Konkurencyjne endogenne RNA
W biologii molekularnej konkurujące endogenne RNA (w skrócie ceRNA ) regulują inne transkrypty RNA, konkurując o wspólne mikroRNA (miRNA). Modele regulacji ceRNA opisują, w jaki sposób zmiany w ekspresji jednego lub wielu celów miRNA zmieniają liczbę niezwiązanych miRNA i prowadzą do obserwowalnych zmian w aktywności miRNA, tj. obfitości innych celów miRNA. Modele regulacji cRNA różnią się znacznie. Niektórzy opisują kinetykę interakcji cel-miRNA-cel, w których zmiany w ekspresji jednego gatunku docelowego sekwestrują jeden gatunek miRNA i prowadzą do zmian w rozregulowaniu innych gatunków docelowych. Inni próbują modelować bardziej realistyczne scenariusze komórkowe, w których wiele celów RNA wpływa na wiele miRNA i gdzie każda para celów jest współregulowana przez wiele gatunków miRNA. Niektóre modele koncentrują się na mRNA 3' UTR jako celach, a inne uwzględniają również długie niekodujące cele RNA . Oczywiste jest, że nasze molekularno-biochemiczne zrozumienie regulacji cRNA pozostaje niepełne.
W setkach publikacji opisano wpływ regulacji ceRNA na komórki normalne i chore, ale regulacja ceRNA i jej skutki są nadal przedmiotem dyskusji w kręgach naukowych.
Streszczenie
MikroRNA to obfita klasa małych, niekodujących RNA (o długości ~ 22 nt), które negatywnie regulują ekspresję genów na poziomach stabilności informacyjnego RNA (mRNA) i hamowania translacji. Ludzki genom zawiera ponad 1000 miRNA, z których każdy celuje w setki różnych genów. Szacuje się, że połowa wszystkich genów genomu jest celem miRNA, obejmującym dużą warstwę regulacji na poziomie potranskrypcyjnym. Region nasion, który zawiera nukleotydy 2-8 części 5' miRNA, jest szczególnie ważny dla rozpoznawania i wyciszania mRNA.
Ostatnie badania wykazały, że interakcja regionu nasiennego miRNA z mRNA nie jest jednokierunkowa, ale pula mRNA, transkrybowane pseudogeny , długie niekodujące RNA ( lncRNA ), okrągły RNA (circRNA) konkurują o tę samą pulę miRNA, regulując w ten sposób miRNA działalność. Te konkurencyjne endogenne RNA (ceRNA) działają jak gąbki molekularne dla mikroRNA poprzez ich miejsca wiązania miRNA (określane również jako elementy odpowiedzi miRNA, MRE), tym samym powodując derepresję wszystkich genów docelowych z odpowiedniej rodziny miRNA. na takie przesłuchy cerRNA zostały początkowo wykazane dla genu supresorowego guza PTEN, który jest regulowany przez nieulegający translacji region 3' ( 3'UTR ) pseudogenu PTENP1 w sposób zależny od DICER .
Niedawno wykazano nowy mechanizm, w którym dwa blisko rozmieszczone MRE (z tej samej lub różnych rodzin miRNA) mogą wspólnie sekwestrować miRNA, a tym samym znacząco wzmacniać efekt ceRNA. Jednak aby efekt współpracy można było uznać za dwa sąsiednie MRE, muszą one należeć do rodzin miRNA, których ekspresja jest wystarczająco wysoka, aby aktywnie tłumić cele i być mniejsza niż 58 nukleotydów od siebie.
Biologiczne znaczenie hipotezy cRNA było aktywnie dyskutowane. Przede wszystkim zostało to zakwestionowane przez grupę naukowców, którzy przeprowadzili ilościową ocenę dwóch rodzin miRNA (o wysokiej i niskiej ekspresji) oraz ich miejsc wiązania w komórkach macierzystych wątroby i embrionalnych komórkach macierzystych, jak opisano poniżej. Jednak badania te koncentrowały się na jednym miRNA na kontekst, a ich wiodący badacze zidentyfikowali później fizjologicznie istotną regulację cRNA innego miRNA.
Debata na temat fizjologicznej istotności hipotezy cRNA
Dwa badania przeprowadzone przez Bossona i in. (2014) oraz Denzler i in. (2014) empirycznie ocenili hipotezę ceRNA, określając ilościowo liczbę MRE, które należy dodać, aby wykryć regulację genów za pośrednictwem ceRNA. Oba badania zgadzają się, że określenie liczby transkryptomicznych miejsc wiązania miRNA ma kluczowe znaczenie dla oceny potencjału regulacji ceRNA i że miejsca wiązania miRNA są na ogół wyższe niż liczba cząsteczek miRNA. Różnią się jednak w dwóch aspektach: (1) podejścia eksperymentalne zastosowane do określenia liczby efektywnych transkryptomicznych miejsc wiązania miRNA oraz (2) wpływ stężeń miRNA na liczbę miejsc wiązania, które należy dodać, aby wykryć derepresję docelowego genu . Rozbieżności między tymi badaniami prowadzą do różnych wniosków dotyczących prawdopodobieństwa zaobserwowania efektów ceRNA w warunkach naturalnych, z Bosson i in. obserwując wpływ cerRNA na poziomie fizjologicznie prawdopodobnym, a Denzler i in. na niefizjologicznych poziomach konkurencji.
