mikroRNA: Novo razumijevanje mehanizma djelovanja kod virusnih infekcija i njegov značaj

MikroRNA ili ukratko miRNA (ne treba ih brkati s mRNA ili glasničkom RNA) otkrivene su 1993. i opsežno su proučavane u posljednja dva desetljeća zbog svoje uloge u regulaciji ekspresije gena. miRNA se različito eksprimiraju u različitim tjelesnim stanicama i tkivima. Nedavna istraživanja znanstvenika sa sveučilišta Queen's u Belfastu otkrila su mehaničku ulogu miRNA u regulaciji imunološkog sustava kada su tjelesne stanice izazvane virusima. Ova otkrića dovest će do boljeg razumijevanja bolesti i njihovog iskorištavanja kao mete za novi terapijski razvoj.  

MikroRNK ili miRNA stekli su popularnost tijekom posljednja dva desetljeća zbog svoje uloge u posttranskripcijskim procesima kao što su diferencijacija, metabolička homeostaza, proliferacija i apoptoza ^(1-5). miRNA su mali jednolančani RNK sekvence koje ne kodiraju niti jedan protein. Oni su izvedeni iz većih prekursora, koji su dvolančani RNA. Biogeneza Mirna počinje u jezgri stanice i uključuje stvaranje primarne Mirna prijepisi po RNK polimeraze II nakon čega slijedi podrezivanje primarnog prijepisa kako bi se enzimskim kompleksom oslobodila pre-miRNA ukosnica. Primarni Mirna zatim se izvozi u citoplazmu gdje na njega djeluje DICER (proteinski kompleks koji dalje cijepa pre-miRNA), stvarajući tako zrelu jednolančanu miRNA. Zrela miRNA integrira se kao dio RNA induciranog kompleksa za utišavanje (RISC) i inducira post-transkripcijsko utišavanje gena pričvršćivanjem RISC-a za komplementarne regije, koje se nalaze unutar 3' neprevedenih regija (UTR), u ciljnim mRNA. 

Priča je započela 1993. otkrićem miRNA in C.elegans od strane Leeja i njegovih kolega ⁽⁶⁾. Uočeno je da je LIN-14 protein bio smanjen drugim transkribiranim genom zvanim lin-4 i ta je regulacija bila neophodna za razvoj ličinki u C.elegans u napredovanju od faze L1 do L2. Transkribirani lin-4 rezultirao je nižom regulacijom ekspresije LIN-14 putem komplementarnog vezanja na 3'UTR regiju lin-4 mRNA, uz male izmjene mRNA razine lin-4. U početku se smatralo da je ovaj fenomen isključiv i specifičan za C. elegans, do otprilike 2000. godine, kada su otkriveni u drugim životinjskim vrstama ⁽⁷⁾. Od tada je došlo do poplave istraživačkih članaka koji opisuju otkriće i postojanje miRNA u biljkama i životinjama. Preko 25000 miRNA dosad su otkriveni i za mnoge je točna uloga koju imaju u biologiji organizma još uvijek nedokučiva. 

