MiRNA yang bersirkulasi

MicroRNA adalah kelas molekul RNA non-coding kecil dengan panjang 18-25 nukleotida yang secara aktif terlibat dalam regulasi ekspresi gen. Tindakan miRNA sangat beragam dan terkait erat dengan banyak proses yang terjadi dalam tubuh. Termasuk menjaga kestabilan genom, respons imun, diferensiasi, proliferasi, apoptosis sel, baik normal maupun untuk berbagai patologi. Dan keadaan terakhir membuat mereka menarik bagi para peneliti dan dokter dalam dua arah sekaligus: sebagai target terapi dan biomarker potensial untuk diagnosis hampir semua penyakit yang berkaitan dengan usia (dan bukan hanya).

MikroRNA pertama, disebut lin-4, ditemukan seperempat abad yang lalu oleh para ilmuwan dari Universitas Harvard menggunakan C. elegance nematode [1]. Para ilmuwan menemukan bahwa gen lin-4 tidak mengkodekan protein, tetapi dua RNA kecil - prekursor dari 61 nukleotida panjang dan mikroRNA itu sendiri, dari 22 nukleotida, yang menekan ekspresi gen lin-14 nematoda, mencegahnya berkembang secara normal. Untuk waktu yang lama diyakini bahwa miRNA adalah eksotik evolusioner, sifat genom nematoda, hingga tujuh tahun kemudian, pada tahun 2000, molekul miRNA kedua, let-7, ditemukan [2]. Dia menekan ekspresi beberapa gen sekaligus dan kemudian dideskripsikan di sejumlah organisme hidup, termasuk manusia. Dan setelah itu, "bendungan pecah" - penemuan miRNA mulai mengikuti satu demi satu.

Saat ini diketahui bahwa setiap miRNA dapat mengendalikan banyak (hingga beberapa ratus) gen, sementara satu gen spesifik dapat menjadi target untuk beberapa miRNA. Bagaimana cara kerja molekul kecil ini? miRNA membungkam suatu gen dengan beberapa cara. Pertama, mereka menghambat ekspresi gen dengan berinteraksi dengan messenger RNA (mRNA). miRNA melekat pada mRNA, yang menghalangi proses penerjemahan (mis., sintesis protein) dan degradasi mRNA. Varian kedua dari gen shutdown adalah transkripsional, ketika miRNAs di kompleks polyprotein menyebabkan modifikasi epiginetik dari genom - metilasi DNA dan deasetilasi dan metilasi histone.

Selain itu, varian lain dari menekan sintesis protein microRNA oleh interaksinya dengan protein represor yang menghambat translasi telah dijelaskan [3]. Tetapi, pada saat yang sama, ditemukan bahwa dalam beberapa kasus, yaitu ketika siklus sel berhenti, microRNAs mungkin tidak menekan, tetapi mengaktifkan proses penerjemahan. Fenomena ini dijelaskan pada tahun 2007 dalam jurnal Science [4]. Tetapi fenomena ini sangat langka dan tidak khas sehingga dalam sebagian besar artikel ilmiah bahkan tidak disebutkan.

Sekitar 10 tahun yang lalu pertama kali dijelaskan bahwa miRNA yang dikeluarkan oleh satu jenis sel dapat ditransfer ke jenis sel lainnya. Ini adalah alasan untuk menyarankan bahwa selain microRNA seluler, ekstraseluler, yang disebut, juga ada dalam tubuh. miRNA yang bersirkulasi (miRNA yang bersirkulasi, c-miPHK), yang kemudian ditemukan dalam plasma darah dan cairan biologis lainnya. Seperti yang disarankan hari ini, penampilan c-miRNA dalam darah dapat menjadi hasil dari sekresi oleh sel mereka dan kematian sel itu sendiri selama apoptosis dan nekrosis.

Dengan cepat menjadi jelas bahwa microRNAs tahan terhadap ribonucleases endogen (perusak RNA) dan memiliki stabilitas tinggi dalam serum dan plasma. Dan jumlah mereka dapat diukur dengan sensitivitas dan spesifisitas tinggi dalam beberapa cara, yang paling umum adalah PCR real-time dan hibridisasi dengan probe fluoresens. Dan ini memungkinkan kami untuk secara efektif menganalisis tingkat mikroRNA yang bersirkulasi, mengisolasinya dari cairan biologis, dan menggunakannya sebagai biomarker untuk berbagai patologi.

Untuk mendiagnosis patologi mana, analisis microRNA dapat digunakan? Pertama-tama, ini tentu saja penyakit yang berkaitan dengan usia utama - kardiovaskular, neurodegeneratif dan onkologis. Dengan demikian, banyak penelitian telah menunjukkan hubungan yang erat antara tingkat miRNA dan penyakit kardiovaskular (CVD) - miRNA memainkan peran penting dalam pengembangan dan patogenesis CVD. Yang memungkinkan untuk menggunakannya sebagai penanda diagnostik pada tahap awal. Saat ini, beberapa miRNA yang cocok untuk tujuan ini sudah diketahui.

Kembali pada tahun 2009, salah satu studi pertama menunjukkan bahwa miRNA-208 secara khusus diproduksi dalam sel-sel jantung dan konsentrasi plasma adalah indikator akurat dari kerusakan miokard [5]. Kemudian, para ilmuwan mampu mengidentifikasi dua miRNA lagi, miR-423-5p dan miRNA-499, yang menunjukkan kemanjuran yang baik dalam diagnosis gagal jantung dan infark miokard akut [6,7].

