رویکردهای درمانی مولکولی کوچک در حال ظهور برای بیماری آلزایمر و بیماری پارکینسون بر اساس MicroRNA های هدفمند

نقش microRNA ها در پیشرفت بیماری های عصبی: MicroRNA ها (miRNA ها) نوکلئوتیدهای درون زا، غیر کدکننده و کوتاه RNA هستند که بیان ژن را از طریق جفت شدن باز با RNA پیام رسان هدف (mRNA) در ناحیه ترجمه نشده 3 (3') تنظیم می کنند. UTR). بنابراین، miRNA ها نقش اساسی در مهار یا تخریب RNA های پیام رسان ایفا می کنند (Gebert and MacRae, 2019). دو آنزیم ریبونوکلئاز (RNase) III بیوژنز miRNA ها را کنترل می کنند. دروشا و دایسر. اولین مرحله در بیوژنز شامل برش miRNA های اولیه (pri-miRNAs) در هسته سلول توسط Drosha است که منجر به تشکیل pre-miRNA های حلقه ساقه کوتاه می شود. متعاقباً، این pre-miRNA ها به سیتوپلاسم منتقل می شوند و توسط Dicer پردازش می شوند و در نتیجه miRNA های بالغ ایجاد می شوند (O'Brien et al., 2018).

کلیک کنید تا کپسول توبولوزا برای بیماری آلزایمر سیستانه شود

بسیاری از بیماری ها بیان غیر طبیعی miRNA ها را نشان می دهند، مانند سرطان سینه، لوسمی، کارسینوم سلول های کبدی، و بیماری های قلبی عروقی و عصبی. بیش از 2000 miRNA شناسایی شده‌اند که نقش‌های کلیدی در تمایز نورون‌ها دارند، که نشان‌دهنده دخالت miRNA در فرآیندهای عصبی مختلف است. ادبیات نشان می دهد که miRNA ها در مسیرهای مختلفی نقش دارند که مستقیماً در پیشرفت بیماری های عصبی دخیل هستند (شکل 1A). سینوکلئین، یک پروتئین پیش سیناپسی که در اختلالات عصبی نقش دارد، یک پروتئین ذاتا اختلال است. تجمع -سینوکلئین برای تشکیل فیبرهای نامحلول و اجسام لوئی یک نشانه پاتولوژیک کلیدی برای تشخیص اختلالات عصبی، مانند بیماری پارکینسون و بیماری آلزایمر است. تجمع -سینوکلئین در سلول‌های نوروبلاستوما انسانی توسط miR-16-1 تقویت می‌شود، که به توانایی miR-16-1 در تنظیم پایین پروتئین شوک حرارتی 70 نسبت داده می‌شود. اخیراً توانایی miR-153 تنظیم منفی سینوکلئین در موش های پارکینسونی نشان داده شده است (Cressatti et al., 2019).

علاوه بر این، مهار miR{0}}b در بیماران مبتلا به بیماری پارکینسون بیان سینوکلئین را در مغز انسان افزایش داد. Tau، یک پروتئین مرتبط با میکروتوبول، در مغز انسان بالغ در شش ایزوفرم بیان می شود. هیپرفسفوریلاسیون و تجمع غیر طبیعی تاو در فیبریل های بالغ در بیماری آلزایمر و همچنین سایر اختلالات عصبی به نام تائوپاتی مشاهده می شود. کاهش تنظیم miR-212 و miR-132 در اگزوزوم های پلاسمایی مشتق شده عصبی بیماران مبتلا به بیماری آلزایمر شناسایی شد (چا و همکاران، 2019). بر اساس این یافته‌ها، ارزیابی سطوح miR212 و miR{7}} در وزیکول‌های خارج سلولی ابزار تشخیصی امیدوارکننده‌ای برای بیماری آلزایمر در نظر گرفته می‌شود. گزارش های متعددی ارتباط بین بیماری های نورودژنراتیو و اختلال عملکرد در دینامیک میتوکندری را نشان داده اند، مانند تغییر در اندازه میتوکندری، شکل تغییر یافته، شکافت- همجوشی و حرکت میتوکندری. در این زمینه، miR{9}a برای سرکوب بیان کیناز 1 احتمالی ناشی از PTEN، یک سرین/ترئونین کیناز میتوکندری، که یک بازیکن کلیدی در میتوفاژی است، گزارش شده است. بنابراین، miR{12}}آ نقش کلیدی در کنترل پاکسازی اتوفاژیک میتوکندری آسیب دیده دارد.

