микроРНК: новое понимание механизма действия при вирусных инфекциях и его значения

МикроРНК или короткие миРНК (не путать с мРНК или информационной РНК) были открыты в 1993 году и интенсивно изучались в последние два десятилетия или около того на предмет их роли в регуляции экспрессии генов. miRNA по-разному экспрессируются в различных клетках и тканях организма. Недавние исследования ученых из Королевского университета в Белфасте раскрыли механистическую роль miRNA в регуляции иммунной системы, когда клетки организма подвергаются воздействию вирусов. Эти результаты приведут к более глубокому пониманию болезни и их использования в качестве мишеней для новых терапевтических разработок.  

МикроРНК или миРНК приобрели популярность за последние два десятилетия за их роль в посттранскрипционных процессах, таких как дифференцировка, метаболический гомеостаз, пролиферация и апоптоз. ^(1-5). miRNA представляют собой небольшие одноцепочечные последовательности РНК, которые не кодируют какие-либо белки. Они происходят из более крупных предшественников, которые представляют собой двухцепочечные РНК. Биогенез miRNA начинается в ядре клетки и включает генерацию первичных транскриптов miRNA посредством РНК полимеразы II с последующей обрезкой первичного транскрипта для высвобождения шпильки пре-миРНК ферментным комплексом. Затем первичная миРНК экспортируется в цитоплазму, где на нее воздействует DICER (белковый комплекс, который дополнительно расщепляет пре-миРНК), тем самым продуцируя зрелую одноцепочечную миРНК. Зрелая миРНК интегрируется как часть РНК-индуцированного комплекса сайленсинга (RISC) и индуцирует посттранскрипционное молчание генов путем прикрепления RISC к комплементарным областям, находящимся в 3'-нетранслируемых областях (UTR), в мРНК-мишени. 

История началась в 1993 году с открытия миРНК в C. Элеганс Ли и его коллеги ⁽⁶⁾. Было замечено, что белок LIN-14 подавлялся другим транскрибируемым геном, называемым lin-4, и это подавление было необходимо для личиночного развития у C. Элеганс в процессе перехода от этапа L1 к этапу L2. Транскрибируемый lin-4 приводил к подавлению экспрессии LIN-14 посредством комплементарного связывания с областью 3'UTR мРНК lin-4 с небольшими изменениями уровней мРНК lin-4. Первоначально считалось, что это явление является исключительным и характерным для С. Элеганс, примерно до 2000 года, когда они были обнаружены у других видов животных ⁽⁷⁾. С тех пор появился поток исследовательских статей, описывающих открытие и существование miRNA как у растений, так и у животных. К настоящему времени открыто более 25000 miRNA, и для многих точная роль, которую они играют в биологии организма, все еще остается неуловимой. 

микроРНК проявляют свои эффекты путем посттранскрипционной репрессии мРНК путем связывания с комплементарными сайтами в 3 'UTR мРНК, которую они контролируют. Сильная комплементарность указывает на деградацию мРНК, в то время как слабая комплементарность не вызывает каких-либо изменений в уровнях мРНК, но вызывает ингибирование трансляции. Хотя основная роль miRNA заключается в репрессии транскрипции, в редких случаях они также действуют как активаторы. ⁽⁸⁾. miRNA играют незаменимую роль в развитии организма, регулируя гены и генные продукты прямо от эмбрионального состояния до развития органов и систем органов. ^(9-11). Помимо своей роли в поддержании клеточного гомеостаза, miRNA также участвуют в различных заболеваниях, таких как рак (miRNA действуют как активаторы и репрессоры генов), нейродегенеративные расстройства и сердечно-сосудистые заболевания. Понимание и выяснение их роли в различных заболеваниях может привести к открытию новых биомаркеров с соответствующими новыми терапевтическими подходами к профилактике заболеваний. miRNA также играют критическую роль в развитии и патогенезе инфекций, вызываемых микроорганизмами, такими как бактерии и вирусы, путем регулирования генов иммунной системы для обеспечения эффективного ответа на заболевание. В случае вирусных инфекций интерфероны типа I (IFN-альфа и IFN-бета) высвобождаются в виде антивирусных цитокинов, которые, в свою очередь, модулируют иммунную систему, вызывая боевой ответ. ⁽¹²). Производство интерферонов жестко регулируется как на уровне транскрипции, так и на уровне трансляции и играет ключевую роль в определении противовирусного ответа хозяина. Однако вирусы эволюционировали в достаточной степени, чтобы обмануть клетки-хозяева, подавляя этот иммунный ответ, обеспечивая преимущество вируса для его репликации и тем самым усугубляя симптомы заболевания. ^{(12, 13)}. Жесткий контроль взаимодействия между выработкой IFN хозяином при вирусной инфекции и его подавлением инфицирующим вирусом определяет степень и продолжительность заболевания, вызванного указанным вирусом. Хотя транскрипционный контроль продукции IFN и связанных с ним генов, стимулированных IFN (ISG), хорошо известен. ⁽¹⁴⁾, механизм трансляционного контроля до сих пор остается неуловимым ⁽¹⁵⁾. 

