MicroRNA trong sự phát triển và bệnh tật của thận Ⅲ

MiRNA trong khối u Wilms

khối u Wilms,hoặcu nguyên bào thận, là tuổi thơ bình thường nhấtung thư thận, với tỷ lệ mắc là 1 trên 10,000 trẻ em ở Bắc Mỹ (111). Đây chủ yếu là một bệnh lẻ tẻ, mặc dù thể bệnh mang tính chất gia đình xảy ra trong khoảng 1%–2% trường hợp (112, 113). Các khối u Wilms phát sinh từ sự hình thành thận bất thường, trong đó các tế bào tiền thân phôi thai đa năng không thể phân biệt và tồn tạibất thường vào cuộc sống sau sinh(111, 114, 115). Những khối u này có đặc điểm mô học giốngthận phát triểnvới mộthình thái bị gián đoạn(116), và các đột biến gen liên quan đến sự hình thành thận của thai nhi, bao gồm WT1 (117–119), CTNNB1 (120), SIX1/2 (121, 122) và TP53 (123, 124), có liên quan đến khoảng 40% bệnh Khối u Wilms (125). Các nghiên cứu gần đây sử dụng trình tự toàn bộ bộ gen và toàn bộ exome của khối u Wilms đã xác định các đột biến mới ở các gen nguy cơ ung thư (REST, CHEK2, PALB2) (126, 127), các gen mã hóa các protein làm trung gian sửa đổi histone trong quá trình hình thành thận (BCOR, MAP3K4) (126 ) và các gen xử lý miRNA (121, 122, 128, 129).

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

Trong số các gen xử lý miRNA, các đột biến ở DROSHA, DGCR8, DICER1, TARBP2 và XPO5 (mã hóa xuất khẩu 5) đã được báo cáo ở các khối u Wilms được điều trị bằng hóa trị liệu tân bổ trợ và chưa điều trị (Hình 3) (121, 122, 128, 129 ). Khoảng 33% khối u Wilms được kiểm tra biểu hiện những đột biến có hại trong gen của con đường xử lý miRNA (128). Một đột biến điểm nóng tái diễn (E1147K) trong dư lượng liên kết met al (Mg2+) của miền RNase IIIb của DROSHA, dường như chỉ có ở khối u Wilms, loại bỏ hoạt động xúc tác của miền này, dẫn đến kết quả là không đầy đủ. sự phân cắt của các miRNA tiên tiến và sự trưởng thành của miRNA bị giảm (128). Các đột biến điểm nóng soma ảnh hưởng đến miền RNase IIIb của DICER1 làm suy yếu quá trình xử lý các miRNA 5p (những đột biến có nguồn gốc từ nhánh 5′ của kẹp tóc trước miRNA) (129) và thường được coi là đột biến "lần thứ hai" hoạt động song song với DICER1 đột biến dòng mầm để tạo ra khối u Wilms trong hội chứng DICER1 (một rối loạn làm tăng tính nhạy cảm với nhiều loại khối u) (130–132). Vẫn chưa rõ tại sao chức năng DICER1 bị suy giảm trong các khối u Wilms lại dẫn đến sự hình thành thận dai dẳng và bất thường, không giống như sự mất Dicer1 ở các tế bào tiền thân nephron ở chuột, gây ra tăng apoptosis và ngừng sớm quá trình hình thành thận (72–75). Một số khả năng tiềm ẩn bao gồm hoạt động liều lượng gen có thể rất quan trọng trong việc xác định sự sống sót của tế bào hoặc các đột biến trong miền RNase IIIb có thể ảnh hưởng đến tính đặc hiệu của liên kết miRNA bởi DICER1.