جهش در کیناز 1 احتمالی ناشی از PTEN یکی از عوامل اصلی بیماری پارکینسون اتوزومال مغلوب در نظر گرفته می شود. در امتداد این خطوط، miR{1}} باعث آسیب میتوکندری و آسیب عصبی ناشی از استرس اکسیداتیو با کاهش بیان پروتئین 7 بیماری پارکینسون، یک مهارکننده تجمع -سینوکلئین می‌شود (Catanesi et al., 2020). علاوه بر این، miR{6}} جدید با کنترل بیان پروتئین‌های شکافت میتوکندری و تنظیم دینامیک میتوکندری، فعالیت محافظتی در برابر تجمع آمیلوئید را نشان داد (Kumar et al., 2019). در طول سال های گذشته، سکرتاز 1 (BACE1) به عنوان یک هدف درمانی حیاتی برای بیماری آلزایمر مورد توجه قرار گرفته است. BACE{11}}، همچنین به عنوان آنزیم شکاف دهنده پروتئین پیش ساز آمیلوئیدی سایت 1 شناخته می شود، سکرتراز اصلی است که در تولید پپتیدهای آمیلوئید در مغز انسان نقش دارد. تجمع و فیبریلیزاسیون بعدی این پپتیدها برای تشکیل پلاک های آمیلوئیدی از ویژگی های اصلی تشخیصی بیماری آلزایمر است.

علاوه بر این، چندین خط شواهد سمیت عصبی الیگومرهای کوچک آمیلوئید پپتیدها را نشان داده اند. MiR{1}} اخیراً به عنوان یک سرکوب کننده BACE1 در مدل کشت سلول عصبی انسان شناسایی شده است که پتانسیل درمانی miR298 را برای بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی نشان می‌دهد (چوپرا و همکاران، 2020). علاوه بر این، بیان BACE{5}} مستقیماً توسط miR15b تنظیم می‌شود که با هدف قرار دادن mRNA BACE1 3'-UTR عمل می‌کند (Gong et al., 2017). این یافته ها نشان می دهد که miRNA ها بازیگران کلیدی در کنترل عملکرد BACE{11}} و نقش آن در پاتوژنز بیماری های عصبی هستند.

توسعه مولکول های کوچک برای بیماری های عصبی بر اساس هدف قرار دادن miRNA ها:

هدف قرار دادن miRNA های عامل بیماری با مولکول های کوچک، نتایج امیدوارکننده ای را در شرایط آزمایشگاهی و همچنین غربالگری درون تنی نشان داده است. بنابراین، تلاش‌های تحقیقاتی قابل‌توجهی به سمت توسعه استراتژی‌های جدید برای شناسایی و طراحی مولکول‌های کوچک با قابلیت اتصال miRNA هدایت شده است. با این حال، توالی های کوتاه miRNA ها مانع از شناسایی اتصال دهنده های مولکولی کوچک قوی شده و تمرکز را به سمت هدف قرار دادن پیش miRNA ها با توالی های طولانی تر تغییر داده است. Inforna و Inforna 2.{4}} ابزارهایی هستند که برای شناسایی مولکول های کوچکی که RNA های ساختار یافته را هدف قرار می دهند توسعه یافته اند. این رویکردها بر اساس نقوش کاوی (ساختارهای ثانویه) RNA ها بر اساس توالی آنها است.

