Circulation des miARN

Les microARN sont une classe de petites molécules d'ARN non codantes d'une longueur de 18 à 25 nucléotides qui participent activement à la régulation de l'expression des gènes. L'action des miARN est très diversifiée et est étroitement liée à de nombreux processus se produisant dans le corps. Y compris le maintien de la stabilité du génome, les réponses immunitaires, la différenciation, la prolifération, l'apoptose des cellules, à la fois normales et pour diverses pathologies. Et la dernière circonstance les rend attractifs pour les chercheurs et les médecins dans deux directions à la fois: en tant que cible thérapeutique et biomarqueur potentiel pour le diagnostic de presque toutes les maladies liées à l'âge (et pas seulement).

Le premier microARN, appelé lin-4, a été découvert il y a un quart de siècle par des scientifiques de l'Université Harvard en utilisant le nématode C. elegance [1]. Les scientifiques ont découvert que le gène lin-4 ne codait pas une protéine, mais deux petits ARN - un précurseur de 61 nucléotides de longueur et un microARN lui-même, de 22 nucléotides, ce qui supprimait l'expression du gène du nématode lin-14, l'empêchant de se développer normalement. Pendant longtemps, on a cru que le miARN était un exotique évolutif, une propriété du génome des nématodes, jusqu'à sept ans plus tard, en 2000, la deuxième molécule de miARN, let-7, a été découverte [2]. Elle a supprimé l'expression de plusieurs gènes à la fois et a ensuite été décrite dans un certain nombre d'organismes vivants, y compris les humains. Et après cela, le «barrage s'est cassé» - les découvertes de miARN ont commencé à se succéder.

Aujourd'hui, il est connu que chaque miARN peut contrôler de nombreux (jusqu'à plusieurs centaines) gènes, tandis qu'un gène spécifique peut être une cible pour plusieurs miARN. Comment fonctionne cette petite molécule? Les miARN font taire un gène de plusieurs manières. Premièrement, ils inhibent l'expression des gènes en interagissant avec l'ARN messager (ARNm). les miARN se fixent à l'ARNm, ce qui bloque le processus de traduction (c'est-à-dire la synthèse des protéines) et la dégradation de l'ARNm. La deuxième variante de l'arrêt du gène est transcriptionnelle, lorsque les miARN dans le complexe polyprotéique provoquent des modifications épiginétiques du génome - méthylation de l'ADN et désacétylation et méthylation des histones.

De plus, une autre variante de suppression de la synthèse des protéines microARN par leur interaction avec des protéines répressives qui bloquent la traduction a été décrite [3]. Mais, en même temps, il a été constaté que dans certains cas, à savoir lorsque le cycle cellulaire s'est arrêté, les microARN peuvent ne pas réprimer, mais activer le processus de traduction. Ce phénomène a été décrit en 2007 dans la revue Science [4]. Mais ce phénomène est si rare et si peu caractéristique que dans la plupart des articles scientifiques il n'est même pas mentionné.

Il y a environ 10 ans, il a été décrit pour la première fois que les miARN sécrétés par un type de cellule peuvent être transférés à d'autres types de cellules. C'était la raison de supposer qu'en plus du microARN cellulaire, extracellulaire, le soi-disant miARN circulant (miARN circulant, c-miPHK), qui a ensuite été trouvé dans le plasma sanguin et d'autres fluides biologiques. Comme suggéré aujourd'hui, l'apparition de c-miARN dans le sang peut être le résultat à la fois de la sécrétion par leurs cellules et de la mort des cellules elles-mêmes lors de l'apoptose et de la nécrose.

Il est rapidement devenu évident que les microARN sont résistants aux ribonucléases endogènes (destructeurs d'ARN) et ont une stabilité élevée dans le sérum et le plasma. Et leur nombre peut être mesuré avec une sensibilité et une spécificité élevées de plusieurs manières, dont les plus courantes sont la PCR en temps réel et l'hybridation avec des sondes fluorescentes. Et cela nous a permis d'analyser efficacement les niveaux de microARN en circulation, de les isoler des fluides biologiques, et de les utiliser comme biomarqueur pour diverses pathologies.

Pour diagnostiquer quelles pathologies, l'analyse des microARN peut être utilisée? Tout d'abord, ce sont bien sûr les principales maladies liées à l'âge - cardiovasculaires, neurodégénératives et oncologiques. Ainsi, de nombreuses études ont montré une relation étroite entre les niveaux de miARN et les maladies cardiovasculaires (MCV) - les miARN jouent un rôle important dans le développement et la pathogenèse des MCV. Ce qui permet de les utiliser comme marqueur diagnostique dans les tout premiers stades. Aujourd'hui, plusieurs miARN appropriés à cet effet sont déjà connus.

En 2009, l'une des premières études a montré que le miRNA-208 est spécifiquement produit dans les cellules cardiaques et que sa concentration plasmatique est un indicateur précis des dommages myocardiques [5]. Plus tard, les scientifiques ont pu identifier deux autres miARN, miR-423-5p et miARN-499, qui ont montré une bonne efficacité dans le diagnostic de l'insuffisance cardiaque et de l'infarctus aigu du myocarde [6,7].

