یک microRNA (مخفف miRNA) یک مولکول RNA غیر کدکننده تک رشته‌ای کوچک (شامل حدود 22 نوکلئوتید) است که در گیاهان، حیوانات و برخی ویروس‌ها یافت می‌شود که در خاموش کردن RNA و تنظیم بیان ژن پس از رونویسی عمل می‌کند. miRNA ها از طریق جفت شدن پایه با توالی های مکمل در مولکول های mRNA عمل می کنند. در نتیجه، این مولکول‌های mRNA با یک یا چند فرآیند زیر خاموش می‌شوند: (1) برش رشته mRNA به دو قطعه، (2) بی‌ثبات شدن mRNA از طریق کوتاه شدن دم پلی (A) آن، و ( 3) عدم ترجمه mRNA به پروتئین توسط ریبوزوم ها. miRNA ها در بسیاری از انواع سلول های پستانداران و به عنوان miRNA های گردش خارج سلولی فراوان هستند. miRNA های در گردش در مایعات بدن از جمله خون و مایع مغزی نخاعی آزاد می شوند و این پتانسیل را دارند که به عنوان نشانگرهای زیستی در تعدادی از بیماری ها در دسترس باشند. به نظر می رسد miRNA ها حدود 60 درصد از ژن های انسان و سایر پستانداران را هدف قرار می دهند. بسیاری از miRNA ها از نظر تکاملی حفظ شده اند که به این معنی است که آن ها عملکردهای بیولوژیکی مهمی دارند. به عنوان مثال، 90 خانواده از miRNA ها حداقل از زمان جد مشترک پستانداران و ماهی ها حفظ شده اند و اکثر این miRNA های حفظ شده عملکردهای مهمی دارند. microRNA ها می توانند صدها ژن را به طور همزمان هدف قرار دهند، تغییرات ظریف اما قابل تکرار در بیان ژن را القا کنند و انواع فرآیندهای بیولوژیکی را تنظیم کنند. ابزارهایی برای توضیح عملکرد microRNA به دو دسته کلی تقسیم می شوند: 1. معرف هایی که عملکرد microRNA درون زا را تقلید می کنند و 2. معرف هایی که microRNA های درون زا را مهار می کنند. به این ترتیب، تقلید کننده ها و مهارکننده‌های microRNA مصنوعی یا بیان‌شده ابزارهای ارزشمندی برای تعدیل بیان microRNA هستند و می‌توانند به آشکار کردن نقش microRNA در تشخیص و درمان بیماری کمک کنند.

مهار مسیر microRNA درون زا

مسیر microRNA درون‌زا با رونویسی DNA ژنومی برای تولید pri-microRNA آغاز می‌شود که سپس توسط کمپلکسی حاوی پروتئین DROSHA و سایر پروتئین‌ها به ساختار سنجاق سری pre-microRNA پردازش می شود و سپس توسط Exportin-5 از هسته سلول به سیتوپلاسم وارد می‌شود. در سیتوپلاسم، pre-microRNA توسط کمپلکس دایسر پردازش می‌شود و به RNA دو رشته‌ای تبدیل می‌شود. یک رشته از این دوبلکس RNA در کمپلکس RISC بار می‌شود و به‌منظور هدف قرار دادن رونوشت mRNA برای تنظیم پایین دستی به یکی از روش های سرکوب ترجمه mRNA یا برش mRNA عمل می‌کند.

