MicroRNAs في تطوير الكلى والأمراض Ⅲ

MiRNAs في ورم ويلمز

ورم ويلمز,أوورم أرومي كلوي، وهي الطفولة الأكثر شيوعاًسرطان الكلى، مع حدوث 1 من كل 10،000 أطفال في أمريكا الشمالية (111). وهو في المقام الأول مرض متفرقة، على الرغم من أن الأشكال العائلية تحدث في حوالي 1٪ -2٪ من الحالات (112، 113). تنشأ أورام ويلمز من تكوين الكلية الشاذ، حيث تفشل السلائف الكلوية الجنينية متعددة القدرات في التمايز وتستمربشكل غير طبيعي في حياة ما بعد الولادة(111، 114، 115). هذه الأورام متشابهة تشريحياتطوير الكلىمعالتشكل المضطرب(116)، والطفرات في الجينات المشاركة في تكون الكلية الجنينية، بما في ذلك WT1 (117-119)، CTNNB1 (120)، SIX1/2 (121، 122)، وTP53 (123، 124)، ترتبط بحوالي 40٪ من أورام ويلمز (125). حددت الدراسات الحديثة التي استخدمت تسلسل الجينوم الكامل والإكسوم الكامل لأورام ويلمز طفرات جديدة في جينات خطر الإصابة بالسرطان (REST، CHEK2، PALB2) (126، 127)، الجينات التي تشفر البروتينات التي تتوسط تعديلات الهيستون أثناء تكوين الكلية (BCOR، MAP3K4) (126) )، وجينات معالجة ميرنا (121، 122، 128، 129).

ما هي المدة التي يستغرقها عمل CISTANCHE لمرضى أمراض الكلى؟

من بين جينات معالجة miRNA، تم الإبلاغ عن حدوث طفرات في DROSHA، وDGCR8، وDICER1، وTARBP2، وXPO5 (يرمز للتصدير 5) في أورام ويلمز الساذجة والمعالجة بالعلاج الكيميائي الجديد (الشكل 3) (121، 122، 128، 129). ). حوالي 33% من أورام ويلمز التي تم فحصها تظهر طفرات ضارة في جينات مسار معالجة miRNA (128). طفرة النقطة الساخنة المتكررة (E1147K) في بقايا الربط (Mg 2+) في مجال RNase IIIb في DROSHA، والتي يبدو أنها فريدة من نوعها بالنسبة لورم ويلمز، تلغي النشاط التحفيزي لهذا المجال، مما يؤدي إلى عدم اكتمال انقسام الـ pri-miRNAs وانخفاض نضج الـ miRNA (128). طفرات النقاط الساخنة الجسدية التي تؤثر على مجال RNase IIIb في DICER1 تُضعف معالجة 5p miRNAs (تلك المشتقة من الذراع 5′ من دبوس الشعر ما قبل miRNA) (129) وغالبًا ما توجد على أنها طفرات "الضربة الثانية" التي تعمل جنبًا إلى جنب مع DICER1 طفرات السلالة الجرثومية للحث على تكوين ورم ويلمز في متلازمة DICER1 (اضطراب يزيد من القابلية للإصابة بمجموعة متنوعة من الأورام) (130-132). لا يزال من غير الواضح لماذا يؤدي ضعف وظيفة DICER1 في أورام ويلمز إلى تكوين الكلية المستمر والشاذ، على عكس فقدان Dicer1 في أسلاف النيفرون في الفأر، والذي يسبب زيادة موت الخلايا المبرمج والتوقف المبكر لتكوين الكلية (72-75). تتضمن بعض الاحتمالات المحتملة أن نشاط جرعة الجينات قد يكون حاسمًا في تحديد بقاء الخلية أو أن الطفرات في مجال RNase IIIb قد تؤثر على خصوصية ربط miRNA بواسطة DICER1.

