МикроРНК в развитии и заболеваниях почек Ⅰ

Введение

МикроРНК (миРНК) представляют собой эндогенные небольшие некодирующие РНК, длина которых обычно составляет 19–22 нуклеотида. Геном человека содержит 1917 аннотированных предшественников шпилек и 2654 зрелых микроРНК (1), которые регулируют более 60% генов, кодирующих белки человека (2). МикроРНК регулируют экспрессию генов на посттранскрипционном уровне посредством как репрессии трансляции, так и дестабилизации мРНК (3–5). С момента открытия в 1993 году функции первой идентифицированной микроРНК, которая, как было показано, регулирует решения клеточного происхождения у нематоды Caenorhabditis elegans (6, 7), было продемонстрировано, что микроРНК модулируют различные биологические процессы, в том числеморфогенез почек. Нарушение регуляции экспрессии микроРНКнарушает раннее развитие почеки участвует в патогенезе развитиязаболевания почек. В этом обзоре мы суммируем современные знания о биогенезе, функции и нацеливании микроРНК. Затем мы сосредоточимся на роли микроРНК в морфогенезе почек изаболевания почек развития, включаяврожденные аномалиипринадлежащийпочки и мочевыводящие пути(КАКУТ) иОпухоль Вильмса. Дополнительные интересные области исследований, включая роль миРНК при ряде других заболеваний почек, таких как острое повреждение почек (8–10), поликистоз почек (11) и трансплантация почки (10), широко рассматривались в другие недавние обзоры. Наконец, мы завершаем обсуждением полезности микроРНК в качестве потенциально новых биомаркеров и терапевтических агентов.

КАК ВРЕМЯ ДЕЙСТВУЕТ ЦИСТАНШЕ НА ПАЦИЕНТОВ С ЗАБОЛЕВАНИЕМ ПОЧЕК?

Биогенез и функция микроРНК

Биогенез микроРНК начинается в ядре, где РНК-полимераза II транскрибирует гены, кодирующие микроРНК, в кэпированные и полиаденилированные шпильковые транскрипты, называемые первичными микроРНК или pri-миРНК (Figure 1) (12, 13). В зависимости от их геномного расположения гены, кодирующие микроРНК, можно классифицировать как внутригенные (расположенные в интронах генов хозяина; ссылка 14) или межгенные (транскрибируемые независимо от гена хозяина и имеющие свои транскрипционные регуляторные элементы; ссылка 15). Кроме того, некоторые микроРНК существуют в кластерах и транскрибируются как полицистронные транскрипты (16).

После транскрипции pri-миРНК расщепляется рибонуклеазой III-подобным ферментом DROSHA вместе с субъединицей микропроцессорного комплекса DGRC8 в 70- нуклеотидную шпильку, называемую пре-миРНК (17–20). Экспортин 5/GTP-связывающий ядерный белок RAN экспортирует пре-миРНК в цитоплазму (21, 22), где пре-миРНК подвергается расщеплению своей концевой петли РНКазой III DICER и TRBP (или TARBP2) с образованием { {14}}Нуклеотидный дуплекс микроРНК, состоящий из направляющей и пассажирской цепей (миРНК:миРНК* соответственно). На следующем этапе дуплекс микроРНК загружается на белок аргонавта (AGO) с образованием RISC (23). После отбора и раскручивания цепи пассажирская цепь высвобождается и деградирует (24), в то время как направляющая цепь остается в RISC и управляет распознаванием целевой мРНК посредством спаривания оснований Уотсона-Крика.

