MicroRNA ها در توسعه و بیماری کلیه Ⅰ

معرفی

MicroRNA ها (miRNAs) RNA های کوچک درون زا غیر کد کننده هستند که معمولاً 19 تا 22 نوکلئوتید طول دارند. ژنوم انسان شامل 1917 پیش ساز سنجاق سر و 2654 miRNA بالغ است (1) که بیش از 60 درصد از ژن های کد کننده پروتئین انسان را تنظیم می کند (2). MiRNA ها بیان ژن را در سطح پس از رونویسی، از طریق سرکوب ترجمه و بی ثباتی mRNA تنظیم می کنند (3-5). از زمان کشف عملکرد اولین miRNA شناسایی شده، که نشان داده شد تصمیمات مربوط به دودمان سلولی را در نماتد Caenorhabditis elegans تنظیم می کند، در سال 1993 (6، 7)، miRNA ها نشان داده اند که فرآیندهای بیولوژیکی متنوعی را تعدیل می کنند، از جملهمورفوژنز کلیه. اختلال در بیان miRNAرشد اولیه کلیه را مختل می کندو در پاتوژنز رشد نقش داشته استبیماری های کلیوی. در این بررسی، ما دانش فعلی در مورد بیوژنز، عملکرد و هدف‌یابی miRNA را خلاصه می‌کنیم. سپس بر نقش miRNA ها در مورفوژنز کلیه تمرکز می کنیمبیماری های کلیوی رشدی، شاملناهنجاریهای مادرزادیازکلیه و مجاری ادراری(CAKUT) وتومور ویلمز. زمینه های جالب دیگر تحقیقات، از جمله نقش miR NAs در انواع بیماری های کلیوی دیگر، مانند آسیب حاد کلیه (8-10)، بیماری کلیه پلی کیستیک (11)، و پیوند کلیه (10)، به طور گسترده در مورد توجه قرار گرفته است. بررسی های اخیر دیگر در نهایت، با بحث در مورد کاربرد miRNA ها به عنوان نشانگرهای زیستی جدید و عوامل درمانی نتیجه گیری می کنیم.

چه مدت طول می کشد تا سیستانچ برای بیماران مبتلا به بیماری کلیوی کار کند؟

بیوژنز و عملکرد miRNA

بیوژنز miRNA ها در هسته آغاز می شود، جایی که RNA پلیمراز II ژن های رمزکننده miRNA را به رونوشت های سنجاق سر پوشیده شده و پلی آدنیله، به نام miRNA های اولیه یا pri-miRNA رونویسی می کند (شکل 1) (12، 13). بسته به موقعیت ژنومی آنها، ژن‌های رمزکننده miRNA را می‌توان به عنوان درون ژنیک (که در درون اینترون‌های ژن‌های میزبان قرار دارند؛ مرجع 14) یا بین ژنی (مستقل از یک ژن میزبان رونویسی شده و دارای عناصر تنظیم‌کننده رونویسی خود هستند، طبقه‌بندی کرد؛ رفر. 15). علاوه بر این، برخی از miRNA ها به صورت خوشه ای وجود دارند و به عنوان رونوشت های پلی سیسترونیک رونویسی می شوند (16).

پس از رونویسی، pri-miRNA توسط آنزیم شبیه ریبونوکلئاز III DROSHA همراه با زیرواحد پیچیده ریزپردازنده DGRC8 به یک ساختار سنجاق سر نوکلئوتیدی، به نام pre-miRNA (17-20) تقسیم می‌شود. پروتئین هسته ای متصل به 5/GTP صادراتی RAN، pre-miRNA ها را به سیتوپلاسم صادر می کند (21، 22)، جایی که pre-miRNA در حلقه پایانه خود توسط RNase III DICER و TRBP (یا TARBP2) شکسته می شود تا یک { {14}}دوپلکس miRNA نوکلئوتیدی متشکل از رشته های راهنما و مسافر (به ترتیب miRNA:miRNA*). در مرحله بعدی، miRNA duplex بر روی یک پروتئین آرگونات (AGO) بارگذاری می شود تا RISC را تشکیل دهد (23). پس از انتخاب رشته و باز کردن، رشته مسافری آزاد می شود و تخریب می شود (24)، در حالی که رشته راهنما در RISC باقی می ماند و شناسایی mRNA هدف را از طریق جفت شدن پایه Watson-Crick هدایت می کند.

