научная статья по теме МЕТИЛИРОВАНИЕ ГЕНОВ МИКРОРНК И ОНКОГЕНЕЗ (ОБЗОР) Химия

Текст научной статьи на тему «МЕТИЛИРОВАНИЕ ГЕНОВ МИКРОРНК И ОНКОГЕНЕЗ (ОБЗОР)»

БИОХИМИЯ, 2015, том 80, вып. 2, с. 184 - 203

УДК 575:599.9

МЕТИЛИРОВАНИЕ ГЕНОВ микроРНК И ОНКОГЕНЕЗ

Обзор

© 2015 В.И. Логинов12, С.В. Рыков3, М.В. Фридман4, Э.А. Брага12*

1 Институт общей патологии и патфизиологии 125315Москва; факс: +7(495)601-2366, электронная почта: eleonora10_45@mail.ru 2 Медико-генетический научный центр РАМН, 115478 Москва; факс: +7(499)324-0702, электронная почта: karpukhin@med-gen.ru 3 Государственный научно-исследовательский институт генетики

и селекции промышленных микроорганизмов, 117545 Москва; факс: +7(495)315-0501, электронная почта: genetika@genetika.ru

4 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, 117971 Москва; факс: +7(499)135-6213, электронная почта: iogen@vigg.ru

Поступила в редакцию 11.09.14 После доработки 29.09.14

Взаимодействие микроРНК с матричными РНК целевых генов на посттранскрипционном уровне обеспечивает тонкую и динамичную регуляцию сигнальных путей клетки. Каждая микроРНК может участвовать в регуляции сотни белок-кодирующих генов, и наоборот, структурный ген обычно представляет мишень для целого ряда микроРНК. Эпигенетическая инактивация генов, ассоциированная с метилированием промо-торных CpG-островков, характерна как для белок-кодирующих генов, так и для генов микроРНК. В обзоре представлены сведения о функциях микроРНК в формировании фенотипа опухолевой клетки. Рассмотрены накопленные данные о геномной организации промоторных CpG-островков генов микроРНК, локализованных в межгенных и внутригенных областях. Суммированы литературные и собственные результаты по частоте метилирования CpG-островков генов микроРНК в опухолях; приведены сведения о связи этой модификации с изменением активности самих генов микроРНК и, как следствие, белок-кодирующих генов-мишеней. Кроме того, обсуждается влияние метилирования генов микроРНК на ключевые процессы онкогенеза и затронутые сигнальные пути.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: миРНК, CpG-островки, метилирование, гены-мишени, эпигенетические механизмы, онкогенез.

МикроРНК (миРНК) относятся к классу малых некодирующих РНК длиной 19—24 нуклео-тида, выполняющих функцию посттранскрипционного регулятора экспрессии целевых генов [1, 2]. Некодирующие РНК ранее рассматривались как транскрипционный шум. Однако, согласно результатам недавних исследований, более трех четвертей генома человека транскрибируются, составляя сеть перекрывающихся транс-криптов, не кодирующих белки [2, 3]. В рамках

Принятые сокращения: миРНК — микроРНК; НМРЛ — немелкоклеточный рак легкого; РМЖ — рак молочной железы; РТК — рак толстой кишки; ХЛЛ — хроническая лимфоцитарная лейкемия; ЭМП — эпителиально-мезенхимальный переход.

* Адресат для корреспонденции.

проекта ENCODE была построена объединенная регуляторная мета-сеть, в которой учтено участие и взаимодействие всех известных регу-ляторных элементов генома человека, причем в первую очередь, транскрипционных факторов и миРНК [4]. МиРНК играют особую роль в регу-ляторных сетях клетки. Установлено, что регуляция посредством миРНК преимущественно связана с регуляторными факторами, расположенными «ближе к вершине» регуляторной сети, и которые отличает значительное число ре-гуляторных взаимодействий [4]. Интересная особенность миРНК — ее широкая мультитар-гетность. Каждая миРНК может участвовать в регуляции сотни белок-кодирующих генов, и наоборот, структурный ген обычно представляет мишень для целого ряда миРНК (miRWalk [5]).

миРНК потенциально вовлечены в регуляцию до 60% белок-кодирующих генов [2, 6].

За распознавание целевой мРНК ответственны 6—8 нуклеотидов на 5'-конце миРНК [6, 7]. Степень комплементарности между этим участком и мишенью определяет дальнейший механизм инактивации целевой мРНК: полная комплементарность приводит к быстрому расщеплению матричной РНК (путь малых интерферирующих РНК), несовершенная компле-ментарность блокирует трансляцию по тому или иному механизму без быстрой деградации матрицы [7]. Основной механизм действия миРНК связан с подавлением экспрессии генов при связывании с З'-нетранслируемым участком мРНК, однако в некоторых случаях выявлена обратная тенденция: активация экспрессии целевых генов. В частности, т1Я-10а активирует синтез белка, присоединяясь к 5'-области мРНК-мишени [8]. Для т1Я-320 показано связывание и с 3'-, и с 5'-областями целевых мРНК, а т1В.-107, предположительно, взаимодействует с кодирующими регионами [9].