Sur une période de 10 ans, au cours d'une vaste étude dans le cadre de l'étude sur la santé Nord-Trøndelag, un certain nombre de miARN en circulation ont été détectés par des scientifiques norvégiens (miR-106a-5p, miR-424-5p, let-7g-5p, miR-144-3p et miR-660-5p,), dont les niveaux peuvent prédire un futur infarctus aigu du myocarde chez des personnes encore en bonne santé [8]. De plus, le même travail a montré que les hommes et les femmes ont leurs propres miARN spécifiques (miR-424-5p et miR-26a-5p, respectivement) associés au risque d'infarctus du myocarde.

Une revue systématique détaillée des microARN actuellement connus, biomarqueurs potentiels des maladies cardiovasculaires, a été réalisée en 2018 par des cardiologues russes [9].

Il a également été constaté qu'en plus de l'infarctus du myocarde et de l'insuffisance cardiaque, l'analyse des miARN circulants dans le sang peut aider au diagnostic précoce de l'AVC, ainsi que prédire le résultat pronostique chez les patients. Ce qui est particulièrement important pour l'AVC hémorragique connu pour ses conséquences graves, pour lesquelles, selon les médecins, outre les microARN, il n'existe aujourd'hui aucun biomarqueur établi pour le test sanguin actuel pour le diagnostic de l'AVC [10]

En 2018, une vaste revue systématique a été publiée, qui comprenait huit études, dont 572 patients et 431 participants sains dans le groupe témoin. Selon cette revue, au moins 22 miARN sont connus aujourd'hui, dont l'expression différentielle a été enregistrée dans la première période après un AVC ischémique aigu [11].

Mais peut-être les miARN les plus efficaces se sont-ils imposés comme biomarqueurs dans le diagnostic précoce du cancer. Ainsi, en 2014-2017, plusieurs études à grande échelle, des revues systématiques et des méta-analyses ont été réalisées qui ont montré que les profils d'expression des miARN circulants, en particulier en utilisant une combinaison d'entre eux, ont une grande valeur diagnostique potentielle pour la détection précise et précoce d'une tumeur du sein [12, 13, 14].

D'autres études ont également trouvé de nombreux miARN circulants spécifiques à d'autres types d'oncologie, qui peuvent aider à détecter plus efficacement la maladie aux stades précoces [15,16]. En général, l'analyse de miARN peut être utilisée pour diagnostiquer presque tous les types de cette pathologie.

Mais ce n'est pas tout. Il s'est avéré que les miARN peuvent également être utilisés efficacement dans le diagnostic des principales pathologies neurodégénératives liées à l'âge, dont les progrès dans le traitement sont actuellement mal observés.

Ainsi, en 2015, une méta-analyse de 8 études a été réalisée, à laquelle 459 patients atteints de neurodégénérescence et 340 personnes saines du groupe témoin ont participé à l'étude des paramètres diagnostiques des miARN circulants. Une méta-analyse a confirmé que les miARN peuvent être des biomarqueurs potentiels dans le diagnostic clinique des maladies neurodégénératives, et leur précision diagnostique sera meilleure grâce à l'analyse de plusieurs miARN [17].

En 2018, une étude de neurologues américains a été publiée qui examinait les niveaux de miARN spécifiques dans le liquide céphalorachidien de personnes porteuses de mutations génétiques associées à la maladie de Huntington. En conséquence, ils ont pu détecter 6 microARN (miR-520f-3p, miR-135b-3p, miR-4317, miR-3928-5p, miR-8082, miR-140-5p), dont les niveaux ont commencé à montrer une croissance 20 ans avant l'apparition attendue des premiers symptômes de la maladie. Ce qui, selon les scientifiques, augmente les chances de rendre le traitement efficace et de retarder l'apparition de la maladie [18].

Dans d'autres études, des microARN spécifiques ont été trouvés (miR-455-3p, miR-501-3p, miR-26a-5p, miR-181c-3p, miR-126-5p, miR-22-3p, miR-148b-5p, miR-106b-3p, miR-6119-5p, miR-1246, miR-660-5p)) nous permettant de diagnostiquer plus précisément et plus tôt une autre neuropathologie grave - la maladie d'Alzheimer [19,20,21].

Des études ont également montré que les miARN peuvent être utilisés non seulement pour le diagnostic, mais également comme cibles thérapeutiques dans le traitement des maladies [22, 23]. Et ce n'est pas surprenant. Selon des estimations modernes, l'expression d'environ 60% des gènes humains est directement liée à l'action des miARN, et les fonctions de la plupart d'entre eux ne sont toujours pas claires [24].

Les microARN se sont révélés être des biomarqueurs très sensibles, ce qui permet d'identifier la maladie aux approches les plus éloignées, quand aucun symptôme et changement pathologique ne sont encore visibles. Ce qui en fait un outil unique dans la lutte pour une longévité saine. Et bien que la définition de «matière noire de la biologie» puisse encore être trouvée en ce qui concerne les miARN, ce qui est déjà connu ouvre de grandes perspectives pour l'étude de ces petites molécules.

L'auteur de la revue: Alexey Rzheshevsky.