سپس این نقوش با پایگاه داده ای از شرکای اتصال مولکول کوچک موتیف RNA مقایسه می شوند. سپس Inforna موتیف را در پایگاه داده و همچنین RNA هدف را گزارش می دهد. اطلاعات اخیراً در شناسایی ترکیب 1 (شکل 1B) به عنوان یک مهارکننده بیان سینوکلئین مورد استفاده قرار گرفته است (ژانگ و همکاران، 2020). ترکیب 1 mRNA 5' UTR -سینوکلئین را هدف قرار می دهد و با کاهش مقدار mRNA SNCA بارگذاری شده در پلی زوم، سطوح a-synuclein را کاهش می دهد. اخیراً، RIBOTACs (کایمراهای هدف‌دار ریبونوکلئاز) به‌عنوان یک کلاس جدید از مولکول‌های کوچک تکامل یافته‌اند که می‌توانند طبقات مختلف RNA، از جمله miRNA ها و mRNA ها را هدف قرار دهند (دی و جافری، 2019). طراحی RIBOTAC ها بر اساس پیوند مولکول های متصل به RNA به یک مولکول کوچک است که RNA L، یک ریبونوکلئاز نهفته را فعال می کند، که منجر به تخریب RNA هدف می شود.

لیگاندهای هدایت شده چند هدفه (MTDLs) برای بیماری های تخریب کننده عصبی متمرکز بر miRNA ها:

MTDLها لیگاندهایی هستند که به دلیل ویژگی چندوجهی خود برای تداخل در مسیرهای متعدد درگیر در پیشرفت اختلالات عصبی طراحی شده اند. موفقیت چشمگیر MTLD ها در شناسایی مولکول های کوچک با کارایی in vitro و in vivo در مدل های بیماری های عصبی منجر به تلاش های مستمر در توسعه ابزارهای جدید برای طراحی MTDL شده است. در این زمینه، اخیراً یک استراتژی جدید برای شناسایی MTDL برای بیماری‌های عصبی گزارش شده است که مبتنی بر مهار دوگانه استیل کولین استراز و بیوژنز miRNA ها است (گابر و بروگی، 2020). ترکیب 2 (شکل 1B)، یک مهارکننده دوگانه استیل کولین استراز و بیوژنز miR{3}}b، در محافظت از سلول‌های نوروبلاستوما SH-SY5Y در برابر سمیت سلولی ناشی از آمیلوئید بتا از دونپزیل و anti-miR{5} کارآمدتر بود. .

علاوه بر این، مهار دوگانه الیگومریزاسیون تاو و بیوژنز miRNA های دخیل در پیشرفت اختلالات عصبی (به عنوان مثال miRNA{0}}a) به عنوان یک استراتژی امیدوارکننده برای طراحی MTDL گزارش شده است (Gabr and Barbault, 2020). نتیجه این رویکرد ترکیب 3 را ارائه کرد (شکل 1B) که دارای فعالیت محافظت کننده عصبی برتر نسبت به miRNA146a آنتاگومیر و MK{5}}، یک مهارکننده تجمع تاو است. این مطالعات بیشتر نشان می‌دهد که طراحی MTDL‌های متمرکز بر مهار بیوژنز miRNA‌ها در مقایسه با درمان‌های تک‌هدف‌شده، یک پروفایل درمانی ترجیحی نشان داده است. بنابراین، غربالگری بیشتر نتیجه این رویکردها با استفاده از مدل‌های in vivo بیماری‌های عصبی برای بهینه‌سازی آینده حیاتی خواهد بود.

دستورالعمل های آینده:

توسعه استراتژی‌های کارآمد برای شناسایی مولکول‌های کوچکی که می‌توانند به‌طور انتخابی به miRNA‌ها متصل شوند، تأثیر قابل‌توجهی بر توانایی کنترل بیان پروتئین‌های دخیل در بیماری‌های عصبی خواهد داشت. مهارکننده های مولکولی کوچک Drosha و Dicer به طور گسترده به عنوان ابزاری برای مهار بیوژنز miRNA ها مورد مطالعه قرار گرفته اند. با این حال، مهارکننده‌های متعدد Dicer و Drosha میل ترکیبی اتصال miRNA را در محیط سلولی و همچنین ناتوانی در مسدود کردن بلوغ miRNA را نشان می‌دهند.