Đột biến trong các gen xử lý miRNA có liên quan đến sự điều hòa giảm của các miRNA quan trọng, bao gồm các thành viên của họ miR-200 (121) và họ let-7 (Hình 3) (121, 129). Hãy để-7 miRNA và protein liên kết RNA Lin28 hoạt động phối hợp để kiểm soát thời gian ngừng quá trình hình thành thận ở chuột, có thể thông qua sự điều hòa của gen thúc đẩy tăng trưởng Igf2 (133). Sự biểu hiện quá mức của Lin28 trong quá trình phát triển thận gây ra sự mở rộng của các tế bào tiền thân thận, bằng cách ức chế làn sóng biệt hóa cuối cùng của chúng, dẫn đến sự biến đổi tân sinh rất gợi nhớ đến khối u Wilms ở người (134). Số lượng bản sao DNA của LIN28B tăng lên và sự mất bản sao DNA của let{16}}a lần lượt được thấy ở 25% và 46% mẫu khối u Wilms ở người (126). Phù hợp với những quan sát này, các đột biến dòng mầm trong gen DISL3L2 ở người, mã hóa một exoribonuclease chịu trách nhiệm làm suy giảm các dạng let{22}} đã được xử lý trước, gây ra hội chứng Perlman và khuynh hướng dẫn đến khối u Wilms (135, 136). Hội chứng Perlman là một hội chứng phát triển quá mức bẩm sinh đặc trưng bởi thai to, đa ối, dị dạng khuôn mặt, loạn sản thận và u nguyên bào thận (tổn thương tiền thân của khối u Wilms) (137). Trong số trẻ sơ sinh mắc hội chứng Perlman sống sót qua giai đoạn sơ sinh, 64% phát triển khối u Wilms (138). Điều thú vị là việc mất đi một phần hoặc toàn bộ DISL3L2 được tìm thấy ở khoảng 30% các khối u Wilms lẻ tẻ được kiểm tra (136).

Một nghiên cứu gần đây đã củng cố tầm quan trọng của mạng lưới điều tiết miRNA trong nguyên nhân của khối u Wilms. Các tác giả phát hiện ra rằng gen u tuyến đa hình 1 (PLAG1) là một trong những gen được điều hòa ổn định nhất trong khối u Wilms với các đột biến ở gen xử lý miRNA (125). Biểu hiện ngoài tử cung của PLAG1 ở thận chuột đang phát triển gây ra tân sinh, đi kèm với sự chuyển hoạt của gen mục tiêu của nó, gen gây ung thư khối u Wilms IGF2. miR-16 và miR-34, được điều hòa quá mức trong khối u Wilms, được xác định là những yếu tố điều chỉnh tiềm năng biểu hiện PLAG1 (125). Bảng 2 tóm tắt các nghiên cứu khác đã báo cáo biểu hiện bất thường của các miRNA cụ thể liên quan đến nguyên nhân của khối u Wilms. Điều thú vị là, các miRNA này có thể hoạt động như gen gây ung thư (được gọi là oncomiR) hoặc chất ức chế khối u trong quá trình phát triển khối u Wilms, tùy thuộc vào bản chất của mục tiêu.

MiRNA là dấu ấn sinh học và tác nhân trị liệu tiềm năng

Ngoài vị trí nội bào, miRNA còn hiện diện với số lượng đáng kể trong chất lỏng sinh học, bao gồm máu, huyết tương, nước tiểu, sữa mẹ và nước bọt (139). Các miRNA tuần hoàn này được tìm thấy được đóng gói lâu năm trong các vi hạt (exosome, microvesicles và thể apoptotic) (140, 141), được kết hợp với protein AGO (142) hoặc nucleophosmin 1 (143), hoặc được nạp vào HDL (144), khiến chúng trở nên đặc biệt. ổn định ngay cả trong những điều kiện không thuận lợi, chẳng hạn như sôi, độ pH thay đổi nhiều, bảo quản kéo dài và nhiều chu kỳ đông lạnh (145, 146). Do đó, dấu hiệu miRNA trong chất lỏng sinh học có thể phản ánh mối liên hệ với tình trạng sinh lý hoặc bệnh tật (147). Cùng với nhau, các tính năng này làm cho miRNA lưu hành trở nên hấp dẫn để sử dụng làm dấu ấn sinh học không xâm lấn để chẩn đoán và tiên lượng bệnh.