ترتبط الطفرات في جينات معالجة miRNA بتخفيض تنظيم miRNAs المهمة، بما في ذلك أعضاء miR-200 (121) وعائلات Let-7 (الشكل 3) (121، 129). دع -7 miRNAs وبروتين Lin28 المرتبط بالـ RNA يعملان بشكل متضافر للتحكم في توقيت توقف تكوين الكلية الفأري، ربما عن طريق تنظيم الجين المعزز للنمو Igf2 (133). يؤدي الإفراط في التعبير عن Lin28 أثناء نمو الكلى إلى توسع السلفيات الكلوية، عن طريق تثبيط الموجة النهائية من التمايز، والتي تبلغ ذروتها في التحول الورمي الذي يذكرنا إلى حد كبير بورم ويلمز البشري (134). تمت ملاحظة زيادة عدد نسخ الحمض النووي لـ LIN28B وفقدان نسخة الحمض النووي للـ Let-7a في 25% و46% من عينات ورم ويلمز البشرية، على التوالي (126). تمشيا مع هذه الملاحظات، فإن طفرات السلالة الجرثومية في جين DISL3L2 البشري، الذي يشفر نوكلياز خارجي مسؤول عن تحلل أشكال المعالجة المسبقة من Let-7، تسبب متلازمة بيرلمان والاستعداد لورم ويلمز (135، 136). متلازمة بيرلمان هي متلازمة فرط النمو الخلقي تتميز بالعملقة، وتعدد السوائل، وخلل في شكل الوجه، وخلل التنسج الكلوي، والورم الأرومي الكلوي (آفة مقدمة لورم ويلمز) (137). من بين الرضع المصابين بمتلازمة بيرلمان والذين بقوا على قيد الحياة بعد فترة ما بعد الولادة، يصاب 64% منهم بورم ويلمز (138). ومن المثير للاهتمام أنه تم العثور على عمليات حذف كاملة أو جزئية لـ DISL3L2 في حوالي 30% من أورام ويلمز المتفرقة التي تم فحصها (136).

عززت دراسة حديثة أهمية الشبكة التنظيمية ميرنا في مسببات ورم ويلمز. وجد الباحثون أن جين الورم الحميد متعدد الأشكال 1 (PLAG1) هو أحد الجينات الأكثر تنظيمًا باستمرار في أورام ويلمز مع حدوث طفرات في جينات معالجة miRNA (125). يؤدي التعبير خارج الرحم عن PLAG1 في كلية الفأر النامية إلى ظهور الأورام، والتي تكون مصحوبة بمعاملات الجين المستهدف، وهو الجين الورمي IGF2 الخاص بورم ويلمز. تم تحديد miR-16 وmiR-34، اللتين يتم تنظيمهما في أورام ويلمز، كمنظمين محتملين لتعبير PLAG1 (125). يلخص الجدول 2 الدراسات الأخرى التي أبلغت عن تعبير شاذ عن miRNAs محددة مرتبطة بمسببات ورم ويلمز. ومن المثير للاهتمام أن هذه miRNAs يمكن أن تعمل كجينات مسرطنة (تسمى oncomiRs) أو مثبطات للورم في سياق تطور ورم ويلمز، اعتمادًا على طبيعة أهدافها.

MiRNAs كمؤشرات حيوية محتملة وعوامل علاجية

وبصرف النظر عن موقعها داخل الخلايا، فإن miRNAs موجودة أيضًا بكميات كبيرة في السوائل البيولوجية، بما في ذلك الدم والبلازما والبول وحليب الثدي واللعاب (139). تم العثور على هذه miRNAs المنتشرة معبأة في جسيمات دقيقة (إكسوسومات، حويصلات دقيقة، وأجسام موت الخلايا المبرمج) (140، 141)، مترافقة مع بروتينات AGO (142) أو بروتينات النيوكليوفوسمين 1 (143)، أو محملة في HDL (144)، مما يجعلها بشكل ملحوظ. مستقر حتى في ظل الظروف غير المواتية، مثل الغليان، والتغيرات الشديدة في الرقم الهيدروجيني، والتخزين الممتد، ودورات التجميد والذوبان المتعددة (145، 146). وبالتالي، فإن بصمات miRNA في السوائل البيولوجية يمكن أن تعكس الارتباطات مع الحالات الفسيولوجية أو المرضية (147). تعمل هذه الميزات معًا على جعل miRNAs المنتشرة جذابة للاستخدام كمؤشرات حيوية غير جراحية لتشخيص المرض والتشخيص.