miRNA ispoljavaju svoje učinke post-transkripcijskim potiskivanjem mRNA vezanjem na komplementarna mjesta u 3' UTR-ima mRNA koju kontroliraju. Jaka komplementarnost označava mRNA za degradaciju, dok slaba komplementarnost ne uzrokuje nikakve promjene u razinama mRNA, ali uzrokuje inhibiciju translacije. Iako je glavna uloga miRNA u transkripcijskoj represiji, oni također djeluju kao aktivatori u rijetkim slučajevima ⁽⁸⁾. miRNA igraju nezamjenjivu ulogu u razvoju organizma regulirajući gene i genske proizvode od embrionalnog stanja do razvoja organa i organskih sustava ^(9-11). Osim njihove uloge u održavanju stanične homeostaze, miRNA su također uključene u razne bolesti kao što je rak (miRNA djelujući i kao aktivatori i kao represori gena), neurodegenerativnih poremećaja i kardiovaskularnih bolesti. Razumijevanje i rasvjetljavanje njihove uloge u raznim bolestima može dovesti do novih otkrića biomarkera s popratnim novim terapijskim pristupima za prevenciju bolesti. miRNA također igraju ključnu ulogu u razvoju i patogenezi infekcija uzrokovanih mikroorganizmima kao što su bakterije i virusi reguliranjem gena imunološkog sustava radi učinkovitog odgovora na bolest. U slučaju virusnih infekcija, interferoni tipa I (IFN alfa i IFN beta) oslobađaju se kao antivirusni citokini koji zauzvrat moduliraju imunološki sustav kako bi pokrenuo borbeni odgovor ⁽¹²). Proizvodnja interferona strogo je regulirana i na razini transkripcije i na razini translacije i igra ključnu ulogu u određivanju antivirusnog odgovora domaćina. Međutim, virusi su se dovoljno razvili da zavaraju stanice domaćina da potisnu ovaj imunološki odgovor, dajući prednost virusu za njegovu replikaciju i na taj način pogoršavajući simptome bolesti. ^{(12, 13)}. Stroga kontrola međudjelovanja između proizvodnje IFN-a od strane domaćina nakon virusne infekcije i njegove supresije od strane zaraznog virusa određuje opseg i trajanje bolesti uzrokovane navedenim virusom. Iako je transkripcijska kontrola proizvodnje IFN-a i srodnih gena stimuliranih IFN-om (ISG) dobro uspostavljena ⁽¹⁴⁾, mehanizam translacijske kontrole još uvijek je ostao nedostižan ⁽¹⁵⁾. 

Nedavna studija istraživača sa Sveučilišta McGill, Kanada i Sveučilište Queens, Belfast pruža mehaničko razumijevanje translacijske kontrole IFN proizvodnja koja naglašava ulogu 4EHP proteina u suzbijanju proizvodnje IFN-beta i uključenosti miRNA, miR-34a. 4EHP smanjuje proizvodnju IFN modulacijom miR-34a induciranog translacijskog utišavanja mRNA Ifnb1. Infekcija RNA virusima i indukcija IFN beta povećavaju razine miR-34a miRNA, pokrećući regulatornu petlju negativne povratne informacije koja potiskuje ekspresiju beta IFN-a putem 4EHP ⁽¹⁶⁾. Ova studija je od velikog značaja u svjetlu trenutne pandemije uzrokovane Covid-19 (infekcija uzrokovana RNA virusom) jer će pomoći u daljnjem razumijevanju bolesti i dovesti do novih načina rješavanja infekcije modulacijom razina miR-34a miRNA korištenjem dizajnerskih aktivatora/inhibitora i testiranjem u kliničkim ispitivanjima za njegove učinke na IFN odgovor. Postoje izvješća o kliničkim ispitivanjima koja su koristila terapiju IFN beta ⁽¹⁷⁾ a ova će studija pomoći razotkriti molekularne mehanizme naglašavajući ulogu miRNA u intrinzičnoj regulaciji translacijskog stroja domaćina za održavanje homeostatskog okoliša. 

Buduća istraživanja i istraživanja takvih i drugih poznatih i novih miRNA zajedno s integracijom ovih otkrića s genomskim, transkriptomskim i/ili proteomskim podacima, ne samo da će poboljšati naše mehaničko razumijevanje staničnih interakcija i bolesti, već će također dovesti do novih Mirna terapije temeljene na iskorištavanju miRNA kao aktivatora (korištenje miRNA kao aktivatora za zamjenu miRNA koji su mutirani ili izbrisani) i antagomiri (koje koriste miRNA kao antagoniste gdje postoji abnormalna regulacija navedene mRNA) za prevalentne i nove bolesti kod ljudi i životinja.  