Các miRNA tuần hoàn có thể được chiết xuất trực tiếp từ dịch sinh học không phân đoạn hoặc các chế phẩm túi ấu trùng ngoại bào bằng cách sử dụng bộ dụng cụ chiết có bán trên thị trường (148) hoặc TRIzol (149). Sau khi phân lập, miRNA có thể được bảo quản ở nhiệt độ -70 độ và duy trì ổn định tới 1 năm (148). Có một số nền tảng có sẵn để lập hồ sơ miRNA, bao gồm lai microarray, qPCR và giải trình tự thế hệ tiếp theo (150). Microarray và qPCR là các phương pháp được sử dụng thường xuyên nhất để nghiên cứu sự biểu hiện của các miRNA đã biết (151). Cả hai phương pháp đều có ưu điểm là sử dụng đơn giản, tương đối nhanh chóng từ ghi nhãn RNA đến tạo dữ liệu và tương đối hiệu quả về mặt chi phí (152). Tuy nhiên, họ dựa vào tính sẵn có và chú thích chính xác của trình tự miRNA trong cơ sở dữ liệu để thiết kế đầu dò và mồi (150). Mặc dù đắt hơn, nhưng trình tự thế hệ tiếp theo cho phép phát hiện đồng thời cả các loài miRNA mới và đã biết và mang lại độ nhạy cao (153). Hơn nữa, độ phân giải nucleotide đơn của giải trình tự thế hệ tiếp theo cho phép xác định isomiR, là các dạng đồng phân miRNA trưởng thành khác với các dạng chuẩn về chiều dài, trình tự hoặc cả hai (154, 155), làm thay đổi tính đặc hiệu nhắm mục tiêu của miRNA ( 156).

Các nghiên cứu đa dạng đã điều tra tiềm năng lưu hành miRNA như là dấu ấn sinh học đối với bệnh thận ở trẻ em (157–160). Ví dụ, một nghiên cứu đã xác định được 14 miRNA được điều hòa tăng đáng kể trong huyết thanh của bệnh nhân có khối u Wilms. Điều thú vị là, chữ ký dựa trên biểu hiện miR-100-5p và miR-130-3p có thể phân biệt những bệnh nhân này với những người đối chứng khỏe mạnh nhờ độ chính xác, độ nhạy và độ đặc hiệu (159). Mặc dù những phát hiện từ nghiên cứu này và nhiều nghiên cứu khác đã mang lại động lực thuyết phục để khám phá tiềm năng lưu hành miRNA dưới dạng dấu ấn sinh học, nhưng một số trở ngại trong lĩnh vực này cần phải được khắc phục trước khi ứng dụng lâm sàng rộng rãi. Đầu tiên, có sự thiếu đồng thuận tương đối giữa các nghiên cứu có thể do thiếu phương pháp tiêu chuẩn hóa để tinh chế (161) và phân tích mẫu (ví dụ: sự khác biệt trong nền tảng định hình miRNA, tài liệu tham khảo 162, 163; hoặc sự khác biệt trong thư viện smRNA-Seq phương pháp chuẩn bị, ref. 164). Thứ hai, là thiếu các nghiên cứu cỡ mẫu lớn và điều tra chi tiết về các vấn đề cụ thể.bệnh tật.Một khía cạnh quan trọng khác là ảnh hưởng của các biến số gây nhiễu như tuổi tác, giới tính và các yếu tố bên ngoài (ví dụ: thuốc lá, rượu, v.v.) trên hồ sơ miRNA vẫn chưa được khám phá đầy đủ (để đánh giá chuyên sâu, vui lòng tham khảo tài liệu tham khảo. 165).