يمكن استخلاص miRNAs المنتشرة مباشرة من السوائل البيولوجية غير المجزأة أو مستحضرات الحويصلة اللاربية خارج الخلية باستخدام مجموعات الاستخراج المتاحة تجاريًا (148) أو TRIzol (149). عند العزل، يمكن تخزين miRNAs عند -70 درجة وتبقى مستقرة لمدة تصل إلى سنة واحدة (148). هناك العديد من المنصات المتاحة لتنميط miRNA، بما في ذلك تهجين المصفوفات الدقيقة، وqPCR، وتسلسل الجيل التالي (150). تعد Microarray و qPCR من المنهجيات الأكثر استخدامًا للتحقيق في التعبير عن miRNAs المعروفة (151). تتميز كلتا الطريقتين بكونهما سهل الاستخدام، وسريعين نسبيًا بدءًا من وضع العلامات على الحمض النووي الريبي (RNA) وحتى توليد البيانات، كما أنهما فعالان نسبيًا من حيث التكلفة (152). ومع ذلك، فإنهم يعتمدون على التوفر والشرح الدقيق لتسلسلات miRNA في قواعد البيانات لتصميم المسبار والتمهيدي (150). على الرغم من أنه أكثر تكلفة، فإن تسلسل الجيل التالي يسمح بالكشف المتزامن لكل من أنواع miRNA المعروفة والجديدة ويوفر حساسية عالية (153). علاوة على ذلك، فإن دقة النوكليوتيدات المفردة لتسلسل الجيل التالي تمكن من تحديد isomiRs، وهي أشكال إسوية ميرنا ناضجة تختلف عن تلك الأساسية في الطول أو التسلسل أو كليهما (154، 155)، والتي تغير خصوصية استهداف miRNA ( 156).

لقد بحثت دراسات متنوعة في إمكانية تعميم miRNAs كمؤشرات حيوية لأمراض الكلى لدى الأطفال (157-160). على سبيل المثال، حددت إحدى الدراسات 14 miRNAs التي تم تنظيمها بشكل كبير في مصل المرضى الذين يعانون من ورم ويلمز. ومن المثير للاهتمام أن التوقيع المعتمد على تعبير miR-100-5p وmiR-130-3p يمكن أن يميز هؤلاء المرضى عن الضوابط الصحية بدقة وحساسية وخصوصية (159). على الرغم من أن نتائج هذه الدراسة والعديد من الدراسات الأخرى قد وفرت دافعًا مقنعًا لاستكشاف إمكانية تعميم miRNAs كمؤشرات حيوية، إلا أنه يجب التغلب على العديد من العقبات في هذا المجال قبل التطبيق السريري على نطاق واسع. أولاً، هناك نقص نسبي في التوافق بين الدراسات بسبب عدم وجود منهجية موحدة للتنقية (161) وتحليل العينات (على سبيل المثال، الاختلافات في منصات تحديد سمات miRNA، المرجعان 162، 163؛ أو الاختلافات في مكتبة smRNA-Seq). طرق التحضير، المرجع 164). ثانيا، هو عدم وجود دراسات ذات حجم عينة كبيرة وتحقيقات مفصلة عن محددةالأمراض.جانب آخر مهم هو أن تأثير المتغيرات المربكة مثل العمر والجنس والعوامل الخارجية (مثل التبغ والكحول وما إلى ذلك) على ملفات تعريف ميرنا لم يتم استكشافه بالكامل (للحصول على مراجعة متعمقة، يرجى الرجوع إلى المرجع. 165).