مقلد microRNA چیست؟

مقلدهای microRNA بطور تجربی برای تکمیل بیان microRNA درون زا مورد استفاده قرار می گیرند، دقیقاً مانند cDNA که می تواند بیان ژن را برای مطالعات افزایش عملکرد تکمیل کند. به طور کلی، دو نوع مقلد microRNA وجود دارد: مقلدهای مصنوعی و ساختارهای بیان بیش از حد مبتنی بر DNA که بر اساس توالی‌های microRNA، shRNAs تولید می‌کنند. مقلدهای میکروRNA مصنوعی، مولکول‌های RNA دو رشته‌ای سنتز شده شیمیایی هستند. در مقلدهای مصنوعی ( مانند microRNAهای طبیعی )، دو رشته مقلد مصنوعی از هم جدا می‌شوند و microRNA بالغ تک رشته‌ای در RISC گنجانده می‌شود تا رونوشت‌های mRNA را تنظیم کند. ترانسفکشن با واسطه لیپیدی رایج ترین روش انتقال مقلد میکرو RNA مصنوعی به داخل سلول هاست. بسته به ناقل، توالی DNA بیان کننده shRNA ممکن است خارج کروموزومی یا به طور پایدار در ژنوم ادغام شود و بیان می تواند دائمی یا القایی باشد. DNA پلاسمید بیان کننده مقلد microRNA به سلول ها با روش های استاندارد انتقال داده می شود.

مهارکننده های microRNA چیست؟

هنگام مطالعه نقش عملکردی یک microRNA، باید مشاهدات افزایش یا از دست دادن عملکرد انجام شود. معرفی مهارکننده‌های microRNA به یک سیستم بیولوژیکی منجر به سنجش از دست دادن عملکرد با کاهش پیش‌بینی‌شده در عملکرد میکروRNA درون‌زای هدف می‌شود. دو نوع بازدارنده موجود است: بازدارنده های مصنوعی و بازدارنده های بیان شده. بازدارنده های مصنوعی عموماً یک مکمل معکوس تک رشته ای غیرقابل هیدرولیز برای میکرو RNA بالغ هستند. مکانیسم مهار احتمالاً با اتصال غیرقابل برگشت بازدارنده به RISC بارگذاری شده با microRNA بالغ انجام می شود، بنابراین از تعامل microRNA بالغ با mRNA های هدف آن جلوگیری می کند. بازدارنده‌های بیان‌شده، معمولاً سازه‌های mRNA مصنوعی با مکان‌های microRNA متعدد هستند که با miRNA های درون زا برای اتصال به mRNA هدف رقابت می کنند و مانع اتصال miRNA های درون زا به mRNA هدف خود می شوند. ترکیبی از این رویکردها امکان تشخیص عملکرد miRNA درون موجود زنده را فراهم می کند.

مقلدها و مهارکننده های microRNA چگونه به سلول ها تحویل داده می شوند؟

تقلید کننده‌ها و مهار کننده‌های microRNA مصنوعی معمولاً توسط معرف‌های استاندارد مبتنی بر لیپید یا الکتروپوریشن به سلول‌ها تحویل داده می‌شوند. در حالت ایده آل، معرف لیپیدی باید برای مولکول های RNA کوچک بهینه شود. دو گزینه برای انتقال دهنده های DNA وجود دارد که مقلدهای microRNA را در سلول ها بیان می کنند. برای پلاسمیدها، می توان از معرف های ترانسفکشن لیپیدی یا الکتروپوریشن معمولی استفاده نمود. ذرات Lentiviral یک انتخاب عالی برای سلول‌هایی هستند که به سختی ترانسفکت می‌شوند و در شرایطی که کارایی بالا مورد نیاز است یا چندین ساختار در هر سلول باید تحویل داده شود. بیشتر ناقل‌های مدرن دارای نشانگرهای انتخابی هستند که امکان کشتن انتخابی سلول‌هایی را که با موفقیت ترانسفکت یا ترانسفکشن نشده‌اند را امکان‌پذیر می‌سازد تا بتوان یک کشت خالص ایجاد نمود.