W późniejszym badaniu Denzler i in. (2016) ponownie przyjrzeli się rozbieżnościom między tymi dwoma badaniami i wykazali, że chociaż poziomy miRNA określają zakres represji, mają niewielki wpływ na liczbę miejsc wiązania, które należy dodać, aby zaobserwować regulację za pośrednictwem ceRNA. Wykorzystując te same komórki i systemy eksperymentalne, co w dwóch badaniach, zasugerowali, że liczba miejsc wiążących jest bardzo wysoka i lepiej odzwierciedla szacunki badania przeprowadzonego przez Denzlera i in. (2014) oraz że miejsca miRNA o niskim powinowactwie / tle (takie jak miejsca 6-nt, przesunięte miejsca 6-nt, miejsca niekanoniczne) znacząco przyczyniają się do konkurencji. Ze względu na dużą liczbę miejsc w tle ich model sugeruje, że perspektywy zaobserwowania efektu z ceRNA są znacznie ograniczone. Bosia i in. wykorzystali testy pojedynczych komórek, aby wykazać znaczny przesłuch ceRNA w przypadkach, w których istnieje równowaga między liczbą miejsc wiązania, miRNA i docelowymi profilami ekspresji RNA.
Przeciwnicy hipotezy ceRNA zwrócili uwagę, że niezbity dowód na regulację genów za pośrednictwem ceRNA wciąż pozostaje do wykazania, ponieważ większość badań albo nadeksprymuje transkrypty RNA na niefizjologicznych poziomach, albo brakuje kontroli mutacji nasion podczas regulacji w górę lub w dół potencjalnych transkryptów ceRNA. Mechanistycznie eleganckie badanie jest szczególnie ważne, ponieważ zwolennicy twierdzą, że sama ilość pracy przemawia na korzyść hipotezy cRNA. Dwa ostatnie badania rozwiązały ten problem, wykazując efekty fizjologiczne i specyficzne dla miejsca działania na regulację cRNA. Zwolennicy hipotezy cRNA skrytykowali badania Denzlera i in. za skupienie się na rywalizacji o pojedynczy miRNA. Twierdzą, że ponieważ regulacje dotyczące ceRNA są zorganizowane przez efekt współpracy wielu rodzin miRNA, badanie przeprowadzone przez Denzlera i in. nie reprezentuje typowego konkurenta dla ceRNA i dlatego nie może być używany do uogólniania. Ponadto zwolennicy nie są zaskoczeni, że nasze mechanistyczne rozumienie regulacji cRNA pozostaje niekompletne. Zamiast tego zwracają uwagę, że setki badań genetyki i biologii molekularnej wykazały, że regulacja cRNA ma znaczenie fizjologiczne.
Eksperymentalnie sprawdzone regulatory ceRNA i sieci ceRNA
Wysokowydajna walidacja sieci regulacyjnych cRNA
Chiu i in. wykorzystali dane LINCS do wsparcia regulacji setek genów przez interakcje ceRNA w gruczolakoraku prostaty i sutka.
Sieć PTEN cRNA
PTEN jest krytycznym genem supresorowym nowotworu , który jest często zmieniany w wielu ludzkich nowotworach i jest negatywnym regulatorem szlaku sygnałowego onkogennej kinazy 3-fosfoinozytydu / Akt . W trzech badaniach zidentyfikowano i pomyślnie zweryfikowano transkrypty kodujące białka jako cerRNA PTEN w raku prostaty, glejaku wielopostaciowym i czerniaku. Wykazano, że cerRNA PTEN CNOT6L, VAPA i ZEB2 regulują ekspresję PTEN, sygnalizację PI3K i proliferację komórek w sposób zależny od 3'UTR i mikroRNA. Podobnie w przypadku glejaka wielopostaciowego wyciszenie 13 przewidywanych cząsteczek PTEN cRNA, w tym białka siatkówczaka (RB1), RUNX1 i VEGFA za pośrednictwem siRNA, obniżyło ekspresję PTEN w sposób zależny od 3'UTR i zwiększyło wzrost komórek nowotworowych. Jednak próba powtórzenia wstępnego badania nad rakiem prostaty wykazała, że wielu wyników nie można było powtórzyć, a wiele eksperymentalnych interwencji nie przyniosło efektu lub efekt odwrotny do tego, co pierwotnie podano.
Ponadto pseudogen niekodujący białka PTEN, PTENP1 , może wpływać na ekspresję PTEN, sygnalizację PI3K w dół i proliferację komórek poprzez bezpośrednie konkurowanie o mikroRNA ukierunkowane na PTEN.