على الجانب العلاجي، توجد حاليًا العديد من الأدوية المعتمدة على miRNA في التجارب السريرية ولكن لم يتم منحها موافقة إدارة الغذاء والدواء بعد (166، 167). تتضمن الأساليب الرئيسية لعلاج miRNA استعادة مستويات miRNA باستخدام مقلدات miRNA، أو تثبيط miRNAs معينة باستخدام antigomiRs (168). أحد التحديات المرتبطة بتطوير العلاجات المعتمدة على ميرنا هو تحديد المرشحين ميرنا لكل مرض. نظرًا لعدم تنظيم miRNAs المتعددة في كل مرض، يجب إجراء تحليل دقيق لعينات المرضى بالاشتراك مع فحوصات في المختبر وفي الجسم الحي تتناول الآليات الفيزيولوجية المرضية المتأثرة بـ miRNAs المعنية لتضييق نطاق miRNAs المرشحة للتدخل العلاجي (168، 169). التحدي الآخر ينطوي على تطوير استراتيجيات لتحسين استقرار الجسم الحي وتوصيل الأدوية الخاصة بالموقع مع الحد الأدنى من السمية والتأثيرات غير المستهدفة. جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) غير مستقرة كيميائيا بسبب وجود مجموعة 2'-هيدروكسيل على الحلقة البنتوزية. لتوفير مستوى أعلى من الاستقرار والحماية من النيوكلياز الموجودة في المصل أو الحيز الداخلي للخلايا، قامت شركات التكنولوجيا الحيوية بتوليد جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) مع تعديلات كيميائية (مجموعة ميثيل 2′-O، أو فوسفوروثيوات، أو الأحماض النووية المقفلة) في العمود الفقري لها (166). أما بالنسبة للتسليم في الجسم الحي، فتشمل التقنيات المعتمدة على الدهون (على سبيل المثال، الجسيمات الدهنية النانوية والجسيم الشحمي المحايد) والتشعبات المرتبطة بجزء استهداف، من بين العديد من الاستراتيجيات الأخرى. التحديات الرئيسية المرتبطة بأنظمة توصيل miRNA هي السمية المناعية والتقارب المستهدف تجاه موقع المرض (170). تم استخدام استراتيجيات التوصيل بطرق مختلفة للتناول (الحقن داخل الصفاق، والوريد، وتحت الجلد) أو باستخدام ناقلات تحتوي على محفزات خاصة بالكلى ومحفزة لاستهداف الكلى الانتقائي ولتجنب الآثار الضارة المحتملة في الأنسجة والأعضاء الأخرى (171، 172). ).

الجدول 2. قائمة miRNAs التي تم تغييرها في ورم ويلمز

قائمة miRNAs، والعينات/العينات التي تم تحليلها، ومستويات miRNA التي لوحظت في هذه العينات/العينات مقارنة مع الضوابط المناسبة، والجينات المستهدفة، وعواقب تغييرات miRNA، والمراجع. CAMKK2، بروتين كيناز كيناز 2 المعتمد على الكالسيوم/الهيمودولين؛ CDC7، دورة انقسام الخلايا 7؛ CDH1، كادهيرين 1؛ CREB1 ، بروتين ربط عنصر الاستجابة لـ cAMP 1 ؛ EYA1، عيون متماثلة غائبة 1؛ E2F3، عامل النسخ E2F 3؛ FRS2، الركيزة مستقبلات FGF 2؛ Glut1، نقل الجلوكوز 1؛ IGF1R، مستقبلات IGF1؛ Jag1، خشنة1؛ MET، الانتقال الوسيطة الظهارية. MKNK1 ، سيرين / ثريونين كيناز 1 المتفاعل مع MAPK ؛ PTEN، تماثل الفوسفاتيز والتنسين؛ PUMA، مُعدِّل منظم لموت الخلايا المبرمج؛ p73، بروتين الورم p73؛ SIX1، المثلية المثلية الجيبية 1؛ TGFBR1، TGF- مستقبل 1؛ وت، ورم ويلمز.

