MikroRNA:t munuaisten kehityksessä ja sairauksissa Ⅰ

Johdanto

MikroRNA:t (miRNA:t) ovat endogeenisiä pieniä ei-koodaavia RNA:ita, jotka ovat yleensä 19–22 nukleotidin pituisia. Ihmisen genomi sisältää 1917 annotoitua hiusneulaprekursoria ja 2654 kypsää miRNA:ta (1), jotka säätelevät yli 60 % ihmisen proteiineja koodaavista geeneistä (2). MiRNA:t säätelevät geenien ilmentymistä transkription jälkeisellä tasolla sekä translaation repression että mRNA-destabiloinnin kautta (3-5). Sen jälkeen, kun vuonna 1993 löydettiin ensimmäisen tunnistetun miRNA:n toiminta, jonka osoitettiin säätelevän solulinjapäätöksiä sukkulamatossa Caenorhabditis elegansissa (6, 7), miRNA:iden on osoitettu moduloivan erilaisia ​​biologisia prosesseja, mukaan lukienmunuaisten morfogeneesi. MiRNA-ekspression säätelyhäiriöhäiritsee munuaisten varhaista kehitystäja se on osallisena kehityksen patogeneesissämunuaisten sairaudet. Tässä katsauksessa teemme yhteenvedon nykytiedosta miRNA:n biogeneesistä, toiminnasta ja kohdentamisesta. Keskitymme sitten miRNA:iden rooliin munuaisten morfogeneesissä jakehittyviä munuaissairauksia, mukaan lukiensynnynnäisiä epämuodostumia-ltamunuaiset ja virtsatiet(CAKUT) jaWilmsin kasvain. Muita mielenkiintoisia tutkimusaloja, mukaan lukien miR NA:iden rooli useissa muissa munuaissairauksissa, kuten akuutissa munuaisvauriossa (8–10), polykystisessä munuaissairaudessa (11) ja munuaisensiirrossa (10), on käsitelty laajasti muut viimeaikaiset arvostelut. Lopuksi päätämme keskustelemalla miRNA:iden hyödyllisyydestä mahdollisesti uusina biomarkkereina ja terapeuttisina aineina.

KUINKA KAUVAN KESTÄÄ, ETTÄ CISTANCHE TOIMII MUNUAISTAIRAUSPOTILAAILLA?

miRNA:n biogeneesi ja toiminta

MiRNA:iden biogeneesi alkaa ytimestä, jossa RNA-polymeraasi II transkriptoi miRNA:ta koodaavat geenit päällystetyiksi ja polyadenyloiduiksi hiusneulatranskripteiksi, joita kutsutaan ensisijaiseksi miRNA:ksi tai pri-miRNA:ksi (kuva 1) (12, 13). Riippuen genomisesta sijainnistaan ​​miRNA:ta koodaavat geenit voidaan luokitella intrageenisiksi (sijaitsevat isäntägeenien introneissa; viite 14) tai intergeenisiksi (transkriboituvat isäntägeenistä riippumatta ja joilla on transkription säätelyelementit; viite 15). Lisäksi jotkin miRNA:t esiintyvät klustereina ja ne transkriptoidaan polykistronisiksi transkripteiksi (16).

Transkription jälkeen ribonukleaasi III:n kaltainen DROSHA-entsyymi pilkkoo pri-miRNA:n yhdessä mikroprosessorikompleksin alayksikön DGRC8 kanssa 70-nukleotidihiusneularakenteeksi, jota kutsutaan pre-miRNA:ksi (17–20). Exportin 5/GTP:tä sitova ydinproteiini RAN vie pre-miRNA:t sytoplasmaan (21, 22), jossa pre-miRNA:n terminaalinen silmukka pilkkoutuu RNaasi III:n DICER:n ja TRBP:n (tai TARBP2:n) toimesta, jolloin muodostuu { {14}}nukleotidi-miRNA-dupleksi, joka koostuu ohjaus- ja matkustajajuosteista (miRNA:miRNA*, vastaavasti). Seuraavassa vaiheessa miRNA-dupleksi ladataan argonaute-proteiinille (AGO) RISC:n muodostamiseksi (23). Säikeen valinnan ja purkamisen jälkeen matkustajajuoste vapautetaan ja hajoaa (24), kun taas ohjausjuoste pysyy RISC:ssä ja ohjaa kohteen mRNA:n tunnistamista Watson-Crick-emäspariutumisen kautta.