Рисунок 1. Биогенез микроРНК. Гены, кодирующие микроРНК, транскрибируются РНК-полимеразой II в первичную микроРНК (при-миРНК). Далее комплекс, образованный РНК-связывающим белком DGRC8 и ферментом РНКазой III Дроша, расщепляет при-миРНК, образуя предшественник миРНК (пре-миРНК), который экспортируется в цитоплазму через экспортин 5. Попадая в цитоплазму, Dicer Комплекс /TRBP расщепляет пре-миРНК, высвобождая зрелую микроРНК. Наконец, зрелая микроРНК загружается в RISC, что приводит к распознаванию целевой мРНК посредством спаривания оснований Уотсона-Крика, что приводит к молчанию генов посредством репрессии трансляции или деградации мРНК. DGRC8, критическая область 8 синдрома ДиДжорджа; RISC, РНК-индуцированный комплекс молчания; TRBP, РНК-связывающий белок TAR. Создано с помощью BioRender.com.

Большинство исследований показывают, что домен на 5'-конце микроРНК (называемый затравочной последовательностью, которая простирается от нуклеотидных положений со 2 по 7) взаимодействует со специфической областью в 3'-нетранслируемой области (3'UTR) их целевых мРНК, индуцируя репрессия трансляции и/или деаденилирование и распад мРНК (3–5). Однако сайты связывания микроРНК также были идентифицированы в других регионах, включая 5'UTR (25, 26), кодирующие последовательности (27) и промоторы генов (28–30). Хотя микроРНК в первую очередь связаны с репрессией генов, посттранскрипционная активация с помощью микроРНК также может происходить при определенных обстоятельствах (28, 31–33).

Существует несколько уникальных особенностей, связанных с регуляцией генов, опосредованной miRNA (34, 35). Во-первых, одна микроРНК может нацеливать и репрессировать сотни мРНК, хотя обычно в относительно легкой степени для каждой мишени. Таким образом, считается, что микроРНК выполняют функцию точной настройки экспрессии генов. Однако, поскольку каждая мРНК может включать в себя несколько сайтов связывания для одной и той же или разных микроРНК, результирующий комбинированный эффект более мощный (36–38). Более того, множество компонентов в пределах данного сигнального пути могут модулироваться отдельными микроРНК или кластерами микроРНК (39, 40). Во-вторых, репрессия, опосредованная miRNA, происходит относительно быстро, поскольку miRNAs блокируют синтез белка на уровне рибосом (41). В-третьих, микроРНК могут концентрироваться в специфических субклеточных компартментах, чтобы регулировать сайт-специфическую трансляцию белков (42, 43). Наконец, небольшое подмножество miRNAs доминирует в общем пуле miRNA в различных типах клеток, указывая тем самым, что они могут функционировать как master miRNAs (44). В соответствии с этой идеей, некоторые из наиболее распространенных микроРНК, по-видимому, осуществляют большую часть посттранскрипционной регуляции, опосредованной белками AGO во многих типах клеток (44, 45). Например, в иммортализованной линии клеток эмбриональной почки человека (HEK293T) микроРНК, которые экспрессировались ниже 100–1000 чтений на миллион, не демонстрировали супрессивной активности при использовании сенсорной библиотеки микроРНК с высокой пропускной способностью (45).

Биогенез микроРНК находится под жестким пространственным и временным контролем, чтобы гарантировать соответствующую экспрессию микроРНК в ответ на различные клеточные сигналы. Регуляция биогенеза микроРНК происходит на нескольких уровнях, включая связывание транскрипционных факторов с энхансерами и/или промоторами генов микроРНК, процессинг при-миРНК DROSHA, процессинг пре-миРНК DICER, метилирование РНК, редактирование предшественников микроРНК, аденилирование, уридилирование, Распад РНК и многие другие механизмы. Подробный обзор можно найти у Ха и Кима (46). Недавно суперэнхансеры также появились как новый класс регуляторных элементов, контролирующих биогенез микроРНК путем усиления как транскрипции, так и процессинга при-миРНК, опосредованного DROSHA/DGCR8-. В сочетании с широкой сигнатурой H3K4me3 активность суперэнхансера формирует тканеспецифичные паттерны и функции экспрессии микроРНК (47).