Các phương pháp trị liệu phân tử nhỏ mới nổi đối với bệnh Alzheimer và bệnh Parkinson dựa trên các microRNA nhắm mục tiêu

Vai trò của microRNA trong sự tiến triển của các bệnh thoái hóa thần kinh: MicroRNA (miRNA) là các nucleotide RNA nội sinh, không mã hóa và ngắn điều chỉnh biểu hiện gen thông qua ghép nối cơ sở với RNA thông tin được nhắm mục tiêu (mRNA) ở vùng 3′chưa được dịch mã (3′ UTR). Do đó, miRNA đóng vai trò cơ bản trong việc ức chế hoặc làm suy giảm RNA thông tin (Gebert và MacRae, 2019). Hai enzyme ribonuclease (RNase) III kiểm soát quá trình sinh học của miRNA; Drosha và Dicer. Bước đầu tiên trong quá trình sinh học bao gồm sự phân cắt các miRNA sơ cấp (pri-miRNA) trong nhân tế bào bởi Drosha, dẫn đến sự hình thành các tiền miRNA vòng lặp thân ngắn. Sau đó, các tiền miRNA này được vận chuyển đến tế bào chất và được xử lý thêm bởi Dicer, dẫn đến các miRNA trưởng thành (O'Brien et al., 2018).

Nhấp để xem viên nang cistanche tubulosa cho bệnh Alzheimer

Nhiều bệnh có biểu hiện bất thường của miRNA, chẳng hạn như ung thư vú, bệnh bạch cầu, ung thư biểu mô tế bào gan và các bệnh tim mạch và thoái hóa thần kinh. Hơn 2000 miRNA đã được xác định có vai trò chính trong việc phân biệt các tế bào thần kinh, điều này làm nổi bật sự tham gia của miRNA trong các quá trình tế bào thần kinh khác nhau. Tài liệu tiết lộ rằng miRNA có liên quan đến các con đường khác nhau có liên quan trực tiếp đến sự tiến triển của các bệnh thoái hóa thần kinh (Hình 1A). -Synuclein, một loại protein tiền synap có liên quan đến rối loạn thần kinh, là một loại protein bị rối loạn nội tại. Sự tổng hợp của -synuclein để tạo thành các sợi không hòa tan và thể Lewy là một dấu hiệu bệnh lý quan trọng để chẩn đoán các rối loạn thần kinh, chẳng hạn như bệnh Parkinson và bệnh Alzheimer. Sự kết hợp của -synuclein trong các tế bào u nguyên bào thần kinh ở người được thúc đẩy bởi miR-16-1, điều này được cho là do khả năng của miR-16-1 điều chỉnh quá mức protein sốc nhiệt 70. Gần đây, khả năng của miR-153 để điều chỉnh tiêu cực -synuclein đã được chứng minh ở chuột parkinsonia (Cressatti và cộng sự, 2019).

Hơn nữa, việc ức chế miR-34b ở bệnh nhân mắc bệnh Parkinson đã tăng cường biểu hiện của -synuclein trong não người. Tau, một loại protein liên quan đến vi ống, được thể hiện trong não người trưởng thành ở sáu dạng đồng phân. Quá trình tăng phosphoryl hóa bất thường và tập hợp tau thành các sợi cơ trưởng thành được quan sát thấy trong bệnh Alzheimer cũng như các rối loạn thần kinh khác, được gọi là bệnh tauopathies. Quá trình điều hòa ngược của miR-212 và miR-132 đã được phát hiện trong exosome huyết tương có nguồn gốc thần kinh của bệnh nhân mắc bệnh Alzheimer (Cha và cộng sự, 2019). Dựa trên những phát hiện này, việc đánh giá mức độ miR212 và miR-132 trong các túi ngoại bào được coi là một công cụ chẩn đoán đầy hứa hẹn cho bệnh Alzheimer. Nhiều báo cáo đã chứng minh mối liên quan giữa các bệnh thoái hóa thần kinh và rối loạn chức năng trong hoạt động của ty thể, chẳng hạn như sự thay đổi kích thước ty thể, hình dạng thay đổi, sự phân hạch và chuyển động của ty thể). Trong bối cảnh này, miR-27a đã được báo cáo là ngăn chặn biểu hiện của kinase giả định do PTEN gây ra, một serine/threonine kinase của ty thể, là nhân tố chính trong quá trình giảm phân. Do đó, miR-27a đóng vai trò chính trong việc kiểm soát quá trình tự thực của ty thể bị hư hỏng.

Đột biến trong kinase giả định do PTEN gây ra được coi là nguyên nhân chính gây ra bệnh Parkinson do gen lặn nhiễm sắc thể thường. Theo hướng này, miR-494 gây ra tổn thương ty thể và tổn thương tế bào thần kinh do stress oxy hóa bằng cách giảm biểu hiện của protein bệnh Parkinson 7, một chất ức chế tổng hợp -synuclein (Catanesi và cộng sự, 2020). Ngoài ra, miR-455- 3p mới đã chứng minh hoạt động bảo vệ chống lại sự tổng hợp amyloid bằng cách kiểm soát sự biểu hiện của protein phân hạch ty thể và điều chỉnh động lực của ty thể (Kumar et al., 2019). Trong những năm qua, -secretase 1 (BACE1) ngày càng được chú ý như một mục tiêu điều trị quan trọng đối với bệnh Alzheimer. BACE-1, còn được gọi là enzyme cắt protein tiền chất amyloid -site 1, là enzyme tiết ra chính liên quan đến việc sản xuất amyloid-peptide trong não người. Sự tổng hợp và xơ hóa sau đó của các peptide này để tạo thành các mảng amyloid là các đặc điểm chẩn đoán chính của bệnh Alzheimer.

Ngoài ra, nhiều dòng bằng chứng đã chứng minh độc tính thần kinh của các oligome nhỏ của amyloid-peptide. MiR-298 gần đây đã được xác định là chất ức chế BACE1 trong mô hình nuôi cấy tế bào thần kinh của con người cho thấy tiềm năng điều trị của miR298 đối với các bệnh thoái hóa thần kinh (Chopra và cộng sự, 2020). Ngoài ra, biểu thức của BACE-1 được điều chỉnh trực tiếp bởi miR15b, hoạt động bằng cách nhắm mục tiêu BACE1 mRNA 3′-UTR (Gong et al., 2017). Những phát hiện này minh họa rằng miRNA đóng vai trò chính trong việc kiểm soát chức năng của BACE-1 và vai trò của nó trong cơ chế bệnh sinh của các bệnh thoái hóa thần kinh.

Sự phát triển của các phân tử nhỏ cho các bệnh thoái hóa thần kinh dựa trên các miRNA nhắm mục tiêu:

Nhắm mục tiêu các miRNA gây bệnh bằng các phân tử nhỏ đã cho thấy kết quả đầy hứa hẹn trong sàng lọc in vitro cũng như in vivo. Do đó, những nỗ lực nghiên cứu đáng kể đã được hướng tới việc phát triển các chiến lược mới để xác định và thiết kế các phân tử nhỏ có khả năng liên kết miRNA tiềm năng. Tuy nhiên, các chuỗi miRNA ngắn đã cản trở việc xác định các chất kết dính phân tử nhỏ mạnh và chuyển trọng tâm sang nhắm mục tiêu các tiền miRNA với các chuỗi dài hơn. Inforna và Inforna 2.0 là các công cụ được phát triển để xác định các phân tử nhỏ nhắm mục tiêu vào RNA có cấu trúc. Các cách tiếp cận này dựa trên mô típ khai thác (cấu trúc thứ cấp) của RNA dựa trên trình tự của chúng.

Những họa tiết này sau đó được so sánh với cơ sở dữ liệu về các đối tác liên kết phân tử nhỏ của họa tiết RNA đã biết. Sau đó, Inforna báo cáo mô típ trong cơ sở dữ liệu cũng như RNA đích. Informa gần đây đã được sử dụng để xác định hợp chất 1 (Hình 1B) là chất ức chế biểu hiện -synuclein (Zhang và cộng sự, 2020). Hợp chất 1 nhắm mục tiêu -synuclein mARN 5′ UTR và giảm mức a-synuclein bằng cách giảm lượng SNCA mARN được nạp vào các polysome. Gần đây, RIBOTAC (các thể khảm nhắm mục tiêu ribonuclease) đã phát triển thành một lớp phân tử nhỏ mới có thể nhắm mục tiêu các lớp RNA khác nhau, bao gồm cả miRNA và mRNA (Dey và Jaffrey, 2019). Thiết kế của RIBOTAC dựa trên việc liên kết các phân tử gắn RNA với một phân tử nhỏ kích hoạt RNA L, một ribonuclease tiềm ẩn, dẫn đến sự thoái biến của RNA đích.

Phối tử định hướng đa mục tiêu (MTDL) cho các bệnh thoái hóa thần kinh tập trung vào miRNA:

MTDL là các phối tử được thiết kế để can thiệp vào nhiều con đường liên quan đến sự tiến triển của các rối loạn thần kinh do tính năng đa diện của chúng. Thành công đáng chú ý của MTLD trong việc xác định các phân tử nhỏ có hiệu quả in vitro và in vivo trong các mô hình bệnh thoái hóa thần kinh đã dẫn đến những nỗ lực không ngừng trong việc phát triển các công cụ mới để thiết kế MTDL. Trong bối cảnh này, một chiến lược mới để xác định MTDL cho các bệnh thoái hóa thần kinh đã được báo cáo gần đây, dựa trên sự ức chế kép của acetylcholinesterase và quá trình sinh học của miRNA (Gabr và Brogi, 2020). Hợp chất 2 (Hình 1B), một chất ức chế kép acetylcholinesterase và quá trình sinh học của miR-15b, hiệu quả hơn donepezil và anti-miR-15 trong việc bảo vệ các tế bào u nguyên bào thần kinh SH-SY5Y khỏi nhiễm độc tế bào do amyloid-beta gây ra .

Ngoài ra, sự ức chế kép quá trình oligome hóa tau và quá trình sinh học của miRNA liên quan đến sự tiến triển của các rối loạn thần kinh (ví dụ: miRNA-146a) đã được báo cáo là một chiến lược đầy hứa hẹn để thiết kế MTDL (Gabr và Barbault, 2020). Kết quả của phương pháp này cung cấp hợp chất 3 (Hình 1B) có hoạt tính bảo vệ thần kinh vượt trội so với miRNA146a antagomir và MK-886, chất ức chế tổng hợp tau. Các nghiên cứu này minh họa thêm rằng thiết kế của MTDL tập trung vào việc ức chế quá trình sinh học của miRNA đã cho thấy một hồ sơ trị liệu ưu tiên so với phương pháp trị liệu nhắm mục tiêu đơn trị liệu. Do đó, việc sàng lọc thêm kết quả của các phương pháp này bằng cách sử dụng các mô hình bệnh thoái hóa thần kinh in vivo sẽ rất quan trọng để tối ưu hóa trong tương lai

Định hướng tương lai:

Việc phát triển các chiến lược hiệu quả để xác định các phân tử nhỏ có thể liên kết có chọn lọc với miRNA sẽ có tác động đáng kể đến khả năng kiểm soát sự biểu hiện của các protein liên quan đến các bệnh thoái hóa thần kinh. Các chất ức chế phân tử nhỏ của Drosha và Dicer đã được nghiên cứu rộng rãi như là công cụ để ức chế quá trình sinh học của miRNA. Tuy nhiên, nhiều chất ức chế Dicer và Drosha thể hiện ái lực liên kết miRNA suy yếu trong môi trường tế bào cũng như không có khả năng ngăn chặn sự trưởng thành của miRNA.

Những kết quả này được quy cho việc nhắm mục tiêu bừa bãi của các phân tử nhỏ này cũng như sự cạnh tranh của chúng với các đại phân tử khác trong các miRNA liên kết. Do đó, việc thiết lập các phương pháp tiếp cận mới để liên kết có chọn lọc của miRNA là rất đáng mong đợi. Tổng hợp hướng dẫn mục tiêu động học (KTGS) là một phương pháp khám phá thuốc dựa trên phân đoạn, trong đó mục tiêu sinh học chọn các phối tử hai mặt của nó bằng cách lắp ráp chúng từ một nhóm các mảnh phản ứng nhỏ.

Trong KTGS, mục tiêu sinh học tăng tốc sự hình thành liên kết cộng hóa trị giữa các khối xây dựng với các nhóm chức năng phản ứng bổ sung thông qua thời gian cộng hưởng được tăng cường. Sau khi phân ly khỏi mục tiêu, các lần truy cập KTGS có thể được phát hiện trên môi trường bằng phương pháp sắc ký lỏng khối phổ. Một con đường tiềm năng để xác định các chất kết dính chọn lọc của miRNA sẽ là sử dụng KTGS để xác định các chất kết dính phân tử nhỏ của miRNA đích.

Người giới thiệu

Catanesi M, D'Angelo M, Tupone MG, Benedetti E, Giordano A, Castelli V, Cimini A (2020) Rối loạn điều hòa MicroRNA và rối loạn chức năng ty thể trong các bệnh thoái hóa thần kinh. Int J Mol Khoa học 21:5986.

Cha DJ, Mengel D, Mustapic M, Liu W, Selkoe DJ, Kapogiannis D, Galasko D, Rissman RA, Bennett DA, Walsh DM (2019) miR-212 và miR-132 được điều chỉnh giảm trong nguồn gốc thần kinh exosome huyết tương của bệnh nhân Alzheimer. Thần kinh phía trước 13: 1208.

Chopra N, Wang R, Maloney B, Nho K, Beck JS, Pourshafie N, Niculescu A, Saykin AJ, Rinaldi C, Counts SE, Lahiri DK (2020) MicroRNA-298 làm giảm mức protein tiền thân amyloid của con người ( APP), -site enzyme chuyển đổi APP 1 (BACE1) và các gốc protein tau cụ thể.

Mol Psychiatry doi:10.1038/s41380-019- 0610-2.

Cha D, Mengel D, Mustapic M, Liu W, Selkoe D, Kapogiannis D, Galasko D, Rissman R, Gong G, An F, Wang Y, Bian M, Yu LJ, Wei C (2017) miR-15 b ức chế biểu hiện BACE1 trong bệnh Alzheimer lẻ tẻ. Oncotarget 8:91551-91557.

Cressatti M, Song W, Turk AZ, Garabed LR, Benchaya JA, Galindez C, Liberman A, Schipper HM (2019) Biểu hiện Glial HMOX1 thúc đẩy rối loạn điều hòa -synuclein trung ương và ngoại vi và khả năng gây bệnh ở chuột mắc bệnh Parkinson. Glia 67:1730-1744.

Dey SK, Jaffrey SR (2019) RIBOTAC: Phân tử nhỏ nhắm mục tiêu RNA để phân hủy. Cell Chem Biol 26:1047-1049.

Kumar S, Reddy AP, Yin X, Reddy PH (2019) MicroRNA mới-455-3p và tác dụng bảo vệ của nó chống lại quá trình xử lý APP bất thường và nhiễm độc beta amyloid trong bệnh Alzheimer. Biochem Biophys Acta Mol Basis Dis 1865:2428-2440.

O'Brien J, Hayder H, Zayed Y, Peng C (2018) Tổng quan về quá trình sinh học microRNA, cơ chế hoạt động và lưu thông. Mặt trận Endocrinol 9:402.

Gabr MT, Barbault F (2020) Chất kết dính kép đầu tiên của microRNA146a và monomeric tau: Một cách tiếp cận mới cho phương pháp trị liệu đa mục tiêu cho các bệnh thoái hóa thần kinh. Xã Hóa 56:9695-9698.

Gabr MT, Brogi S (2020) Phương pháp tiếp cận đa mục tiêu dựa trên microRNA đối với bệnh Alzheimer: Phát hiện ra chất ức chế kép hàng đầu đối với quá trình sinh học acetylcholinesterase và micro-RNA-15b. J Med Chem 63:9695- 9704.

Gebert LFR, MacRae IJ (2019) Quy định chức năng microRNA ở động vật. Nat Rev Mol Cell Biol 20:21-37.

Zhang P, Park HJ, Zhang J, Junn E, Andrews RJ, Velagapudi SP, Abegg D, Vishnu K, Costales MG, Childs-Disney JL, Adibekian A, Moss WN, Mouradian MM, Disney MD (2020) Bản dịch của nội tại protein a-synuclein bị rối loạn bị ức chế bởi một phân tử nhỏ nhắm vào cấu trúc của nó

để biết thêm thông tin:ali.ma@wecistanche.com