Kuva 1. MiRNA:iden biogeneesi. RNA-polymeraasi II transkriptoi MiRNA:ta koodaavat geenit primääriseksi miRNA:ksi (pri-miRNA). Seuraavaksi RNA:ta sitovan proteiinin DGRC8 ja RNaasi III -entsyymin Drosha muodostama kompleksi pilkkoo pri-miRNA:n muodostaen prekursori-miRNA:n (pre-miRNA), joka viedään sytoplasmaan exportiini 5:n kautta. Sytoplasmaan päästyään Dicer /TRBP-kompleksi pilkkoo pre-miRNA:n vapauttaen kypsää miRNA:ta. Lopuksi kypsä miRNA ladataan RISC:hen, mikä ohjaa kohde-mRNA:n tunnistamista Watson-Crick-emäspariutumisen kautta, mikä huipentuu geenin hiljentymiseen translaation repression tai mRNA:n hajoamisen kautta. DGRC8, DiGeorgen oireyhtymän kriittinen alue 8; RISC, RNA-indusoitu vaimennuskompleksi; TRBP, TAR RNA:ta sitova proteiini. Luotu BioRender.com-sivustolla.

Useimmat tutkimukset osoittavat, että miRNA:iden 5'-päässä oleva domeeni (kutsutaan siemensekvenssiksi, joka ulottuu nukleotidiasemista 2–7) on vuorovaikutuksessa spesifisen alueen kanssa kohde-mRNA:iden 3'-translatoitumattomassa alueella (3'UTR) indusoidakseen translaation repressio ja/tai mRNA:n deadenylaatio ja hajoaminen (3–5). MiRNA:n sitoutumiskohtia on kuitenkin tunnistettu myös muilta alueilta, mukaan lukien 5′UTR (25, 26), koodaavat sekvenssit (27) ja geenipromoottorit (28–30). Vaikka miRNA:t liittyvät ensisijaisesti geenien tukahduttamiseen, miRNA:iden transkription jälkeinen säätely voi myös tapahtua tietyissä olosuhteissa (28, 31–33).

MiRNA-välitteiseen geenisääntelyyn liittyy useita ainutlaatuisia ominaisuuksia (34, 35). Ensinnäkin yksi miRNA voi kohdistaa ja tukahduttaa satoja mRNA:ita, vaikkakin tyypillisesti suhteellisen lievästi kullekin kohteelle. Siten miRNA:iden uskotaan toimivan geeniekspression hienosäätämiseksi. Kuitenkin, koska jokainen mRNA voi sisältää useita sitoutumiskohtia samalle tai eri miRNA:lle, tuloksena oleva yhdistetty vaikutus on tehokkaampi (36–38). Lisäksi yksittäiset miRNA:t tai miRNA-klusterit voivat moduloida useita tietyn signalointireitin komponentteja (39, 40). Toiseksi miRNA-välitteinen repressio tapahtuu suhteellisen nopeasti, koska miRNA: t estävät proteiinisynteesiä ribosomitasolla (41). Kolmanneksi miRNA:t voidaan keskittää spesifisiin subsellulaarisiin osiin säätelemään paikkaspesifistä proteiinin translaatiota (42, 43). Lopuksi pieni osa miRNA:ita hallitsee koko miRNA-poolia eri solutyypeissä, mikä viittaa siihen, että nämä voivat toimia päämiRNA:ina (44). Tämän ajatuksen mukaisesti muutamat yleisimmistä miRNA:ista näyttävät sisältävän suurimman osan AGO-proteiinien välittämästä transkription jälkeisestä säätelystä monissa solutyypeissä (44, 45). Esimerkiksi immortalisoidussa ihmisen alkion munuaissolulinjassa (HEK293T) miRNA:t, jotka ilmentyivät alle 100–1000 lukemaa miljoonassa, eivät osoittaneet suppressoivaa aktiivisuutta käyttämällä korkean suorituskyvyn miRNA-sensorikirjastoa (45).

MiRNA:iden biogeneesi on tiukan avaruudellisen ja ajallisen hallinnan alaisena, jotta varmistetaan sopiva miRNA-ekspressio vasteena erilaisille solusignaaleille. MiRNA:n biogeneesin säätely tapahtuu useilla tasoilla, mukaan lukien transkriptiotekijän sitoutuminen miRNA-geenien tehostajiin ja/tai promoottoreihin, pri-miRNA:iden DROSHA-käsittely, pre-miRNA:iden DICER-käsittely, RNA-metylaatio, miRNA-prekursorien editointi, adenylaatio, uridylaatio, RNA:n hajoaminen ja monet muut mekanismit. Jos haluat perusteellisen arvion, katso Ha ja Kim (46). Äskettäin supertehostajat ovat myös nousseet uudeksi luokkaksi säätelyelementtejä, jotka säätelevät miRNA:n biogeneesiä tehostamalla sekä transkriptiota että DROSHA/DGCR{5}}-välitteistä pri-miRNA-käsittelyä. Yhdessä laajan H3K4me3-allekirjoituksen kanssa supertehostaja-aktiivisuus muotoilee kudosspesifisiä miRNA-ilmentymismalleja ja -toimintoja (47).