mikroRNS: jauna izpratne par vīrusu infekciju darbības mehānismu un tā nozīmi

MikroRNS jeb īsi sakot miRNS (nejaukt ar mRNS vai messenger RNS) tika atklātas 1993. gadā un ir plaši pētītas pēdējo divu desmitgažu laikā, lai noteiktu to lomu gēnu ekspresijas regulēšanā. miRNS dažādās ķermeņa šūnās un audos tiek ekspresētas atšķirīgi. Nesenie Karalienes universitātes Belfāstas zinātnieku pētījumi ir atklājuši miRNS mehānisko lomu imūnsistēmas regulēšanā, kad ķermeņa šūnas ir pakļautas vīrusiem. Šie atklājumi uzlabos izpratni par slimību un to izmantošanu kā jaunas terapeitiskās attīstības mērķi.  

MikroRNS vai miRNS pēdējo divu desmitgažu laikā ir ieguvuši popularitāti, pateicoties savai lomai pēctranskripcijas procesos, piemēram, diferenciācijā, vielmaiņas homeostāzē, proliferācijā un apoptozē ^(1-5). miRNS ir mazi vienpavediena RNS sekvences, kas nekodē nevienu proteīnu. Tie ir iegūti no lielākiem prekursoriem, kas ir divpavedienu RNS. Bioģenēze no miRNS sākas šūnas kodolā un ietver primārā ģenerēšanu miRNS atšifrējumi ar RNS polimerāze II, kam seko primārā transkripta apgriešana, lai atbrīvotu pre-miRNS matadatu ar enzīmu kompleksu. Primārais miRNS pēc tam tiek eksportēts uz citoplazmu, kur uz to iedarbojas DICER (olbaltumvielu komplekss, kas tālāk šķeļ pre-miRNS), tādējādi veidojot nobriedušu vienpavedienu miRNS. Nobriedusi miRNS integrējas kā daļa no RNS inducētā trokšņa slāpēšanas kompleksa (RISC) un inducē pēctranskripcijas gēnu klusēšanu, piestiprinot RISC komplementārajos reģionos, kas atrodami 3' netranslētajos reģionos (UTR), mērķa mRNS. 

Stāsts sākās 1993. gadā ar atklāšanu miRNS in C. elegāns autors Lī un viņa kolēģi ⁽⁶⁾. Tika novērots, ka LIN-14 proteīnu pazemināja cits transkribēts gēns, ko sauc par lin-4, un šī pazemināšana bija nepieciešama kāpuru attīstībai. C. elegāns pārejot no posma L1 uz L2. Transkribētā lin-4 rezultātā tika samazināta LIN-14 ekspresija, izmantojot komplementāru saistīšanos ar lin-3 4'UTR reģionu mRNS, ar nelielām izmaiņām mRNS lin-4 līmeņi. Sākotnēji tika uzskatīts, ka šī parādība ir ekskluzīva un specifiska C. elegans, līdz aptuveni 2000. gadam, kad tos atklāja citās dzīvnieku sugās ⁽⁷⁾. Kopš tā laika ir bijis daudz pētījumu rakstu, kas apraksta miRNS atklāšanu un esamību gan augos, gan dzīvniekos. Vairāk nekā 25000 XNUMX miRNS ir atklāti līdz šim, un daudziem joprojām ir neskaidra to precīzā loma organisma bioloģijā. 