این نتایج به هدف گیری بی رویه این مولکول های کوچک و همچنین رقابت آنها با سایر درشت مولکول ها در اتصال miRNA ها نسبت داده می شود. بنابراین، ایجاد رویکردهای جدید برای اتصال انتخابی miRNA ها بسیار مطلوب است. سنتز هدایت شده با هدف جنبشی (KTGS) یک رویکرد کشف دارو مبتنی بر قطعه است که در آن یک هدف بیولوژیکی لیگاندهای دوتایی خود را با مونتاژ آنها از مجموعه ای از قطعات کوچک واکنشی انتخاب می کند.

در KTGS، هدف بیولوژیکی تشکیل پیوند کووالانسی بین بلوک‌های ساختمانی با گروه‌های عملکردی واکنشی مکمل را از طریق افزایش زمان تشدید تسریع می‌کند. پس از جدا شدن از هدف، ضربه های KTGS را می توان با کروماتوگرافی مایع-طیف سنجی جرمی در رسانه تشخیص داد. یک مسیر بالقوه برای شناسایی بایندرهای انتخابی miRNA ها، استفاده از KTGS برای شناسایی بایندرهای مولکولی کوچک miRNA هدف است.

منابع

Catanesi M، D'Angelo M، Tupone MG، Benedetti E، Giordano A، Castelli V، Cimini A (2020) اختلال در تنظیم MicroRNA و اختلال عملکرد میتوکندری در بیماری‌های عصبی. Int J Mol Sci 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 و miR-132 در مشتقات عصبی کاهش می‌یابند. اگزوزوم های پلاسمایی بیماران آلزایمر. Neurosci جلو 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{1}} سطوح پروتئین پیش ساز آمیلوئید انسانی را کاهش می دهد ( APP)، آنزیم تبدیل کننده 1-سایت APP (BACE1) و بخش های خاص پروتئین تاو.

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 بیان BACE1 را در بیماری آلزایمر پراکنده سرکوب می کند. Oncotarget 8:{4}}.

Cressatti M، Song W، Turk AZ، Garabed LR، Benchaya JA، Galindez C، Liberman A، Schipper HM (2019) بیان HMOX1 گلیال باعث اختلال در تنظیم و بیماری زایی سینوکلئین مرکزی و محیطی در موش های پارکینسونی می شود. گلیا 67:{4}}.

Dey SK، Jaffrey SR (2019) RIBOTACs: RNA هدف مولکولی کوچک برای تجزیه. Cell Chem Biol 26:1047-1049.

Kumar S, Reddy AP, Yin X, Reddy PH (2019) microRNA-455-3 جدید و اثر محافظتی آن در برابر پردازش غیرعادی APP و سمیت بتا آمیلوئید در بیماری آلزایمر. Biochem Biophys Acta Mol Basis Dis 1865: 2428-2440.

O'Brien J, Hayder H, Zayed Y, Peng C (2018) مروری بر بیوژنز microRNA، مکانیسم‌های اعمال و گردش خون. اندوکرینول جلو 9:402.

Gabr MT، Barbault F (2020) اولین اتصال دهنده دوگانه microRNA146a و مونومر تاو: یک رویکرد جدید برای درمان های چند هدفه برای بیماری های عصبی. Chem Commun 56:9695-9698.

Gabr MT، Brogi S (2020) رویکرد چند هدفی مبتنی بر میکرو RNA برای بیماری آلزایمر: کشف اولین بازدارنده دوگانه کلاس استیل کولین استراز و بیوژنز میکرو RNA{5}}. J Med Chem 63:9695- 9704.

Gebert LFR، MacRae IJ (2019) تنظیم عملکرد microRNA در حیوانات. 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) ترجمه ذاتی پروتئین آشفته a-synuclein توسط یک مولکول کوچک که ساختار آن را هدف قرار می دهد مهار می شود

برای اطلاعات بیشتر:ali.ma@wecistanche.com