDK1 in ]JAK2.

Viri: MiR-200 (]) člani, ki so posledica hiperglikemije in oksidativnega stresa. Pospešujejo apoptozo celic β z represijo Bcl2 in aktivirajo pot p53. miR-30d] in miR-124a modulirajo izločanje insulina z namerjenjem [RON1] in FOXA2. Poleg tega mi-204 so pokazali, da zavirajo izločanje insulina z ciljanjem na insulin 1 in 2 gena, in da so njegove ravni v diabetičnih isletih. Ti biomarkerji za β-ce] za ohranjevanje [FLT [LT:

MiRNK v obtoku kot biomarkerji za T2D

Kroženje miRNK je stabilno v krvi in ga je mogoče izmeriti neinvazivno, zaradi česar so privlačne kot diagnostični in prognostični biomarkerji. Pri bolnikih s T2D so ugotovili specifične miRNK-znake. Na primer, znižane ravni miR-126 v plazmi so bile povezane z okvarjenimi angiogenimi odzivi in povečanim tveganjem za nastanek zapletov sladkorne bolezni. Zvišane miR-29a in miR-133b[]] v serumski korelaciji z odpornostjo na insulin in glikemičnim statusom.

Terapevtski potencial in izzivi ciljnih miRNK

Sposobnost miRNK za sočasno regulacijo več genskih tarč jih naredi privlačne za terapevtsko intervencijo. Obstajata dve glavni strategiji: zaviranje bolezni povezanih miRNK z uporabo z antagomiri ali miRNK gob, in obnavljanje zaščitnih miRNK z uporabo sintetične miRNK minami. V klinične poskuse za druge bolezni so vstopila številna zdravila, ki so usmerjena na miRNK, metabolne aplikacije pa so v postopku aktivnega raziskovanja.

Antagomir Pristopi v predkliničnih modelih

Kot je bilo omenjeno, inhibicija miR-103/107 z antisenz oligonukleotidi izboljša občutljivost insulina in zniža glukozo v krvi pri diabetičnih miših. Subkutano dajanje teh zaviralcev povzroči razširjen privzem v jetrih in maščevju. Ciljno miR-33 z uporabo antagomirov poveča ABCA1 ekspresijo in zviša HDL holesterol, medtem ko zmanjšuje aterosklerozo pri miših. Vendar pa je dolgotrajno zaviranje miR-33 povzročilo tudi povečano steatozo jeter v nekaterih študijah, kar kaže na potrebo po skrbnem odmerjanju in spremljanju. miR-21 inhibicija zmanjša adipogenazozo in izboljša občutljivost insulina pri miših, ki se hranijo z visoko maščobami.

MiRNNA Mimics za restavriranje

V primerih, ko so zaščitne miRNK manj urejene, lahko sintetični minimidi obnovijo svoje ravni. Na primer, sistemska aplikacija miR-155 posnema lipidne nanodelce, ki so večji izdatki za energijo in zmanjšana debelost pri miših. Podobno je bilo dokazano, da so miR-26a mimiR-26a[ mitritritritri, ki zavirajo lipogenezo in izboljšujejo občutljivost insulina v jetrih. Vendar pa je treba v zvezi s tem zagotoviti, da se posnemalci naložijo v kompleks RISC, ne da bi sprožili izvenciljne učinke ali aktivirali prirojen imunski sistem. Kemijske spremembe, kot so 2′-O-metil in zaklenjena nukleinska kislina (LNA), se uporabljajo za povečanje stabilnosti.

Izzivi pri dostavi in varnost

Glavni oviri za zdravljenje miRNK sta razgradnja nukleaze, ledvični očistek, slab privzem celic in neciljni učinki. Kemijske spremembe, kot so 2’-O-metilacija, hrbtenica fosforotioata in nukleinske kisline (LNA) nukleotidi, izboljšujejo stabilnost in vezavno afiniteto. Preučuje se tudi konjugacija z N-acetilgalaktozaminom (GalNAc) poveča jetrno specifično dovajanje in je bila uspešna za zdravila, kot je na primer anzisiran. Za terapije miRNK, lipidne nanodelce in virusne vektorje (npr. virus, povezan z adeno), ostaja kritična skrb, ker miRNK uravnavajo številne gene; nenamerne ciljne učinke lahko privedejo do toksičnosti. Dolgoročne študije na živalih ocenjujejo možne stranske učinke, vključno z imunosupresijo ali tumorigenezo.

Prihodnje usmeritve in klinične perspektive

Polje regulacije miRNK pri presnovnih boleznih hitro napreduje. Na več ključnih področjih je potrebna nadaljnja preiskava. Prvič, vloga zunajceličnih miRNK (npr. eksosomnih miRNK) v medorganski komunikaciji. Eksosomi, pridobljeni iz maščob, ki vsebujejo miR-155, miR-27a ali miR-222, lahko potujejo v jetra, mišice ali otočke trebušne slinavke, modulirajo občutljivost za insulin in delovanje celic β. Cilj teh eksosomskih mikroRNA lahko blokira patološko signalizacijo med tkivi.

Druga, enocelična in prostorska transkriptomija razkriva za celice specifično izražanje miRNK v adistrofičnih in otočnih tkivih, ki ponuja cilje večje ločljivosti. Na primer, miRNK, ki so izražene posebej v adipoznem tkivu makrofagi v primerjavi z adipociti, so lahko bolj natančno usmerjene. Tretje, kombinatorske terapije, ki hkrati modulirajo več miRNK (npr. z uporabo enega samega policistronskega antagomira), lahko dosežejo sinergistične koristi. Četrte, nepristranske presejalne metode, kot so CRISPR-Casar9 zasloni za identifikacijo tarč miRNK, nadaljujejo z odkrivanjem novih regulativnih mrež. Končno, identifikacija krožečega podpisa miRNK kot neinvazivnih biomarkerjev za zgodnje diagnosticiranje in spremljanje napredovanja debelosti in T2D napreduje. Obsežne vzdolžne študije bodo potrdile te biomarkerjev.

Poleg tega razvoj tkivno specifičnih sistemov za dovajanje miRNK, kot so peptidno-konjugirani nanodelci ali inženirski eksosomi, obljublja zmanjšanje izvenciljnih učinkov. Personalizirana terapija miRNK, ki temelji na posameznikovem ekspresivnem profilu in genetskem ozadju, je drugo obzorje. Ker se naše razumevanje biologije miRNK poglablja in ko se pojavijo nove tehnologije, bodo mikroRNA verjetno postale integralne komponente prihodnjih preciznih pristopov k debelosti, sladkorni bolezni in z njimi povezanimi zapleti.

Sklep

MikroRNA so temeljni regulatorji kompleksnih molekulskih mrež, ki so osnova debelosti in sladkorne bolezni tipa 2. Vplivajo na adipogenezo, presnovo lipidov, vnetne odzive, signalizacijo insulina in na preživetje in delovanje β celic. Disregulacija specifičnih miRNK prispeva k patogenezi teh presnovnih motenj, predklinične študije pa so pokazale, da lahko manipulacija ravni miRNK izboljša presnovne rezultate. Kljub izzivom pri porodu, stabilnosti in varnosti razvoj zdravil na osnovi miRNK ostaja obetavna meja. Ker se naše razumevanje biologije miRNK poglablja in se kot nove tehnologije za specifično ciljanje tkiva pojavljajo, bodo mikroRNA-ji verjetno postali sestavni del prihodnjih preciznih pristopov k debelosti, sladkorni bolezni in z njimi povezanih zapletov.