MikroRNA'er i nyreudvikling og sygdom Ⅰ
Apr 30, 2024
Introduktion
MikroRNA'er (miRNA'er) er endogene små ikke-kodende RNA'er, der normalt er 19-22 nukleotider lange. Det menneskelige genom indeholder 1917 annoterede hårnåle-prækursorer og 2654 modne miRNA'er (1), som regulerer over 60% af de humane proteinkodende gener (2). MiRNA'er regulerer genekspression på posttranskriptionelt niveau gennem både translationel undertrykkelse og mRNA-destabilisering (3-5). Siden opdagelsen af funktionen af det første identificerede miRNA, som blev vist at regulere celleafstamningsbeslutninger i nematoden Caenorhabditis elegans, i 1993 (6, 7), er miRNA'er blevet påvist at modulere forskellige biologiske processer, bl.a.nyremorfogenese. Dysregulering af miRNA-ekspressionforstyrrer den tidlige nyreudviklingog har været impliceret i patogenesen af udviklingnyresygdomme. I denne anmeldelse opsummerer vi den nuværende viden om miRNA-biogenese, funktion og målretning. Vi fokuserer derefter på miRNAs rolle i nyremorfogenese ogudviklingsmæssige nyresygdomme, herundermedfødte anomalierafnyrer og urinveje(CAKUT) ogWilms tumor. Yderligere interessante forskningsområder, herunder miR NA'ers rolle i en række andre nyresygdomme, såsom akut nyreskade (8-10), polycystisk nyresygdom (11) og nyretransplantation (10), er blevet grundigt behandlet i andre nylige anmeldelser. Til sidst afslutter vi med at diskutere nytten af miRNA'er som potentielt nye biomarkører og terapeutiske midler.
HVOR LANG TAGE DET FOR CISTANCHE AT ARBEJDE FOR NYRESYGDOMSPATIENTER?
miRNA biogenese og funktion
Biogenese af miRNA'er begynder i kernen, hvor RNA-polymerase II transkriberer miRNA-kodende gener til afskærmede og polyadenylerede hårnåle-transkripter, kaldet primære miRNA'er eller pri-miRNA'er (figur 1) (12, 13). Afhængigt af deres genomiske placering kan miRNA-kodende gener klassificeres som intragene (placeret i værtsgeners introns; ref. 14) eller intergene (transskriberet uafhængigt af et værtsgen og har deres transkriptionelle regulatoriske elementer; ref. 15). Derudover findes nogle miRNA'er i klynger og transskriberes som polycistroniske transkripter (16).
Efter transkription spaltes pri-miRNA'et af det ribonuklease III-lignende enzym DROSHA sammen med mikroprocessorkompleksunderenheden DGRC8 til en 70-nukleotid-hårnålestruktur, kaldet en præ-miRNA (17-20). Det eksportin 5/GTP-bindende nukleare protein RAN eksporterer præ-miRNA'erne til cytoplasmaet (21, 22), hvor præ-miRNA'et gennemgår spaltning af dets terminale loop af RNase III DICER og TRBP (eller TARBP2) for at producere en { {14}}nukleotid miRNA duplex bestående af guide- og passagerstrenge (henholdsvis miRNA:miRNA*). I det næste trin indlæses miRNA-dupleksen på et argonaut-protein (AGO) for at danne RISC (23). Efter strengvalg og afvikling frigives passagerstrengen og nedbrydes (24), mens guidestrengen forbliver i RISC'en og driver mål-mRNA-genkendelse gennem Watson-Crick-baseparring
Figur 1. Biogenese af miRNA'er. MiRNA-kodende gener transskriberes af RNA-polymerase II til et primært miRNA (pri-miRNA). Dernæst spalter et kompleks dannet af det RNA-bindende protein DGRC8 og RNase III-enzymet Drosha pri-miRNA'et, hvilket genererer precursor miRNA (pre-miRNA), som eksporteres til cytoplasmaet gennem eksportin 5. Når først i cytoplasmaet, Dicer'en /TRBP-komplekset spalter præ-miRNA'et og frigiver modent miRNA. Til sidst indlæses det modne miRNA på RISC'en, hvilket driver mål-mRNA-genkendelse gennem Watson-Crick-baseparring, hvilket kulminerer med gendæmpning gennem translationel undertrykkelse eller mRNA-nedbrydning. DGRC8, DiGeorge syndrom kritisk region 8; RISC, RNA-induceret lyddæmpningskompleks; TRBP, TAR RNA-bindende protein. Oprettet med BioRender.com.