شکل 1. بیوژنز miRNA ها. ژن‌های کدکننده MiRNA توسط RNA پلیمراز II به یک miRNA اولیه (pri-miRNA) رونویسی می‌شوند. در مرحله بعد، یک کمپلکس تشکیل شده توسط پروتئین متصل کننده به RNA DGRC8 و آنزیم RNase III Drosha، pri-miRNA را می شکافد و miRNA پیش ساز (pre-miRNA) را تولید می کند، که از طریق exportin 5 به سیتوپلاسم صادر می شود. هنگامی که در سیتوپلاسم، Dicer در سیتوپلاسم قرار می گیرد. کمپلکس / TRBP پیش-miRNA را می شکند و miRNA بالغ را آزاد می کند. در نهایت، miRNA بالغ بر روی RISC بارگذاری می‌شود و شناسایی mRNA هدف را از طریق جفت‌سازی پایه Watson-Crick هدایت می‌کند، که منجر به خاموش شدن ژن از طریق سرکوب ترجمه یا تخریب mRNA می‌شود. DGRC8، ناحیه بحرانی سندرم دی جورج 8; RISC، کمپلکس خاموش کننده ناشی از RNA؛ TRBP، پروتئین متصل شونده به RNA TAR. ایجاد شده با BioRender.com.

بیشتر مطالعات نشان می‌دهند که دامنه در انتهای 5 miRNAها (که توالی دانه نامیده می‌شود، که از موقعیت‌های نوکلئوتیدی 2 تا 7 امتداد می‌یابد) با یک منطقه خاص در ناحیه ترجمه نشده 3' (3'UTR) mRNA‌های هدف آنها تعامل دارد تا القا کند. سرکوب ترجمه و/یا ددنیلاسیون و فروپاشی mRNA (3-5). با این حال، مکان‌های اتصال miRNA در مناطق دیگر نیز شناسایی شده‌اند، از جمله 5'UTR (25، 26)، توالی‌های کدکننده (27)، و پروموترهای ژن (28-30). اگرچه miRNA ها در درجه اول با سرکوب ژن مرتبط هستند، دخول پس از رونویسی توسط miRNA ها نیز می تواند تحت شرایط خاصی رخ دهد (28، 31-33).

چندین ویژگی منحصر به فرد مرتبط با تنظیم ژن با واسطه miRNA وجود دارد (34، 35). اولاً، یک miRNA می‌تواند صدها mRNA را هدف قرار داده و سرکوب کند، البته معمولاً تا حدی خفیف برای هر هدف. بنابراین، تصور می‌شود که miRNAها برای تنظیم دقیق بیان ژن عمل می‌کنند. با این حال، از آنجایی که هر mRNA می تواند چندین محل اتصال را برای miRNA های مشابه یا متفاوت در بر بگیرد، اثر ترکیبی حاصل قوی تر است (36-38). علاوه بر این، چندین مؤلفه در یک مسیر سیگنال دهی داده شده را می توان توسط miRNA های فردی یا خوشه های miRNA تعدیل کرد (39، 40). دوم، سرکوب با واسطه miRNA نسبتاً سریع رخ می دهد، زیرا miRNA ها سنتز پروتئین را در سطح ریبوزوم مسدود می کنند (41). سوم، miRNA ها را می توان در محفظه های درون سلولی خاص متمرکز کرد تا ترجمه پروتئین خاص سایت را تنظیم کند (42، 43). در نهایت، یک زیرمجموعه کوچک از miRNA ها بر کل مجموعه miRNA ها در انواع مختلف سلول ها تسلط دارند، که نشان می دهد ممکن است به عنوان miRNA های اصلی عمل کنند (44). مطابق با این ایده، به نظر می‌رسد تعداد کمی از فراوان‌ترین miRNA‌ها شامل اکثر مقررات پس از رونویسی با واسطه پروتئین‌های AGO در بسیاری از انواع سلول‌ها می‌شوند (44، 45). به عنوان مثال، در یک رده سلولی کلیوی جنینی انسان جاودانه شده (HEK293T)، miRNAهایی که کمتر از 100 تا 1000 خوانده شده در میلیون بیان شده بودند، با استفاده از یک کتابخانه حسگر miRNA با توان عملیاتی بالا، فعالیت سرکوبگر را نشان ندادند (45).

بیوژنز miRNA ها تحت کنترل مکانی و زمانی دقیق است تا از بیان miRNA مناسب در پاسخ به سیگنال های سلولی مختلف اطمینان حاصل شود. تنظیم بیوژنز miRNA در سطوح مختلفی از جمله اتصال فاکتور رونویسی به تقویت کننده ها و/یا پروموترهای ژن های miRNA، پردازش DROSHA از pri-miRNA ها، پردازش DICER از pre-miRNA ها، متیلاسیون RNA، ویرایش پیش سازهای miRNA، آدنیلاسیون، یوریدیلاسیون، رخ می دهد. فروپاشی RNA و بسیاری از مکانیسم های دیگر. برای بررسی عمیق، لطفاً به ها و کیم (46) مراجعه کنید. اخیراً، فوق‌افزایش‌کننده‌ها نیز به‌عنوان دسته جدیدی از عناصر تنظیم‌کننده که با تقویت رونویسی و پردازش pri-miRNA با واسطه DROSHA/DGCR، بیوژنز miRNA را کنترل می‌کنند، ظهور کرده‌اند. در ترکیب با امضای گسترده H3K4me3، فعالیت فوق تقویت کننده الگوها و عملکردهای بیان miRNA خاص بافت را شکل می دهد (47).