Исследования последних лет показывают, что эпигенетические изменения, в совокупности с генетическими нарушениями (мутациями генов, хромосомными аберрациями), составляют комплекс механизмов, ответственных за формирование фенотипа трансформированной клетки [10, 11]. Эпигенетическими называют структурные модификации, которые не затрагивают нук-леотидную последовательность гена, но вовлечены в регулирование его экспрессии. Они могут наследоваться, если происходят в герминальных клетках. К ним относят метилирование/демети-лирование ДНК, модификации гистонов и ре-моделирование хроматина. Эпигенетические механизмы способны к тонкой и динамичной регуляции экспрессии генов млекопитающих в процессе эмбрионального развития, дифферен-цировки клеток, геномного импринтинга и транскрипционной инактивации мобильных элементов генома. Изменение степени метилирования ДНК наблюдается также при различных патологиях и характерно для онкологических заболеваний, при которых происходит глобальное деметилирование генома, особенно мобильных элементов, и избирательное гиперметилирование промоторных участков генов, проявляющих опухоль-супрессорные свойства [10].

Экспрессия генов миРНК также подвержена регуляции посредством эпигенетических механизмов, одним из которых является метилирование СрО-островков [2]. Расчет на основе анализа серии публикаций показал, что метилирование вовлечено в регулирование более 11% генов миРНК [12].

В представленном обзоре суммированы и обобщены литературные и собственные данные по метилированию СрО-островков генов миРНК в опухолях, показана связь этой модификации с изменением активности генов миРНК и белок-кодирующих генов-мишеней и влияние метилирования генов миРНК на основные процессы канцерогенеза и сигнальные пути опухолевой клетки.

РОЛЬ миРНК В ОНКОГЕНЕЗЕ

МиРНК выполняют важную функцию в сложном механизме регуляции активности генов, поскольку определяют качественный и количественный состав транскриптов и белков, необходимых для развития отдельных тканей, органов и всего организма у животных и растений [7]. Показана важная роль дифференциальной экспрессии генов миРНК в процессах злокачественной трансформации. Для опухолей разной локализации и гистологии характерны специфичные профили экспрессии генов миРНК, ассоциированные с клиническими и патологическими свойствами опухоли [13]. Например, набор из пяти миРНК (ш1Я-25, ш1Я-34с-5р, ш1Я-191, 1е11-7е, ш1Я-34а) позволяет различить основные гистологические типы немелкокле-точного рака легкого (НМРЛ) и может быть использован как маркер неблагоприятного прогноза для пациентов с плоскоклеточным раком легкого [14].

Исследование экспрессии большого числа генов миРНК в клеточных линиях рака молочной железы (РМЖ) позволило выявить гены, заметно снижающие свою экспрессию при метастатическом РМЖ: т1В.-335, т1Я-206 и т1Я-126 [15]. Активация экспрессии этой группы генов миРНК подавляет способность клеточных культур РМЖ к метастазированию. Анализ архивных образцов РМЖ показал, что пациенты со сниженной экспрессией ш1Я-335, ш1Я-206 и ш1Я-126 характеризуются частыми рецидивами РМЖ. Низкий уровень этих миРНК ассоциро-ван с общим плохим прогнозом. Дальнейшие исследования гена т1ЕЯ-126 в опухолях при НМРЛ и РМЖ, а также в других солидных опухолях выявили гены-мишени т1ЕЯ-126 — СЕК, КЯЛБ, УЕОЕ, которые задействованы в клеточной адгезии, ангиогенезе и инвазии, и показали, что т1Я-126 участвует в подавлении этих процессов [16].

В норме миРНК выполняют регуляторную функцию в процессах развития, пролиферации, дифференцировки и апоптоза [17]. В опухолях миРНК может выполнять как онкогенные

функции (miR-17—92-кластер или онкомир-1, miR-21), так и супрессорные (miR-34, miR-137, miR-129), которые реализуются посредством ингибирования экспрессии белок-кодирующих генов-супрессоров опухолевого роста или соответственно онкогенов (рис. 1). Так, miR-21 проявляет свойства онкогена и гиперэкспрессиру-ется при глиобластомах и других онкопатологи-ях, выключение miR-21 приводит к активации каспаз и апоптозу in vitro [18]. Ингибирование miR-21 синтетическими олигонуклеотидами в клеточных линиях РМЖ приводит к активации апоптоза, что связано с влиянием miR-21 на экспрессию Bcl-2 [19]. Гены семейства miR-34, напротив, снижают свою экспрессию в опухолях различных локализаций, проявляют свойства опухолевых супрессоров и вовлечены в апоптоз [20]. Индукция экспрессии miR-34 в клеточных линиях рака легкого и остеосаркомы приводит к аресту клеточного цикла на стадии G1 и апоптозу [21, 22]. Показана прямая корреляция уровня экспрессии miR-34a, miR-34b, miR-34c с уровнем экспрессии транскрипционного фактора p53, что указывает на вовлеченность семейства miR-34 в p53-опосредованную сигнальную сеть [20].

В зависимости от клеточного и тканевого окружения, некоторые миРНК могут подавлять или способствовать прогрессии опухолевого процесса. Например, let-7 подавляет экспрессию медиаторов клеточного цикла RAS и цик-

линов и выступает как супрессор при РТК, НМРЛ и в опухолях головы и шеи [23]. Однако в опухолях шейки матки let-7 гиперэкспрессиру-ется и снижает экспрессию Fas, вовлеченного в лиганд-активируемый апоптоз, тем самым проявляя свойства онкогена [24].

Аномальное функционирование и измененный профиль экспрессии генов системы контроля клеточного цикла, апоптоза и дифферен-цировки являются ключевым свойством злокачественного процесса [25]. МиРНК вносят свой вклад в формирование всех основных признаков фенотипа опухолевой клетки (рис. 2).

Поскольку для взаимодействия с миРНК не требуется полная комплементарность с матричной РНК, миРНК имеют более одной мРНК-мишени. Например, miR-21 регулирует PTEN и проапоптотический ген PDCD4, снижение экспрессии

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком