MicroRNA trong sự phát triển và bệnh tật của thận Ⅰ

Giới thiệu

MicroRNA (miRNA) là các RNA không mã hóa nhỏ nội sinh thường có chiều dài 19–22 nucleotide. Bộ gen của con người chứa 1917 tiền chất kẹp tóc được chú thích và 2654 miRNA trưởng thành (1), quy định hơn 60% gen mã hóa protein ở người (2). MiRNA điều chỉnh biểu hiện gen ở cấp độ sau phiên mã, thông qua cả ức chế dịch mã và làm mất ổn định mRNA (3–5). Kể từ khi phát hiện ra chức năng của miRNA được xác định đầu tiên, được chứng minh là điều chỉnh các quyết định về dòng tế bào ở tuyến trùng Caenorhabditis elegans, vào năm 1993 (6, 7), miRNA đã được chứng minh là có khả năng điều chỉnh các quá trình sinh học đa dạng, bao gồmhình thái thận. Rối loạn điều hòa biểu hiện miRNAlàm gián đoạn sự phát triển sớm của thậnvà có liên quan đến cơ chế bệnh sinh của sự phát triểnbệnh thận. Trong Đánh giá này, chúng tôi tóm tắt kiến ​​thức hiện tại về quá trình sinh học, chức năng và nhắm mục tiêu của miRNA. Sau đó chúng tôi tập trung vào vai trò của miRNA trong hình thái thận vàbệnh thận phát triển, bao gồmdị tật bẩm sinhsau đóthận và đường tiết niệu(CAKUT) vàKhối u Wilms. Các lĩnh vực nghiên cứu thú vị khác, bao gồm vai trò của miR NA trong nhiều bệnh thận khác, chẳng hạn như chấn thương thận cấp tính (8–10), bệnh thận đa nang (11) và ghép thận (10), đã được đề cập rộng rãi trong đánh giá gần đây khác. Cuối cùng, chúng tôi kết luận bằng cách thảo luận về tiện ích của miRNA như các dấu ấn sinh học và tác nhân trị liệu mới.

MẤT BAO LÂU ĐỂ CISTANCHE CÓ HIỆU QUẢ CHO BỆNH NHÂN BỆNH THẬN?

sinh học và chức năng của miRNA

Quá trình sinh học của miRNA bắt đầu trong nhân, nơi RNA polymerase II phiên mã các gen mã hóa miRNA thành các bản phiên mã kẹp tóc được gắn mũ và polyadenylat hóa, được đặt tên là miRNA sơ cấp hoặc pri-miRNA (Hình 1) (12, 13). Tùy thuộc vào vị trí bộ gen của chúng, các gen mã hóa miRNA có thể được phân loại là gen nội (nằm trong các intron của gen chủ; tham chiếu 14) hoặc gen liên gen (được phiên mã độc lập với gen chủ và có các yếu tố điều hòa phiên mã của chúng; tham chiếu 15). Ngoài ra, một số miRNA tồn tại thành từng cụm và được phiên mã dưới dạng bản phiên mã đa cistronic (16).

Sau khi phiên mã, prô-miRNA bị phân cắt bởi enzyme DROSHA giống ribonuclease III cùng với tiểu đơn vị phức hợp vi xử lý DGRC8 thành cấu trúc kẹp tóc 70-nucleotide, được gọi là tiền miRNA (17–20). RAN protein hạt nhân liên kết với 5/GTP xuất khẩu xuất khẩu các tiền miRNA sang tế bào chất (21, 22), trong đó tiền miRNA trải qua quá trình phân cắt vòng cuối của nó bởi RNase III DICER và TRBP (hoặc TARBP2) để tạo ra { {14}}song công miRNA nucleotide bao gồm các chuỗi dẫn hướng và chuỗi hành khách (tương ứng là miRNA:miRNA*). Ở bước tiếp theo, song công miRNA được nạp vào protein argonaute (AGO) để tạo thành RISC (23). Sau khi lựa chọn và tháo sợi, sợi hành khách được giải phóng và phân hủy (24), trong khi sợi dẫn hướng vẫn nằm trong RISC và thúc đẩy nhận dạng mRNA mục tiêu thông qua ghép cặp cơ sở Watson-Crick

Hình 1. Quá trình sinh học của miRNA. Các gen mã hóa MiRNA được RNA polymerase II phiên mã thành miRNA chính (pri-miRNA). Tiếp theo, một phức hợp được hình thành bởi protein gắn RNA DGRC8 và enzyme RNase III Drosha sẽ tách prô-miRNA, tạo ra tiền chất miRNA (tiền miRNA), được xuất vào tế bào chất thông qua xuất khẩu 5. Khi ở trong tế bào chất, Dicer Phức hợp /TRBP cắt tiền miRNA, giải phóng miRNA trưởng thành. Cuối cùng, miRNA trưởng thành được nạp vào RISC, thúc đẩy nhận dạng mRNA mục tiêu thông qua ghép cặp bazơ Watson-Crick, đỉnh điểm là làm gen im lặng thông qua ức chế tịnh tiến hoặc suy thoái mRNA. DGRC8, hội chứng DiGeorge vùng nguy kịch 8; RISC, phức hợp im lặng do RNA gây ra; TRBP, protein gắn với RNA TAR. Được tạo bằng BioRender.com.

Hầu hết các nghiên cứu cho thấy rằng vùng ở đầu 5′ của miRNA (được gọi là trình tự hạt, kéo dài từ vị trí nucleotide 2 đến 7) tương tác với một vùng cụ thể ở vùng 3′ chưa được dịch mã (3′UTR) của các mRNA mục tiêu của chúng để tạo ra ức chế tịnh tiến và/hoặc deadenylation và phân rã mRNA (3–5). Tuy nhiên, các vị trí gắn miRNA cũng đã được xác định ở các vùng khác, bao gồm 5′UTR (25, 26), trình tự mã hóa (27) và gen khởi động (28–30). Mặc dù miRNA chủ yếu liên quan đến ức chế gen, nhưng sự điều hòa lên sau phiên mã của miRNA cũng có thể xảy ra trong một số trường hợp nhất định (28, 31–33).

Có một số tính năng độc đáo liên quan đến việc điều hòa gen qua trung gian miRNA (34, 35). Đầu tiên, một miRNA có thể nhắm mục tiêu và ngăn chặn hàng trăm mRNA, mặc dù thường ở mức độ tương đối nhẹ đối với từng mục tiêu. Do đó, miRNA được cho là có chức năng tinh chỉnh biểu hiện gen. Tuy nhiên, vì mỗi mRNA có thể bao gồm nhiều vị trí liên kết cho các miRNA giống nhau hoặc khác nhau nên hiệu ứng kết hợp sẽ mạnh hơn (36–38). Hơn nữa, nhiều thành phần trong một đường dẫn tín hiệu nhất định có thể được điều biến bởi các miRNA hoặc cụm miRNA riêng lẻ (39, 40). Thứ hai, sự ức chế qua trung gian miRNA xảy ra tương đối nhanh, vì miRNA ngăn chặn quá trình tổng hợp protein ở mức ribosome (41). Thứ ba, miRNA có thể tập trung ở các ngăn dưới tế bào cụ thể để điều chỉnh quá trình dịch mã protein tại vị trí cụ thể (42, 43). Cuối cùng, một tập hợp nhỏ miRNA chiếm ưu thế trong tổng số miRNA trong các loại tế bào khác nhau, cho thấy rằng chúng có thể hoạt động như các miRNA chính (44). Để phù hợp với ý tưởng này, một số miRNA phong phú nhất dường như chiếm phần lớn sự điều hòa sau phiên mã qua trung gian protein AGO trong nhiều loại tế bào (44, 45). Ví dụ, trong dòng tế bào thận phôi người bất tử (HEK293T), miRNA được biểu hiện dưới 100–1000 lượt đọc trên một triệu không thể hiện hoạt động ức chế khi sử dụng thư viện cảm biến miRNA thông lượng cao (45).

Quá trình sinh học của miRNA được kiểm soát chặt chẽ về không gian và thời gian để đảm bảo sự biểu hiện miRNA thích hợp để đáp ứng với các tín hiệu tế bào khác nhau. Sự điều hòa sinh học miRNA xảy ra ở nhiều cấp độ, bao gồm liên kết yếu tố phiên mã với chất tăng cường và/hoặc chất xúc tiến của gen miRNA, xử lý DROSHA của các pre-miRNA, xử lý DICER của tiền miRNA, methyl hóa RNA, chỉnh sửa tiền chất miRNA, adenylation, uridylation, Phân rã RNA và nhiều cơ chế khác. Để có đánh giá chuyên sâu, vui lòng tham khảo Hà và Kim (46). Gần đây, các chất siêu tăng cường cũng đã nổi lên như một loại yếu tố điều hòa mới kiểm soát quá trình sinh học miRNA bằng cách tăng cường cả quá trình phiên mã và xử lý pri-miRNA qua trung gian DROSHA/DGCR{5}}. Kết hợp với dấu hiệu H3K4me3 rộng, hoạt động siêu tăng cường định hình các mẫu và chức năng biểu hiện miRNA dành riêng cho mô (47).