کاربردهای تقلید کننده‌ها و مهارکننده‌های microRNA

مقلد‌ها و مهارکننده‌های microRNA ابزارهای ضروری برای برهم زدن عملکرد microRNA و ارزیابی پیامدهای فنوتیپی در سنجش‌های افزایش یا از دست دادن عملکرد هستند. مقلد‌ها و مهارکننده‌های microRNA را می‌توان همراه با microRNA و پروفایل بیان ژن برای شناسایی روابط هدف خاص microRNA-ژن استفاده نمود. علاوه بر این، دخالت microRNA را در سیستم های بیولوژیکی مانند سرطان و عفونت ویروسی تایید شده است و بنابراین، مقلدها و مهار کننده های microRNA (به‌ویژه مهارکننده‌ها) در توسعه درمانی نویدبخش بوده‌اند.

بیماری

همانطور که miRNA در عملکرد طبیعی سلول های یوکاریوتی نقش دارد، اختلال در تنظیم miRNA نیز با بیماری مرتبط است. یک پایگاه داده به صورت دستی و در دسترس عموم (به نام (miR2Disease، روابط شناخته شده بین اختلال در تنظیم miRNA و بیماری های انسانی را نشان می دهد.

بیماری های ارثی

جهش در ناحیه مرکزی miR-96 باعث کاهش شنوایی پیشرونده ارثی می شود. جهش در ناحیه مرکزی miR-184 باعث ایجاد قوز قرنیه ارثی با آب مروارید قطبی قدامی می شود. حذف خوشه miR-17~92 باعث نقص اسکلتی و رشد می گردد.

نقش miRNA در سلول سرطانی

اولین بیماری انسانی که با تنظیم‌ miRNA مرتبط است، لوسمی لنفوسیتی مزمن بود. بسیاری از miRNA های دیگر نیز با سرطان ارتباط دارند و بر این اساس گاهی اوقات به عنوان "آنکومیر" نامیده می شوند. در نمونه‌های NSCLC، سطوح پایین miR-324a ممکن است به عنوان شاخص بقای ضعیف عمل کند. سطوح بالای miR-185 یا پایین miR-133b ممکن است با متاستاز و بقای ضعیف در سرطان کولورکتال مرتبط باشد. علاوه بر این، miRNA های خاص ممکن است با زیرگروه های بافتی خاصی از سرطان کولورکتال مرتبط باشند. برای مثال، نشان داده شده است که سطح بیان miR-205 و miR-373 در سرطان‌های کولورکتال مخاطی و سرطان‌های روده بزرگ مرتبط با کولیت اولسراتیو تولید کننده موسین افزایش می‌یابد. مطالعات آزمایشگاهی نشان داد که miR-205 و miR-373 ممکن است از نظر عملکردی ویژگی‌های مختلف پیشرفت نئوپلاستیک (بد خیم) مرتبط با موسینوس را در سلول‌های اپیتلیال روده القا کنند. تکثیر سلولی کارسینومای کبدی (رشد بدخیم سلول های اپیتلیال که به بافت های اطراف نفوذ می کند و توانایی متاستاز دارد) ممکن است از برهمکنش miR-21 با MAP2K3 ( یک ژن سرکوب کننده تومور ) ناشی شود. درمان بهینه سرطان مستلزم شناسایی دقیق بیماران برای درمان طبقه بندی خطر است. کسانی که پاسخ سریع به درمان اولیه دارند ممکن است از رژیم های درمانی کوتاه شده بهره مند شوند که ارزش اقدامات دقیق پاسخ به بیماری را نشان می دهد. miRNA های گردش کننده (cimiRNA) در خون بسیار پایدار هستند، در سرطان بیش از حد بیان می شوند و در آزمایشگاه تشخیصی قابل اندازه گیری هستند. در لنفوم هوچکین کلاسیک، miR-21، miR-494 و miR-1973 پلاسما نشانگرهای زیستیتایید کننده ابتلا به بیماری هستند.miRNA های در حال گردش پتانسیل کمک به تصمیم گیری بالینی و کمک به تفسیر توموگرافی انتشار پوزیترون همراه با توموگرافی کامپیوتری را دارند. آن ها را می توان در هر جلسه مشاوره برای ارزیابی پاسخ و تشخیص عود بیماری انجام داد. microRNA ها این پتانسیل را دارند که به عنوان ابزار یا هدف برای درمان سرطان های مختلف مورد استفاده قرار گیرند. microRNA خاص miR-506 در چندین مطالعه مشخص شده است که به عنوان یک آنتاگونیست تومور عمل می کند. تعداد قابل توجهی از نمونه های سرطان دهانه رحم بیان miR-506 را کاهش دادند. علاوه بر این، miR-506 برای القا آپوپتوز یا مرگ سلول های سرطانی دهانه رحم از طریق فاکتور رونویسی Gli3، کار می کند.