ملخص

كان هناك انفجار في المعلومات المتعلقة بالتكوين الحيوي للميرنا، وتنظيم تعبير ميرنا، ووظيفة ميرنا منذ الاكتشاف الأولي للميرنا في عام 1993 (6، 7). وقد رافق ذلك فهم متزايد لكيفية عمل miRNAs في علم وظائف الأعضاء الطبيعي وفي الفيزيولوجيا المرضية للعديد من الأمراض. لقد أصبح من الواضح أن خلل تنظيم تعبير ميرنا يعطل نمو الكلى المبكر ويتورط في التسبب في أمراض الكلى التنموية، مثل ورم CAKUT وويلمز. مع التطورات الأخيرة في استخدام miRNAs كمؤشرات حيوية وكأهداف دوائية جديدة، فإن الرؤى حول كيفية تنظيم miRNAs لتطور الكلى والمرض أمر بالغ الأهمية لفهم كيفية استخدامها في الأساليب التشخيصية والعلاجية الجديدة لهذه الأمراض. ولتحقيق هذه الجهود بشكل كامل، تعد الدراسات المستقبلية التي تحدد وظيفة miRNAs معينة في نمو الكلى أمرًا بالغ الأهمية، بالإضافة إلى التقنيات لتحسين استهداف علاجات قليل النوكليوتيد الصغيرة للكلى.

شكر وتقدير

يتم دعم مختبر JH من خلال المنح المقدمة من المعهد الوطني للصحة للسكري وأمراض الجهاز الهضمي والكلى (R01DK125015 وR01DK102843). تم دعم DMC من خلال جائزة التطوير الوظيفي لشبكة دراسة المتلازمة الكلوية وزمالة ما بعد الدكتوراه في المجلس الاستشاري لأبحاث مستشفى الأطفال في بيتسبرغ. تم دعم MT من قبل برنامج التدريب الصيفي للأبحاث بجامعة بيتسبرغ (R25DK119180). تم إنشاء الأرقام باستخدام BioRender.com. عنوان المراسلات هو: جاكلين هو، قسم أمراض الكلى، قسم طب الأطفال، مستشفى UPMC للأطفال في بيتسبرغ، مركز أبحاث رانجوس، 4401 Penn Ave.، Pittsburgh، Pennsylvania 15224، الولايات المتحدة الأمريكية. الهاتف: 412.692.9440؛ البريد الإلكتروني: jacqueline.ho2@chp.edu.

1. كوزومارا أ، وآخرون. miRBase: من تسلسل microRNA إلى الوظيفة الدقة الأحماض النووية. 2019;47(د1): د155-د162.

2. فريدمان آر سي، وآخرون. يتم الحفاظ على معظم الرنا المرسال في الثدييات من الرنا الميكروي. دقة الجينوم. 200;19(1):92-105.

3.غيلديال م، زمور بي دي. RNAs الصامتة الصغيرة: الكون المتوسع. نات القس جينيت. 2009;10(2):94-108.

4. دجورانوفيتش إس، وآخرون. إسكات الجينات بوساطة ميرنا عن طريق القمع الترجمي متبوعًا بموت الحمض النووي الريبي المرسال والانحلال.

علوم. 2012;336(6078):237–240.

5. Huntzinger E، Izaurralde E. إسكات الجينات بواسطة microRNAs: مساهمات القمع الترجمي واضمحلال mRNA. نات القس جينيت. 2011;12(2):99-110. 6. لي RC، وآخرون. يقوم الجين غير المتجانس C. elegans lin-4 بتشفير RNAs الصغيرة مع تكامل مضاد للـ lin-14. خلية.