Недавнее исследование ученых из Университета Макгилла, Канада и Университет Квинса, Белфаст дает механистическое понимание трансляционного контроля интерферон продукция, которая подчеркивает роль белка 4EHP в подавлении продукции IFN-бета и участие miRNA, miR-34a. 4EHP подавляет продукцию IFN, модулируя индуцированное miR-34a подавление трансляции мРНК Ifnb1. Инфекция РНК-вирусами и индукция IFN-бета увеличивают уровни miR-34a miRNA, запуская регуляторную петлю отрицательной обратной связи, которая подавляет экспрессию IFN-бета через 4EHP ⁽¹⁶⁾. Это исследование имеет большое значение в свете нынешней пандемии, вызванной Covid-19. (инфекция, вызванная РНК-вирусом), поскольку это поможет в дальнейшем понимании болезни и приведет к новым способам борьбы с инфекцией путем модуляции уровней miR-34a miRNA с помощью дизайнерских активаторов / ингибиторов и тестирования их в клинических испытаниях на его влияние на ответ IFN. Были сообщения о клинических испытаниях с использованием терапии IFN-бета. ⁽¹⁷⁾ и это исследование поможет раскрыть молекулярные механизмы, подчеркнув роль miRNA во внутренней регуляции трансляционного аппарата хозяина для поддержания гомеостатической среды. 

Будущие исследования и исследования таких и других известных и появляющихся miRNA в сочетании с интеграцией этих результатов с геномными, транскриптомными и / или протеомными данными не только улучшат наше понимание механизмов клеточных взаимодействий и болезней, но также приведут к новым miRNA. основанные на терапии с использованием miRNA в качестве актимиров (с использованием miRNA в качестве активаторов для замены miRNA, которые были мутированы или удалены) и антагомиров (с использованием miRNA в качестве антагонистов при аномальной активации указанной мРНК) для распространенных и возникающих заболеваний человека и животных.  

Рекомендации  

1. Клэр Т., Ламарте Б., Англичо Д. МикроРНК: маленькие молекулы, большие эффекты, Текущее мнение о трансплантации органов: февраль 2021 г. - Том 26 - Выпуск 1 - стр. 10-16. DOI: https://doi.org/10.1097/MOT.0000000000000835  

2. Амброс В. Функции микроРНК животных. Природа. 2004, 431 (7006): 350–5. DOI: https://doi.org/10.1038/nature02871  

3. Бартель Д.П. МикроРНК: геномика, биогенез, механизм и функции. Клетка. 2004, 116 (2): 281–97. DOI: https://10.1016/S0092-8674(04)00045-5  

4. Jansson MD и Lund AH MicroRNA и рак. Молекулярная онкология. 2012, 6 (6): 590-610. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molonc.2012.09.006  

5. Бхаскаран М., Мохан М. МикроРНК: история, биогенез и их развивающаяся роль в развитии животных и болезнях. Ветеринарный Патол. 2014;51(4):759-774. DOI: https://doi.org/10.1177/0300985813502820 

6. Розалинд К. Ли, Ронда Л. Фейнбаум, Виктор Амброс. Гетерохронный ген lin-4 C. elegans кодирует малые РНК с антисмысловой комплементарностью lin-14, Cell, том 75, выпуск 5,1993, 843, страницы 854-0092, ISSN 8674-XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1016/0092-8674(93)90529-Y 

7. Паскинелли А., Рейнхарт Б., Слэк Ф. и другие Сохранение последовательности и временного выражения пусть-7 гетерохронная регуляторная РНК. природа 408, 86–89 (2000). ДОИ: https://doi.org/10.1038/35040556 

8. Васудеван С., Тонг Й. и Стейтц Дж. А. Переход от репрессии к активации: микроРНК могут повышать трансляцию. Наука  21 декабря 2007 г .: Vol. 318, выпуск 5858, стр. 1931-1934. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1149460 

9. Бернштейн Э., Ким С.И., Кармелл М.А. и др. Дайсер необходим для развития мышей. Nat Genet. 2003; 35: 215–217. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1253 

10. Клоостерман В.П., Plasterk RH. Разнообразные функции микро-РНК в развитии и болезнях животных. Ячейка Дев. 2006; 11: 441–450. DOI: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2006.09.009 

11. Wienholds E, Koudijs MJ, van Eeden FJM и др. Фермент Dicer1, продуцирующий микроРНК, необходим для развития рыбок данио. Nat Genet. 2003; 35: 217–218. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1251 

12. Haller O, Kochs G и Weber F. Схема ответа интерферона: индукция и подавление патогенными вирусами. Вирусология. Volume 344, Issue 1, 2006, страницы 119-130, ISSN 0042-6822, DOI: https://doi.org/10.1016/j.virol.2005.09.024 

13. Макнаб Ф., Майер-Барбер К., Шер А., Вак А., О'Гарра А. Интерфероны типа I при инфекционных заболеваниях. Nat Rev Immunol. 2015 Февраль; 15 (2): 87-103. DOI: https://doi.org/10.1038/nri3787 

14. Апостолоу Э. и Танос Д. (2008). Вирусная инфекция индуцирует NF-каппа-B-зависимые межхромосомные ассоциации, опосредующие экспрессию моноаллельного гена IFN-b. Cell 134, 85–96. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.05.052   

15. Саван, Р. (2014). Посттранскрипционная регуляция интерферонов и их сигнальных путей. J. Interferon Cytokine Res. 34, 318–329. DOI: https://doi.org/10.1089/jir.2013.0117  

16. Чжан X, Чапат С. и др. микроРНК-опосредованный трансляционный контроль противовирусного иммунитета с помощью кэп-связывающего белка 4EHP. Molecular Cell 81, 1–14 2021. Опубликовано: 12 февраля 2021 г. DOI:https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.01.030

17. SCIEU 2021. Интерферон-β для лечения COVID-19: подкожное введение более эффективно. Научный европеец. Опубликовано 12 февраля 2021 г. Доступно онлайн на http://scientificeuropean.co.uk/interferon-β-for-treatment-of-covid-19-subcutaneous-administration-more-effective/ Доступ 14 февраля 2021 г.