Selama periode 10 tahun, selama penelitian besar dalam kerangka Nord-Trøndelag Health Study, sejumlah miRNA yang bersirkulasi terdeteksi oleh para ilmuwan Norwegia (miR-106a-5p, miR-424-5p, mari-7g-5p, miR-144-3p dan miR-660-5p,), yang kadarnya dapat memprediksi infark miokard akut di masa depan pada orang yang masih sehat [8]. Selain itu, pekerjaan yang sama menunjukkan bahwa pria dan wanita memiliki miRNA spesifik masing-masing (miR-424-5p dan miR-26a-5p, masing-masing) yang terkait dengan risiko infark miokard.

Tinjauan sistematis terperinci dari mikroRNA yang saat ini dikenal, potensi biomarker penyakit kardiovaskular, dibuat pada 2018 oleh ahli jantung Rusia [9].

Juga ditemukan bahwa selain infark miokard dan gagal jantung, analisis miRNA yang bersirkulasi dalam darah dapat membantu dalam diagnosis dini stroke, serta memprediksi hasil prognostik pada pasien. Apa yang terutama penting untuk stroke hemoragik yang diketahui akibatnya yang parah, yang menurut dokter, selain microRNAs, saat ini tidak ada biomarker yang sudah mapan untuk tes darah saat ini untuk diagnosis stroke [10]

Pada tahun 2018, tinjauan sistematis yang besar diterbitkan, yang mencakup delapan studi, termasuk 572 pasien dan 431 peserta sehat dalam kelompok kontrol. Menurut ulasan ini, setidaknya 22 miRNA diketahui hari ini, ekspresi diferensial yang tercatat pada periode paling awal setelah stroke iskemik akut [11].

Tapi mungkin miRNA yang paling efektif telah membuktikan diri sebagai biomarker dalam diagnosis dini kanker. Jadi, pada 2014-17, beberapa penelitian skala besar, tinjauan sistematis, dan meta-analisis dilakukan yang menunjukkan bahwa profil ekspresi miRNA yang bersirkulasi, terutama menggunakan kombinasi mereka, memiliki nilai diagnostik potensial yang besar untuk deteksi dini tumor payudara yang akurat dan akurat [12,13, 14].

Studi lain juga menemukan banyak miRNA bersirkulasi spesifik untuk jenis onkologi lain, yang dapat membantu mendeteksi penyakit secara lebih efisien pada tahap awal [15,16]. Secara umum, analisis miRNA dapat digunakan untuk mendiagnosis hampir semua jenis patologi ini.

Tapi itu belum semuanya. Ternyata miRNAs juga dapat secara efektif digunakan dalam diagnosis patologi neurodegeneratif terkait usia, perkembangan dalam pengobatan yang saat ini diamati dengan buruk.

Jadi, pada tahun 2015, sebuah meta-analisis dari 8 studi dilakukan, di mana 459 pasien dengan neurodegenerasi dan 340 orang sehat dalam kelompok kontrol mengambil bagian untuk mempelajari parameter diagnostik miRNA yang bersirkulasi. Sebuah meta-analisis menegaskan bahwa miRNA mungkin merupakan biomarker potensial dalam diagnosis klinis penyakit neurodegeneratif, dan akurasi diagnostik mereka akan lebih baik menggunakan analisis beberapa miRNA [17].

Pada tahun 2018, sebuah studi oleh ahli saraf Amerika diterbitkan yang meneliti kadar miRNA spesifik dalam cairan serebrospinal orang yang membawa mutasi genetik yang terkait dengan penyakit Huntington. Hasilnya, mereka mampu mendeteksi 6 microRNA (miR-520f-3p, miR-135b-3p, miR-4317, miR-3928-5p, miR-8082, miR-140-5p), level yang mulai menunjukkan pertumbuhan 20 tahun sebelumnya onset yang diharapkan dari gejala pertama penyakit. Yang, menurut para ilmuwan, meningkatkan kemungkinan membuat pengobatan efektif dan menunda timbulnya penyakit [18].

Dalam penelitian lain, mikroRNA spesifik ditemukan (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)) memungkinkan kita untuk lebih akurat dan mendiagnosis dini neuropatologi serius lainnya - penyakit Alzheimer [19,20,21].

Studi juga menunjukkan bahwa miRNA memiliki potensi untuk digunakan tidak hanya untuk diagnosis, tetapi juga sebagai target terapi dalam pengobatan penyakit [22, 23]. Dan ini tidak mengejutkan. Menurut perkiraan modern, ekspresi sekitar 60% gen manusia terkait langsung dengan aksi miRNAs, dan fungsi sebagian besar dari mereka masih belum jelas [24].

MicroRNA telah menunjukkan diri sebagai biomarker yang sangat sensitif, yang memungkinkan untuk mengidentifikasi penyakit pada pendekatan yang paling jauh, ketika tidak ada gejala dan perubahan patologis yang masih terlihat. Apa yang membuat mereka alat unik dalam memperjuangkan umur panjang yang sehat. Dan meskipun definisi "materi gelap biologi" masih dapat ditemukan sehubungan dengan miRNA, apa yang sudah diketahui sekarang menunjukkan prospek besar untuk mempelajari molekul-molekul kecil ini.

Penulis ulasan: Alexey Rzheshevsky.