Sieci regulacyjne ceRNA obsługiwane przez Pan-Cancer i CLIP-Seq zostały skonstruowane i są dostępne pod adresem https://web.archive.org/web/20110222111721/http://starbase.sysu.edu.cn/ , przewidywany obliczeniowo ceRDB ma został wygenerowany i jest dostępny pod adresem http://www.oncomir.umn.edu/cefinder/
Linc-MD1
Linc-MD1, specyficzny dla mięśni długi niekodujący RNA, aktywuje specyficzną dla mięśni ekspresję genów poprzez regulację ekspresji MAML1 i MEF2C poprzez antagonizowanie miR-133 i miR-135. To, czy Linc-MD1 reguluje aktywność miRNA poprzez sekwestrację miRNA przez typowy mechanizm ceRNA, czy też wysoce komplementarne miejsce miR-133 reguluje aktywność miRNA poprzez degradację ukierunkowaną na cel, pozostaje do wykazania.
BRAFP1
BRAFP1, pseudogen genu BRAF , odgrywa rolę w rozwoju raka, w tym chłoniaka z komórek B , działając jako cerRNA dla BRAF. Regulacja w górę BRAFP1 doprowadziła do nadekspresji onkogenu BRAF .
Wirus zapalenia wątroby typu C (HCV)
Wykazano, że zapalenie wątroby typu C reguluje miR-122 poprzez mechanizm ceRNA, gdy ulega nadekspresji w komórkach Huh-7.5. Jednak nadal pozostaje do wykazania, czy wirusowe zapalenie wątroby typu C może osiągnąć wysokie miana niezbędne in vivo do modulowania ekspresji genów poprzez mechanizm ceRNA.
KRAS1P
Innym pseudogenem wykazującym aktywność ceRNA jest protoonkogen KRAS , KRAS1P, który zwiększa obfitość transkryptu KRAS i przyspiesza wzrost komórek.
CD44
Wykazano, że CD44 3'UTR reguluje ekspresję białka CD44 i białka regulującego cykl komórkowy, CDC42 , poprzez antagonizowanie funkcji trzech mikroRNA - miR-216, miR-330 i miR-608.
Versican
Wykazano, że versican 3'UTR reguluje ekspresję białka macierzy fibronektyny poprzez antagonizowanie funkcji miR-199a.
HSUR 1, 2
, że limfocyty T transformowane wirusem naczelnych Herpesvirus saimiri (HVS) wykazują ekspresję wirusowych niekodujących RNA bogatych w U, zwanych HSUR . Kilka z tych HSUR jest w stanie wiązać się i konkurować o trzy mikroRNA komórki gospodarza, a tym samym regulować ekspresję genów komórki gospodarza.
ESR1
Wykazano, że ESR1 jest regulowany przez wiele miRNA, które ulegają silnej ekspresji w raku piersi ER-ujemnym, a wykazano, że jego 3' UTR reguluje i jest regulowany przez 3' UTR CCND1 , HIF1A i NCOA3 .
MYCN
Wykazano, że amplifikacja MYCN w nerwiaku niedojrzałym wyczerpuje obfitość jego regulatorów miRNA, wspierając rolę MYCN jako głównego regulatora ceRNA w nerwiaku niedojrzałym.
HULC
Wysoce regulowany w górę w raku wątroby (HULC) jest jednym z najbardziej regulowanych w górę wszystkich genów w raku wątrobowokomórkowym. CREB (białko wiążące element odpowiedzi cAMP) jest zaangażowane w regulację w górę HULC. RNA HULC hamuje aktywność miR-372 poprzez funkcję ceRNA, prowadząc do derepresji jednego z jego genów docelowych, PRKACB , co może następnie indukować fosforylację i aktywację CREB. Ogólnie rzecz biorąc, HULC lncRNA jest częścią samowzmacniającej się pętli autoregulacyjnej, w której gąbkuje miR-372, aby aktywować CREB, a z kolei zwiększa własne poziomy ekspresji.
cRNA u bakterii
Bakterie nie mają miRNA, a zamiast tego ceRNA w tych organizmach konkurują o małe RNA (sRNA) lub białka wiążące RNA (RBP) . Podobnie współzawodnictwo ze strony ceRNA o białka wiążące RNA odnotowano również w komórkach eukariotycznych.
Zobacz też
- Konkurencyjne bazy danych i zasoby endogennego RNA (ceRNA).
- StarBase (biologiczna baza danych) , baza danych ceRNA
- Ekspresja genu
- Epigenetyka
- mikroRNA
- Gen supresorowy nowotworów
- PTEN
Linki zewnętrzne
- ceRNABase: Sieci regulatorowe ceRNA Pan-Cancer z CLIP-Seq eksperymentalnie wspierały docelowe miejsca miRNA i tysiące próbek guza
- Kupidyn: jednoczesna rekonstrukcja sieci docelowych mikroRNA i ceRNA
- Hermesa
- Komunikat prasowy Beth Israel Deaconess Medical Center
- Publicznie dostępna baza danych potencjalnych interakcji CeRNA