De fleste undersøgelser viser, at domænet i 5'-enden af miRNA'er (kaldet frøsekvensen, som strækker sig fra nukleotidposition 2 til 7) interagerer med en specifik region ved den 3'-utranslaterede region (3'UTR) af deres mål-mRNA'er for at inducere translationel repression og/eller mRNA-deadenylering og henfald (3-5). Imidlertid er miRNA-bindingssteder også blevet identificeret i andre regioner, herunder 5'UTR (25, 26), kodende sekvenser (27) og genpromotorer (28-30). Selvom miRNA'er primært er forbundet med genundertrykkelse, kan posttranskriptionel opregulering af miRNA'er også forekomme under visse omstændigheder (28, 31-33).
Der er flere unikke træk forbundet med miRNA-medieret genregulering (34, 35). For det første kan et enkelt miRNA målrette og undertrykke hundredvis af mRNA'er, om end typisk i en relativt mild grad for hvert mål. Således menes miRNA'er at fungere til at finjustere genekspression. Men da hvert mRNA kan omfatte flere bindingssteder for de samme eller forskellige miRNA'er, er den resulterende kombinerede effekt mere potent (36-38). Desuden kan flere komponenter inden for en given signalvej moduleres af individuelle miRNA'er eller miRNA-klynger (39, 40). For det andet sker miRNA-medieret undertrykkelse relativt hurtigt, da miRNA'er blokerer proteinsyntese på ribosomniveau (41). For det tredje kan miRNA'er koncentreres i specifikke subcellulære rum for at regulere stedspecifik proteintranslation (42, 43). Endelig dominerer en lille undergruppe af miRNA'er den samlede miRNA-pulje i forskellige celletyper, hvilket tyder på, at disse kan fungere som master miRNA'er (44). I overensstemmelse med denne idé synes nogle få af de mest udbredte miRNA'er at omfatte størstedelen af posttranskriptionel regulering medieret af AGO-proteiner i mange celletyper (44, 45). For eksempel, i en udødeliggjort human embryonal nyrecellelinje (HEK293T), viste miRNA'er, der blev udtrykt under 100-1000 læsninger pr. million, ikke undertrykkende aktivitet ved hjælp af et high-throughput miRNA-sensorbibliotek (45).
Biogenese af miRNA'er er under stram rumlig og tidsmæssig kontrol for at sikre passende miRNA-ekspression som reaktion på forskellige cellulære signaler. Regulering af miRNA-biogenese sker på flere niveauer, herunder transkriptionsfaktorbinding til forstærkere og/eller promotorer af miRNA-gener, DROSHA-behandling af pri-miRNA'er, DICER-behandling af præ-miRNA'er, RNA-methylering, redigering af miRNA-precursorer, adenylering, uridylering, RNA henfald og mange andre mekanismer. For en dybdegående gennemgang henvises til Ha og Kim (46). For nylig er superforstærkere også dukket op som en ny klasse af regulatoriske elementer, der kontrollerer miRNA-biogenese ved at forbedre både transkription og DROSHA/DGCR8-medieret pri-miRNA-behandling. I kombination med en bred H3K4me3-signatur former super-enhancer-aktivitet vævsspecifikke miRNA-ekspressionsmønstre og -funktioner (47).
