microARN: Noua înțelegere a mecanismului de acțiune în infecțiile virale și semnificația acesteia

MicroARN-urile sau, pe scurt, miARN-urile (a nu se confunda cu ARNm sau ARN-ul mesager) au fost descoperite în 1993 și au fost studiate pe larg în ultimele două decenii pentru rolul lor în reglarea expresiei genelor. miARN-urile sunt exprimate diferențiat în diferite celule și țesuturi ale corpului. Cercetările recente ale oamenilor de știință de la Universitatea Queen din Belfast au dezvăluit rolul mecanicist al miARN-urilor în reglarea sistemului imunitar atunci când celulele corpului sunt provocate de viruși. Aceste descoperiri vor duce la o înțelegere îmbunătățită a bolii și a exploatării lor ca ținte pentru dezvoltarea terapeutică nouă.  

MicroARN-uri sau miARN-uri au câștigat popularitate în ultimele două decenii pentru rolul lor în procesele post-transcripționale, cum ar fi diferențierea, homeostazia metabolică, proliferarea și apoptoza. ^(1-5). miARN-uri sunt mici monocatenare ARN secvențe care nu codifică nicio proteină. Ele sunt derivate din precursori mai mari, care sunt dublu catenar ARN-uri. Biogeneza lui Mirna începe în nucleul celulei și implică generarea de primare Mirna stenograme de către ARN polimeraza II urmată de tăierea transcriptului primar pentru a elibera ac de păr pre-miARN de către un complex enzimatic. Primar Mirna este apoi exportat în citoplasmă unde este acționat de către DICER (un complex proteic care scindează în continuare pre-miARN), producând astfel miARN-ul monocatenar matur. MiARN-ul matur se integrează ca parte a complexului de tăcere indusă de ARN (RISC) și induce tăcere post-transcripțională a genei prin fixarea RISC la regiunile complementare, găsite în regiunile 3’ netraduse (UTR), în ARNm-ul țintă. 

Povestea a început în 1993 cu descoperirea lui miARN-uri in C.elegans de Lee și colegii săi ⁽⁶⁾. S-a observat că proteina LIN-14 a fost reglată în jos de o altă genă transcrisă numită lin-4 și această reglare în jos a fost necesară pentru dezvoltarea larvelor în C.elegans în trecerea de la stadiul L1 la L2. Lin-4 transcris a dus la scăderea expresiei LIN-14 prin legarea complementară la regiunea 3'UTR a lin-4 ARNm, cu mici modificări la ARNm niveluri de lin-4. Acest fenomen a fost considerat inițial a fi exclusiv și specific C. elegans, până în jurul anului 2000, când au fost descoperite la alte specii de animale ⁽⁷⁾. De atunci, a existat un potop de articole de cercetare care descriu descoperirea și existența miARN-urilor atât la plante, cât și la animale. Peste 25000 miARN-uri au fost descoperite până acum și pentru mulți, rolul exact pe care îl joacă în biologia organismului rămâne încă evaziv. 

miARN-uri își exercită efectele prin reprimarea post-transcripțională a ARNm prin legarea la situsurile complementare din UTR-urile 3' ale ARNm pe care îl controlează. O complementaritate puternică desemnează ARNm pentru degradare, în timp ce o complementaritate slabă nu provoacă modificări ale nivelurilor de ARNm, dar provoacă inhibarea translației. Deși rolul major al miARN este în reprimarea transcripțională, aceștia acționează și ca activatori în cazuri rare ⁽⁸⁾. miARN-urile joacă un rol indispensabil în dezvoltarea organismului prin reglarea genelor și a produselor genetice chiar de la starea embrionară până la dezvoltarea organelor și sistemelor de organe. ^(9-11). Pe lângă rolul lor în menținerea homeostaziei celulare, miARN-urile au fost, de asemenea, implicate în diferite boli, cum ar fi cancerul (miARN-uri acționând atât ca activatori, cât și ca represori ai genelor), tulburări neurodegenerative și boli cardiovasculare. Înțelegerea și elucidarea rolului lor în diferite boli poate duce la descoperirea de noi biomarkeri cu noi abordări terapeutice concomitente pentru prevenirea bolilor. miARN-uri de asemenea, joacă un rol critic în dezvoltarea și patogeneza infecțiilor cauzate de microorganisme precum bacteriile și virușii prin reglarea genelor sistemului imunitar pentru a crea un răspuns eficient la boală. În cazul infecțiilor virale, interferonii de tip I (IFN alfa și IFN beta) sunt eliberați ca citokine antivirale care, la rândul lor, modulează sistemul imunitar pentru a genera un răspuns combativ. ⁽¹²). Producția de interferoni este strâns reglată atât la nivel de transcripție, cât și de traducere și joacă un rol esențial în determinarea răspunsului anti-viral al gazdei. Cu toate acestea, virușii au evoluat suficient pentru a înșela celulele gazdă pentru a suprima acest răspuns imun, oferind un avantaj virusului pentru replicarea sa și, prin urmare, agravând simptomele bolii. ^{(12, 13)}. Controlul strict al interacțiunii dintre producția de IFN de către gazdă la infecția virală și suprimarea acestuia de către virusul infectant determină extinderea și durata bolii cauzate de virusul menționat în cauză. Deși controlul transcripțional al producției de IFN și al genelor stimulate de IFN (ISG) aferente este bine stabilit ⁽¹⁴⁾, mecanismul de control al translației a rămas încă evaziv ⁽¹⁵⁾. 

