научная статья по теме МИКРОРНК И РАК Биология

Текст научной статьи на тему «МИКРОРНК И РАК»

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2014, том 48, № 2, с. 232-242

= ОБЗОРЫ

УДК 577.218

МикроРНК И РАК © 2014 г. Ф. Л. Киселев

Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина Российской академии медицинских наук, Москва, 115478 Поступила в редакцию 01.10.2013 г. Принята к печати 06.11.2013 г.

Обзор посвящен анализу данных о роли микроРНК в прогрессии опухолей человека. Подробно рассмотрены следующие вопросы: общая характеристика микроРНК, паттерн их экспрессии в опухолях человека и специфичность этой экспрессии, возможная роль микроРНК как онкогенов и супрессоров опухолевого роста, участие микроРНК в процессах, обусловливающих трансформированный фенотип опухолевых клеток, значение микроРНК для ранней диагностики и прогноза заболевания.

Ключевые слова: опухоли, микроРНК, биогенез, экспрессия, функции, диагностика, прогностические маркеры.

MicroRNA AND CANCER, by F. L. Kisseljov (Blochin Russian Cancer Research Center, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow, 115478 Russia; e-mail: flkhpv@yandex.ru). Review is devoted to analysis of the role of microRNA in progression of human tumors. The following aspects of this problem are discussed: general characteristics of microRNA, expression pattern of these RNAs in human tumors and specificity of this expression, putative role of microRNAs as oncogenes and tumor suppressors for tumor growth, participation of microRNAs in induction of transformed phenotypes of tumor cells, possible role of microRNAs for early diagnosis of the disease and prognosis.

Keywords: tumors, microRNA, biogenesis, expression, function, diagnostics, prognostic markers. DOI: 10.7868/S0026898414020086

ВВЕДЕНИЕ

Первое десятилетие XXI века характеризуется стремительным накоплением данных в области молекулярной онкологии. Геномика и протеомика опухолей во многом определяют успехи в понимании молекулярных механизмов их возникновения. За последние годы стало очевидным, что эпигенетические регуляторные механизмы играют ключевую роль в прогрессии опухолей и особая роль принадлежит здесь некодирующим РНК.

Согласно результатам, полученным в ходе исследований по программе "ENCODE", не менее 75% генома человека способно транскрибироваться и более половины этих транскриптов относятся к некодирующим РНК [1]. Эти РНК не содержат открытых рамок считывания для трансляции белка. Они разделяются на две большие группы: на так называемые длинные некодирующие РНК размером от 200 н. до 10 т.н. и малые некодирующие РНК размером менее 200 н. Среди последних наиболее исследован класс так называемых микроРНК (ш1РНК), которые выполняют важнейшие регуля-

* Эл. почта: flkhpv@yandex.ru

торные функции в жизнедеятельности нормальных клеток. Нарушения в экспрессии и функционировании ш1РНК обнаружены при многих заболеваниях человека, включая онкологические [2—5].

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ш1РНК

МикроРНК — негативный регулятор экспрессии генов. Гены ш1РНК эволюционно консервативны и распределены по всему геному человека. В некоторых участках генома они организованы в кластеры, в которых происходит координированная экспрессия ш1РНК, входящих в кластер. Небольшая часть ш1РНК (около 10%) расположена в интронах кодирующих генов. Около половины всех ш1РНК обнаружены внутри или в соседстве с сайтами ломкости хромосом, в участках потери гетерозиготности или в областях амплификации генома в опухолях [5, 6].

Молекулы ш1РНК представляют собой некодирующие однонитевые РНК длиной 18—25 н., которые взаимодействуют по комплементарному

принципу с 3'-нетранслируемыми областями мРНК-мишеней. Это взаимодействие инициирует деградацию мРНК или препятствует ее трансляции [7, 8]. В настоящее время идентифицировано более 2000 различных miPHK.

Участки генома, кодирующие miPHK, локализованы на разных хромосомах [9]. Так, miPHK-15a и miPHK-16-1 картированы на хромосоме 13q14. Показано, что эти miPHK негативно регулируют антиапоптотический ген Bcl2 и их экспрессия снижена при В-клеточном хроническом лим-фолейкозе. Участки генома, кодирующие miR-143 и miR-145, картированы на хромосоме 5q13, их экспрессия снижена в опухолях молочной железы и простаты. Участок генома, ответственный за синтез miR-21, локализован на хромосоме 17q23.2. Интенсивность экспрессия этой miPHK увеличена в глиобластомах и опухолях молочных желез. Фрагменты генома, кодирующие кластер семейства miPHK let-7, имеют множественные локусы, а продуцируемые miPHK негативно регулируют онкогены семейства Ras — их экспрессия снижается при раке легкого. Участок генома, кодирующий miR-142, картирован на хромосоме 17q22 в зоне транслокации t(8;17) в В-клеточных лимфо-мах, и эта транслокация приводит к суперэкспрессии онкогена Myc. Фрагмент генома, кодирующий кластер семейства miPHK mir-17-19b, локализован на хромосоме 13q31-31 и активирует ген Myc. Потеря гетерозиготности в этом локусе выявлена в опухолях печени, тогда как в В-кле-точных лимфомах этот локус суперэкспрессиру-ется.