Về mặt điều trị, một số loại thuốc dựa trên miRNA hiện đang được thử nghiệm lâm sàng nhưng chưa được FDA chấp thuận (166, 167). Các phương pháp tiếp cận chính đối với liệu pháp miRNA liên quan đến việc phục hồi nồng độ miRNA bằng cách sử dụng mô phỏng miRNA hoặc ức chế các miRNA cụ thể bằng cách sử dụng antagomiRs (168). Một trong những thách thức liên quan đến sự phát triển của phương pháp trị liệu dựa trên miRNA là việc xác định các ứng cử viên miRNA cho từng bệnh. Bởi vì nhiều miRNA bị rối loạn điều hòa trong mỗi bệnh, nên cần thực hiện phân tích cẩn thận các mẫu bệnh nhân kết hợp với xét nghiệm in vitro và in vivo nhằm giải quyết các cơ chế sinh lý bệnh bị ảnh hưởng bởi miRNA đang được đề cập để thu hẹp các miRNA ứng cử viên cho can thiệp điều trị (168, 169). Một thách thức khác liên quan đến việc phát triển các chiến lược nhằm cải thiện độ ổn định in vivo và khả năng phân phối thuốc cụ thể tại địa điểm với độc tính tối thiểu và tác dụng ngoài mục tiêu. Các phân tử RNA không ổn định về mặt hóa học do sự hiện diện của nhóm 2′-hydroxyl trên vòng pentose. Để mang lại sự ổn định và bảo vệ cao hơn khỏi các nuclease có trong huyết thanh hoặc khoang nội tiết của tế bào, các công ty công nghệ sinh học đã tạo ra các phân tử RNA có biến đổi hóa học (nhóm 2′-O-methyl, photphorothioate hoặc axit nucleic bị khóa) trong xương sống của chúng (166). Đối với việc phân phối in vivo, các công nghệ bao gồm lipid (ví dụ, hạt nano lipid và liposome trung tính) và dendrimer được liên hợp với nhóm mục tiêu, cùng nhiều chiến lược khác. Những thách thức chính liên quan đến hệ thống phân phối miRNA là độc tính miễn dịch và ái lực đặc hiệu của mục tiêu đối với vị trí bệnh (170). Chiến lược phân phối bằng nhiều phương pháp sử dụng khác nhau (trong phúc mạc, tiêm tĩnh mạch và tiêm dưới da) hoặc bằng cách sử dụng các vectơ chứa các chất kích thích đặc hiệu và cảm ứng ở thận đã được sử dụng thành công để nhắm mục tiêu chọn lọc vào thận và tránh các tác dụng phụ tiềm ẩn ở các mô và cơ quan khác (171, 172 ).

Bảng 2. Danh sách miRNA bị thay đổi trong khối u Wilms

Danh sách miRNA, mẫu/mẫu được phân tích, mức độ miRNA quan sát được trong các mẫu/mẫu này so với đối chứng thích hợp, gen mục tiêu, hậu quả của những thay đổi miRNA và tài liệu tham khảo. CAMKK2, protein kinase kinase 2 phụ thuộc vào canxi/calmodulin; CDC7, chu kỳ phân chia tế bào 7; CDH1, cadherin 1; CREB1, protein liên kết với yếu tố phản ứng cAMP 1; EYA1, mắt vắng mặt tương đồng 1; yếu tố phiên mã E2F3, E2F 3; FRS2, chất nền thụ thể FGF 2; Glut1, chất vận chuyển glucose 1; Thụ thể IGF1R, IGF1; Jag1, lởm chởm1; MET, chuyển tiếp trung mô-biểu mô; MKNK1, serine/threonine kinase 1 tương tác MAPK; tương đồng PTEN, phosphatase và tenin; PUMA, p{29}}bộ điều biến tăng cường quá trình apoptosis; p73, protein khối u p73; SIX1, sineoculis homeobox tương đồng 1; TGFBR1, thụ thể TGF 1; WT, khối u Wilms.