بیماری قلبی

نقش جهانی عملکرد miRNA در قلب با مهار miRNA بالغ در قلب موش بررسی شده است. این تحقیق نشان داد که miRNA ها در طول توسعه آن نقش اساسی دارند. مطالعات پروفایل بیان miRNA نشان می دهد که سطح بیان miRNA های خاص در قلب انسان بیمار تغییر می کند و به دخالت آن ها در کاردیومیوپاتی اشاره می کند. علاوه بر این، مطالعات حیوانی روی miRNAهای خاص، نقش‌های مشخصی را برای miRNAها هم در طول رشد قلب و هم در شرایط پاتولوژیک، از جمله تنظیم عوامل کلیدی مهم برای کاردیوژنز و پاسخ رشد هیپرتروفیک (رشد بیش از حد یک عضو یا بخشی به طور خاص) شناسایی کردند. یکی دیگر از نقش‌های miRNA در بیماری‌های قلبی-عروقی، استفاده از آن ها برای تشخیص سریعتر یا طبقه بندی خطر است. سطوح بیان miRNA در مدل های حیوانی نیز با متابولیسم و تنظیم کلسترول مرتبط است.

بیماری کلیوی

بیماری کلیه دیابتی (DKD) یک بیماری محدود کننده زندگی است که با از دست دادن پیشرونده و غیر قابل برگشت عملکرد کلیه مشخص می شود. در حال حاضر، نرخ فیلتراسیون گلومرولی تخمین زده شده (eGFR) و آلبومینوری به عنوان نشانگرهای کلیدی برای تعریف DKD استفاده می شود. با این حال، آن ها ممکن است به طور دقیق میزان اختلال عملکرد و آسیب کلیه را نشان ندهند. رویکردهای درمانی فعلی برای DKD، از جمله دستیابی به اهداف فشار خون، کنترل بهینه سطح گلوکز و چربی خون و استفاده از عواملی برای مسدود کردن سیستم رنین-آنژیوتانسین-آلدوسترون (RAAS) تنها می تواند پیشرفت DKD را کاهش دهد. از این رو، تشخیص زودهنگام و استراتژی های نوآورانه برای پیشگیری و درمان DKD مورد نیاز است. miRNA های ادراری با پارامترهای بالینی و بافت شناسی در DKD ارتباط دارند و الگوهای بیان miRNA ادراری متفاوت گزارش شده است. فیبروز کلیه مرحله نهایی شایع انواع CKD (بیماری مزمن کلیوی ) از جمله DKD است. تبدیل فاکتور رشد-β (TGF-β) به عنوان تنظیم کننده اصلی فیبروز کلیه در نظر گرفته می شود، که احتمالاً حداقل تا حدی از طریق تنظیم بیان miRNA است. ترکیبی از نشانگرهای زیستی معمولی (eGFR و آلبومینوری) و جدید (miRNA های متعدد برای انعکاس التهاب، فیبروز، هیپرتروفی، اتوفاژی، استرس ER، استرس اکسیداتیو، مقاومت به انسولین، و آسیب پودوسیت) به طور بالقوه در پیش بینی دقیق خطر ESKD (مرحله نهایی بیماری کلیه) امیدوارکننده است. اگر miRNA ها به عنوان علت DKD عمل کنند، درمان های مبتنی بر چند miRNA هدفمند که بیان و فعالیت miRNA را بازیابی یا مسدود می کنند، بسیار جذاب خواهد بود که برای توسعه درمان های مهم برای DKD در دهه آینده مورد سوء استفاده قرار خواهند گرفت.