Благодаря небольшому размеру каждая miPHK, как правило, может взаимодействовать с несколькими мPHK-мишенями — именно с теми, в которых имеются комплементарные участки. В настоящее время известно, что miPHK регулируют более 30% генов человека, включая гены, участвующие в развитии, клеточной дифференцировке, гематопо-эзе, устойчивости к стрессу, метаболизме, клеточной пролиферации и апоптозе [9]. Учитывая спектр генов, регулируемых miPHK, очевидно, что нарушения в их функционировании могут существенно влиять на все стадии опухолевого процесса — от возникновения опухоли до метастазирования [10-15].

БИОГЕНЕЗ miPHK

Гены miPHK транскрибируются PHK-полиме-разой II в виде первичных PHK-транскриптов (pri-miPHK) размером не более 1 т.н. Первичные транскрипты образуют несколько двунитевых участков — шпилек, которые затем нарезаются в отдельные молекулы длиной около 70 н. (pre-miPHK) с помощью ядерного комплекса, формируемого PHKазой III Drosha и белком DGCR8 (продукт гена 8 синдрома DiGeorge), узнающим двуните-

вую РНК. Как правило, pre-miPHK содержит шпильку, состоящую из 33 спаренных нуклеоти-дов, петлю, соединяющую спаренные нуклеотиды, и два однонитевых фрагмента, фланкирующих концы шпильки. Молекулы pre-miPHK траспор-тируются комплексом экспортин-5/Ran GTPаза в цитоплазму, где происходит дальнейшее созревание miPHK. В цитоплазме pre-miPHK нарезается РНКазой III Dicer на дуплексную РНК длиной 18—25 н. (зрелая miPHK). Зрелая miPHK включается в комплекс белков RISC (RNA-induced silencing component), где прямо взаимодействует с белками семейства Argonaute (Ago). Белки Ago способны узнавать малые PHK, в том числе и miPHK. В комплексе одна из цепей miPHK (цепь-пассажир) подвергается деградации, а функциональная цепь совместно c белком Ago активирует комплекс RISC и взаимодействует с мPHK-мишенью, что приводит к деградации последней или ингибированию трансляции. Таким образом, экспрессия miPHK в нормальных клетках контролируется на уровне транскрипции теми же механизмами, что и у других генов, транскрибируемых PHK-полимеразой II, в то время как посттранскрипционная регуляция miPHK реализуется в процессе, специфичном только для miPHK. В опухолевых клетках изменение экспрессии miPHK может происходить в результате нарушений (ди-срегуляции экспрессии), возникающих как на уровне транскрипции генов miPHK по механизмам, общим с генами, кодирующими белки, так и на уровне miPHK-специфичного процессинга [16-18].

Схема процессинга miPHK приведена на рисунке.

miPHK В ОПУХОЛЯХ ЧЕЛОВЕКА

Характерная особенность опухолевых клеток — это дисрегуляция экспрессии miPHK [19]. Исследование miPHK в опухолях представляется чрезвычайно важным по многим обстоятельствам. Эти небольшие молекулы регулируют экспрессию ключевых генов, задействованных в возникновении и прогрессии опухолей, поэтому их можно считать не только перспективными маркерами ранней диагностики и прогноза заболевания, но и мишенями для терапевтического воздействия.

Объем информации о miPHK растет стремительно, и цель этого обзора состоит не в том, чтобы разобраться в механизмах функционирования miPHK в разных типах опухолей, а в том, чтобы проанализировать примеры активации или супрессии miPHK в опухолях различного типа [9, 10, 14, 15, 19, 20].

Существует несколько механизмов дисрегуля-ции miPHK в опухолях. Отметим лишь те из них, для которых имеются экспериментальные дока-

Биогенез микроРНК (любезно предоставлен В.Н. Аушевым). Принятые обозначения: ш1РНК* — цепь-пассажир в дуплексе; рге-ш1РНК (microRNA precursor) — предшественник микроРНК; рп-ш1РНК (primary microRNA) — первичная микроРНК; siРНК (small interfering RNA) — малая (короткая) интерферирующая РНК; CDS (coding sequences) — кодирующие последовательности.

Ядро

рге-ш1РНК

Цитоплазма

дцРНК

I ill' 'II' I Г Г

дуплекс . ............ —:—~ дуплекс

ш1РНК:ш1РНК* | j siРНК

Сборка комплекса RISC

Расплетание

\

/—Ч

\_/

I

мРНК-мишени

Подавление трансляции Расщепление мРНК

зательства существования их в опухолях: делеции в ш1РНК или эпигенетическое выключение транскрипции локуса ш1РНК, в результате чего происходит дерепрессия гена-мишени; точечные мутации в ш1РНК или в ее предшественнике, что приводит к снижению процессинга ш1РНК; геномная амплификация или транслокация локуса ш1РНК с последующей активацией его транскрипции, вследствие чего усиливается репрессия опухолевого супрессора-мишени; реарранжировки в З'-ЦГЯ мРНК-мишени (транслокации, делеции), что сопровождается подавлением ее экспрессии

[4, 6].

Другой механизм дисрегуляции ш1РНК — это нарушения в функционировании белков-участников процессинга ш1РНК. Изменение числа копий генов Бкег1, А&о2, Хро-5 (кодирует экспортин 5) и других часто наблюдается в опухолях яичников, молочной железы, в меланомах [9].

Одним из регуляторов биогенеза ш1РНК может быть эстрогеновый рецептор-бета (БЯР) в гормон-чувствительных опухолях молочной железы [21]. В опухолях простаты негативным регулятором экспрессии ш1РНК ш1Я-132 выступает метилирование [22]. При хроническом лимфоци-тарном лейкозе экспрессия ш1РНК также зависит

от гипер- или гипометилирования промоторов в ДHK [23]. Мет

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