Bản tóm tắt

Đã có sự bùng nổ thông tin liên quan đến quá trình sinh học miRNA, sự điều hòa biểu hiện miRNA và chức năng miRNA kể từ lần phát hiện đầu tiên về miRNA vào năm 1993 (6, 7). Điều này đi kèm với sự hiểu biết ngày càng tăng về cách thức hoạt động của miRNA cả trong sinh lý bình thường và sinh lý bệnh của nhiều bệnh. Rõ ràng là sự rối loạn điều hòa biểu hiện miRNA làm gián đoạn sự phát triển sớm của thận và có liên quan đến cơ chế bệnh sinh của các bệnh thận đang phát triển, chẳng hạn như khối u CAKUT và Wilms. Với những phát triển gần đây trong việc sử dụng miRNA làm dấu ấn sinh học và làm mục tiêu thuốc mới, hiểu biết sâu sắc về cách miRNA điều chỉnh sự phát triển của thận và bệnh tật là rất quan trọng để hiểu cách chúng có thể được sử dụng trong các phương pháp chẩn đoán và điều trị mới đối với những bệnh này. Để hiện thực hóa đầy đủ những nỗ lực này, các nghiên cứu trong tương lai xác định chức năng của miRNA cụ thể trong sự phát triển của thận là rất quan trọng, bên cạnh các công nghệ nhằm tối ưu hóa việc nhắm mục tiêu trị liệu bằng oligonucleotide nhỏ tới thận.

Sự nhìn nhận

Phòng thí nghiệm của JH được hỗ trợ bởi các khoản tài trợ từ Viện Tiểu đường, Bệnh tiêu hóa và Thận Quốc gia NIH (R01DK125015 và R01DK102843). DMC được hỗ trợ bởi Giải thưởng Phát triển Nghề nghiệp của Mạng lưới Nghiên cứu Hội chứng Thận hư và Học bổng Sau tiến sĩ của Hội đồng Tư vấn Nghiên cứu Bệnh viện Nhi đồng Pittsburgh. MT được hỗ trợ bởi Chương trình Thực tập Nghiên cứu Mùa hè của Đại học Pittsburgh (R25DK119180). Các số liệu được tạo bằng BioRender.com. Địa chỉ gửi thư tới: Jacqueline Ho, Khoa Thận, Khoa Nhi, Bệnh viện Nhi UPMC Pittsburgh, Trung tâm Nghiên cứu Rangos, 4401 Penn Ave., Pittsburgh, Pennsylvania 15224, Hoa Kỳ. Điện thoại: 412.692.9440; Email: jacqueline.ho2@chp.edu.

1. Kozomara A và cộng sự. miRBase: từ trình tự microRNA đến chức năng. Axit nucleic Res. 2019;47(d1): D155–D162.

2. Friedman RC và cộng sự. Hầu hết các mRNA của động vật có vú là mục tiêu được bảo tồn của microRNA. Bộ gen Res. 2009;19(1):92–105.

3.Ghildiyal M, Zamore PD. RNA im lặng nhỏ: một vũ trụ đang mở rộng. Nat Rev Genet. 2009;10(2):94–108.

4. Djuranovic S, et al. Làm im lặng gen qua trung gian miRNA bằng cách ức chế tịnh tiến, sau đó là quá trình khử và phân rã mRNA.

Khoa học. 2012;336(6078):237–240.

5. Huntzinger E, Izaurralde E. Làm im lặng gen bằng microRNA: góp phần ức chế tịnh tiến và phân rã mRNA. Nat Rev Genet. 2011;12(2):99–110. 6.Lee RC và cộng sự. Gen dị thời lin{7}} của C. Elegans mã hóa các RNA nhỏ có tính chất bổ sung antisense cho lin-14. Tế bào.