سیستم عصبی

به نظر می رسد miRNA ها رشد و عملکرد سیستم عصبی را تنظیم می کنند. miRNA های عصبی در مراحل مختلف رشد سیناپسی، از جمله دندریتوژنز (شامل miR-132، miR-134 و miR-124)، تشکیل سیناپس و بلوغ سیناپس (که تصور می شود miR-134 و miR-138 درگیر هستند) درگیر هستند. حذف تشکیل miRNA در موش با خاموش کردن تجربی Dicer منجر به پیامدهای پاتولوژیک مانند کاهش اندازه نورون و ناهنجاری‌های حرکتی هنگام خاموش شدن در نورون‌های مخطط و تخریب عصبی هنگام خاموش شدن در نورون‌های جلو مغزی شده است. برخی مطالعات miRNA تغییر یافته را در بیماری آلزایمر و همچنین اسکیزوفرنی، اختلال دوقطبی، افسردگی اساسی و اختلالات اضطرابی نشان می‌دهند.

چاقی

miRNA ها نقش مهمی در تنظیم پیش سازهای سلول های بنیادی دارند که به سلول های چربی تمایز می یابند. مطالعات برای تعیین نقش سلول های بنیادی پرتوان در ایجاد چربی، در رده سلولی استرومایی hMSC-Tert20 مشتق از مغز استخوان انسان مورد بررسی قرار گرفت. کاهش بیان miR-155، miR-221 و miR-222، در طول برنامه‌ریزی چربی‌زایی یافت شده است که نشان می‌دهد آن ها به عنوان تنظیم‌کننده‌های منفی تمایز عمل می‌کنند. برعکس، بیان نابجای miRNAs 155، 221، و 222 به طور قابل توجهی باعث مهار چربی زایی و سرکوب القای تنظیم کننده های اصلی PPARγ و CCAAT/پروتئین آلفا متصل به تقویت کننده (CEBPA) شد. این امر راه را برای درمان های احتمالی چاقی ژنتیکی هموار می کند. دسته دیگری از miRNA ها که مقاومت به انسولین، چاقی و دیابت را تنظیم می کنند، خانواده let-7 هستند. Let-7 در طول دوره پیری در بافت های انسانی تجمع می یابد. هنگامی که let-7 به صورت نابجا بیش از حد بیان شد تا پیری تسریع شده را تقلید کند، موش ها به انسولین مقاوم شدند و بنابراین بیشتر مستعد چاقی و دیابت ناشی از رژیم غذایی پرچرب شدند. در مقابل زمانی که let-7 با تزریق آنتاگومیرهای اختصاصی let-7 مهار شد، موش ها نسبت به چاقی و دیابت ناشی از رژیم غذایی پرچرب نسبت به انسولین حساس تر و به طور قابل ملاحظه ای مقاوم می شوند. مهار let-7 نه تنها می تواند از چاقی و دیابت جلوگیری کند، بلکه می تواند شرایط را معکوس و درمان کند. این یافته های تجربی نشان می دهد که مهار let-7 می تواند درمانی جدید برای چاقی و دیابت نوع 2 باشد.

هموستاز

miRNA ها همچنین نقش مهمی در تنظیم آبشارهای آنزیمی پیچیده از جمله سیستم انعقاد خون هموستاتیک دارند. هموستاز مجموعه ای از فرایندهای فیزیولوژیکی است که هدف آن جلوگیری از خونریزی در هنگام آسیب رگ خونی است. مطالعات در مقیاس بزرگ در مورد هدف قرار دادن miRNA عملکردی اخیراً اهداف درمانی منطقی را در سیستم هموستاتیک کشف کرده است.

منبع: Horizon