miRNS iedarbojas, pēc transkripcijas represējot mRNS, saistoties ar komplementārām vietām to kontrolētās mRNS 3' UTR. Spēcīga komplementaritāte iezīmē mRNS degradācijai, savukārt vāja komplementaritāte neizraisa nekādas izmaiņas mRNS līmeņos, bet izraisa translācijas kavēšanu. Lai gan miRNS galvenā loma ir transkripcijas represijās, tās retos gadījumos darbojas arī kā aktivatori ⁽⁸⁾. miRNS ir neaizstājama loma organisma attīstībā, regulējot gēnus un gēnu produktus tieši no embrija stāvokļa līdz orgānu un orgānu sistēmu attīstībai. ^(9-11). Papildus to lomai šūnu homeostāzes uzturēšanā miRNS ir saistītas arī ar dažādām slimībām, piemēram, vēzi.miRNS darbojas gan kā gēnu aktivators, gan represors), neirodeģeneratīviem traucējumiem un sirds un asinsvadu slimībām. Izpratne un noskaidrošana par to lomu dažādās slimībās var novest pie jaunu biomarķieru atklāšanas ar vienlaikus jaunām terapeitiskām pieejām slimību profilaksei. miRNS spēlē arī izšķirošu lomu tādu infekciju attīstībā un patoģenēzē, ko izraisa mikroorganismi, piemēram, baktērijas un vīrusi, regulējot imūnsistēmas gēnus, lai nodrošinātu efektīvu reakciju uz slimību. Vīrusu infekciju gadījumā I tipa interferoni (IFN alfa un IFN beta) izdalās kā pretvīrusu citokīni, kas savukārt modulē imūnsistēmu, lai radītu kaujas reakciju. ⁽¹²). Interferonu ražošana tiek stingri regulēta gan transkripcijas, gan translācijas līmenī, un tai ir galvenā loma saimnieka pretvīrusu reakcijas noteikšanā. Tomēr vīrusi ir pietiekami attīstījušies, lai maldinātu saimniekšūnas, lai tās nomāc šo imūnreakciju, sniedzot vīrusam priekšrocības tā replikācijai un tādējādi pasliktinot slimības simptomus. ^{(12, 13)}. Stingrā kontrole pār mijiedarbību starp saimniekorganisma IFN ražošanu pēc vīrusa infekcijas un tā nomākšanu ar inficējošā vīrusa palīdzību nosaka slimības apjomu un ilgumu, ko izraisījis attiecīgais vīruss. Lai gan IFN ražošanas un saistīto IFN stimulēto gēnu (ISG) transkripcijas kontrole ir labi izveidota ⁽¹⁴⁾, translācijas kontroles mehānisms joprojām ir palicis nenotverams ⁽¹⁵⁾. 

Nesenais pētījums, ko veica pētnieki Makgila Universitātē, Kanādā un Kvīnsas universitāte, Belfāsta nodrošina mehānisku izpratni par translācijas kontroli IFN ražošana, kas izceļ 4EHP proteīna lomu IFN-beta ražošanas nomākšanā un miRNS, miR-34a iesaistīšanā. 4EHP samazina IFN ražošanu, modulējot miR-34a izraisīto Ifnb1 mRNS translācijas klusēšanu. Infekcija ar RNS vīrusiem un IFN beta indukcija palielina miR-34a miRNS līmeni, izraisot negatīvas atgriezeniskās saites regulēšanas cilpu, kas nomāc IFN beta ekspresiju caur 4EHP ⁽¹⁶⁾. Šim pētījumam ir liela nozīme pašreizējās izraisītās pandēmijas dēļ Covid-19 (RNS vīrusa izraisīta infekcija), jo tas palīdzēs labāk izprast slimību un radīs jaunus veidus, kā tikt galā ar infekciju, modulējot miR-34a miRNS līmeni, izmantojot izstrādātus aktivatorus/inhibitorus un pārbaudot tos klīniskajos pētījumos tā ietekmi uz IFN reakciju. Ir ziņots par klīniskiem pētījumiem, kuros tika izmantota IFN beta terapija ⁽¹⁷⁾ un šis pētījums palīdzēs atšķetināt molekulāros mehānismus, izceļot miRNS lomu saimnieka translācijas mašīnas iekšējā regulēšanā homeostatiskās vides uzturēšanai. 

Turpmākie pētījumi un pētījumi par šādiem un citiem zināmiem un topošiem miRNS apvienojumā ar šo atradumu integrāciju ar genoma, transkriptomiskiem un/vai proteomiskiem datiem, tas ne tikai uzlabos mūsu mehānisko izpratni par šūnu mijiedarbību un slimībām, bet arī novedīs pie jauniem miRNS balstītas terapijas, izmantojot miRNS kā aktimirus (izmantojot miRNS kā aktivatorus, lai aizstātu miRNS kas ir mutēti vai dzēsti) un antagomīri (izmantojot miRNS kā antagonistus, ja minētās mRNS tiek regulētas patoloģiski) izplatītām un jaunām cilvēku un dzīvnieku slimībām.  