*** 

Reference  

1. Clairea T, Lamarthée B, Anglicheau D. MikroRNA: male molekule, veliki učinci, Trenutno mišljenje o transplantaciji organa: veljača 2021. – Svezak 26 – Izdanje 1 – str. 10-16. DOI: https://doi.org/10.1097/MOT.0000000000000835  

2. Ambros V. Funkcije životinjskih mikroRNA. Priroda. 2004, 431 (7006): 350–5. DOI: https://doi.org/10.1038/nature02871  

3. Bartel DP. MikroRNA: genomika, biogeneza, mehanizam i funkcija. stanica. 2004, 116 (2): 281–97. DOI: https://10.1016/S0092-8674(04)00045-5  

4. Jansson MD i Lund AH MikroRNA i rak. Molekularna onkologija. 2012, 6 (6): 590-610. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molonc.2012.09.006  

5. Bhaskaran M, Mohan M. MikroRNA: povijest, biogeneza i njihova evoluirajuća uloga u razvoju i bolesti životinja. Veterinar Pathol. 2014;51(4):759-774. DOI: https://doi.org/10.1177/0300985813502820 

6. Rosalind C. Lee, Rhonda L. Feinbaum, Victor Ambros. C. elegans heterokroni gen lin-4 kodira male RNA s antisens komplementarnošću s lin-14, stanica, svezak 75, broj 5,1993, 843., stranice 854-0092, ISSN 8674-XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1016/0092-8674(93)90529-Y 

7. Pasquinelli A., Reinhart B., Slack F. sur. Očuvanje slijeda i vremenske ekspresije neka-7 heterokrona regulatorna RNA. Priroda 408, 86–89 (2000). DOI: https://doi.org/10.1038/35040556 

8. Vasudevan S, Tong Y i Steitz JA. Prebacivanje s potiskivanja na aktivaciju: mikroRNA mogu regulirati translaciju. Znanost  21. prosinca 2007.: sv. 318, broj 5858, str. 1931-1934. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1149460 

9. Bernstein E, Kim SY, Carmell MA, et al. Dicer je bitan za razvoj miša. Nat Genet. 2003.; 35: 215-217. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1253 

10. Kloosterman WP, Plasterk RH. Različite funkcije mikro-RNA u razvoju i bolesti životinja. Dev ćelija. 2006.; 11: 441-450. DOI: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2006.09.009 

11. Wienholds E, Koudijs MJ, van Eeden FJM, et al. Enzim Dicer1 koji proizvodi mikroRNA neophodan je za razvoj zebrice. Nat Genet. 2003.; 35: 217-218. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1251 

12. Haller O, Kochs G i Weber F. Krug odgovora na interferon: Indukcija i supresija patogenim virusima. virusologija. Svezak 344, broj 1, 2006., stranice 119-130, ISSN 0042-6822, DOI: https://doi.org/10.1016/j.virol.2005.09.024 

13. McNab F, Mayer-Barber K, Sher A, Wack A, O'Garra A. Interferoni tipa I u zaraznim bolestima. Nat Rev Immunol. 2015. veljače;15(2):87-103. DOI: https://doi.org/10.1038/nri3787 

14. Apostolou, E., i Thanos, D. (2008). Infekcija virusom inducira interkromosomske asocijacije ovisne o NF-kappa-B koje posreduju u ekspresiji monoalelnog IFN-b gena. Ćelija 134, 85–96. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.05.052   

15. Savan, R. (2014). Post-transkripcijska regulacija interferona i njihovih signalnih puteva. J. Interferon Cytokine Res. 34, 318–329. DOI: https://doi.org/10.1089/jir.2013.0117  

16. Zhang X, Chapat C i sur. mikroRNA posredovana translacijska kontrola antivirusne imunosti pomoću proteina 4EHP koji veže kapu. Molecular Cell 81, 1-14 2021. Objavljeno: 12. veljače 2021. DOI:https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.01.030

17. SCIEU 2021. Interferon-β za liječenje COVID-19: potkožna primjena učinkovitija. Znanstveni europski. Objavljeno 12. veljače 2021. Dostupno na mreži od http://scientificeuropean.co.uk/interferon-β-for-treatment-of-covid-19-subcutaneous-administration-more-effective/ Pristupljeno 14. veljače 2021.  

***