*** 

Atsauces  

1. Clairea T, Lamarthée B, Anglicheau D. MikroRNS: mazas molekulas, lieli efekti, Pašreizējais viedoklis par orgānu transplantāciju: 2021. gada februāris – 26. sējums – 1. izdevums – 10.–16. lpp. DOI: https://doi.org/10.1097/MOT.0000000000000835  

2. Ambross V. Dzīvnieku mikroRNS funkcijas. Daba. 2004, 431 (7006): 350-5. DOI: https://doi.org/10.1038/nature02871  

3. Bartels DP. MikroRNS: genomika, bioģenēze, mehānisms un funkcija. Šūna. 2004, 116 (2): 281–97. DOI: https://10.1016/S0092-8674(04)00045-5  

4. Jansons MD un Lund AH MikroRNS un vēzis. Molekulārā onkoloģija. 2012, 6 (6): 590-610. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molonc.2012.09.006  

5. Bhaskaran M, Mohan M. MikroRNS: vēsture, bioģenēze un to loma dzīvnieku attīstībā un slimībās. Vet Pathol. 2014;51(4):759-774. DOI: https://doi.org/10.1177/0300985813502820 

6. Rozalinda K. Lī, Ronda L. Feinbauma, Viktors Ambross. C. elegans heterohroniskais gēns lin-4 kodē mazas RNS ar antisensu komplementaritāti ar lin-14, Cell, 75. sējums, 5,1993. izdevums, 843, 854.-0092. lpp., ISSN 8674-XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1016/0092-8674(93)90529-Y 

7. Paskvinelli A., Reinhārts B., Sleks F. un citi. Secības un laika izteiksmes saglabāšana let-7 heterohroniskā regulējošā RNS. daba 408, 86–89 (2000). DOI: https://doi.org/10.1038/35040556 

8. Vasudevan S, Tong Y un Steitz JA. Pārslēgšanās no represijām uz aktivizēšanu: mikroRNS var regulēt tulkošanu. Zinātne  21. gada 2007. decembris: sēj. 318, 5858. izdevums, 1931.-1934.lpp. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1149460 

9. Bernstein E, Kim SY, Carmell MA u.c. Dicer ir būtiska peles attīstībai. Nat Genet. 2003. gads; 35:215–217. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1253 

10. Kloosterman WP, Plasterk RH. Mikro-RNS daudzveidīgās funkcijas dzīvnieku attīstībā un slimībās. Dev Cell. 2006. gads; 11:441–450. DOI: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2006.09.009 

11. Wienholds E, Koudijs MJ, van Eeden FJM u.c. MikroRNS ražojošais enzīms Dicer1 ir būtisks zebrafish attīstībai. Nat Genet. 2003. gads; 35:217–218. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1251 

12. Hallers O, Kohs G un Vēbers F. Interferona atbildes ķēde: patogēnu vīrusu indukcija un nomākšana. Virusoloģija. 344. sējums, 1. izdevums, 2006, 119.–130. lpp., 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. I tipa interferoni infekcijas slimībās. Nat Rev Immunol. 2015. gada februāris; 15(2):87-103. DOI: https://doi.org/10.1038/nri3787 

14. Apostolou, E. un Thanos, D. (2008). Vīrusa infekcija izraisa no NF-kappa-B atkarīgas starphromosomu asociācijas, kas mediē monoalēlisko IFN-b gēna ekspresiju. 134. šūna, 85–96. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.05.052   

15. Savans, R. (2014). Interferonu un to signalizācijas ceļu pēctranskripcijas regulēšana. J. Interferon Cytokine Res. 34, 318–329. DOI: https://doi.org/10.1089/jir.2013.0117  

16. Zhang X, Chapat C et al. MikroRNS mediēta pretvīrusu imunitātes translācijas kontrole ar vāciņu saistošo proteīnu 4EHP. Molecular Cell 81, 1–14, 2021. Publicēts: 12. gada 2021. februārī. DOI:https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.01.030

17. SCIEU 2021. Interferons-β COVID-19 ārstēšanai: efektīvāka subkutāna ievadīšana. Zinātniskais eiropietis. Publicēts 12. gada 2021. februārī. Pieejams tiešsaistē http://scientificeuropean.co.uk/interferon-β-for-treatment-of-covid-19-subcutaneous-administration-more-effective/ Skatīts 14.  

***