Studiul recent al cercetătorilor de la Universitatea McGill, Canada și Universitatea Queens, Belfast oferă o înțelegere mecanică a controlului translațional al IFN producție care evidențiază rolul proteinei 4EHP în suprimarea producției de IFN-beta și implicarea miARN, miR-34a. 4EHP reglează în jos producția de IFN prin modularea tăcere translațională indusă de miR-34a a ARNm Ifnb1. Infecția cu virusuri ARN și inducerea IFN beta măresc nivelurile miR-34a miARN, declanșând o buclă de reglare cu feedback negativ care reprimă expresia IFN beta prin 4EHP ⁽¹⁶⁾. Acest studiu este de mare importanță în urma actualei pandemii provocate Covid-19 (o infecție cauzată de un virus ARN), deoarece va ajuta la înțelegerea în continuare a bolii și va conduce la noi modalități de a trata infecția prin modularea nivelurilor de miR-34a miARN folosind activatori/inhibitori de proiectare și testarea acestora în studii clinice pentru efectele sale asupra răspunsului IFN. Au existat rapoarte de studii clinice care utilizează terapia IFN beta ⁽¹⁷⁾ și acest studiu va ajuta la dezlegarea mecanismelor moleculare prin evidențierea rolului miARN în reglarea intrinsecă a mașinilor de translație a gazdei pentru menținerea unui mediu homeostatic. 

Investigații și cercetări viitoare despre astfel de și altele cunoscute și emergente miARN-uri împreună cu integrarea acestor descoperiri cu date genomice, transcriptomice și/sau proteomice, nu numai că va îmbunătăți înțelegerea mecanică a interacțiunilor celulare și a bolii, dar va duce și la noi Mirna terapii bazate prin exploatarea miARN ca actimir (utilizarea miARN ca activatori pentru înlocuirea miARN-uri care au fost mutați sau șterse) și antagomire (folosind miARN-uri ca antagoniști în cazul în care există o reglare anormală a ARNm-ului menționat) pentru bolile umane și animale prevalente și emergente.  

*** 

Referinte  

1. Clairea T, Lamarthée B, Anglicheau D. MicroARNs: small molecules, big effects, Current Opinion in Organ Transplantation: February 2021 – Volume 26 – Issue 1 – p 10-16. DOI: https://doi.org/10.1097/MOT.0000000000000835  

2. Ambros V. Funcţiile microARN-urilor animale. Natură. 2004, 431 (7006): 350–5. DOI: https://doi.org/10.1038/nature02871  

3. Bartel DP. MicroARN: genomică, biogeneză, mecanism și funcție. Celulă. 2004, 116 (2): 281–97. DOI: https://10.1016/S0092-8674(04)00045-5  

4. Jansson MD și Lund AH MicroARN și Cancer. Oncologie moleculară. 2012, 6 (6): 590-610. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molonc.2012.09.006  

5. Bhaskaran M, Mohan M. MicroARN: istorie, biogeneză și rolul lor în evoluție în dezvoltarea și bolile animalelor. Veterinarul Pathol. 2014;51(4):759-774. DOI: https://doi.org/10.1177/0300985813502820 

6. Rosalind C. Lee, Rhonda L. Feinbaum, Victor Ambros. Gena heterocronică lin-4 de C. elegans codifică ARN-uri mici cu complementaritate antisens cu lin-14, Cell, volumul 75, numărul 5,1993, paginile 843-854, ISSN 0092-8674. DOI: https://doi.org/10.1016/0092-8674(93)90529-Y 

7. Pasquinelli A., Reinhart B., Slack F. et al. Conservarea secvenței și expresiei temporale a lasa-7 ARN reglator heterocronic. Natură 408, 86–89 (2000). DOI: https://doi.org/10.1038/35040556 

8. Vasudevan S, Tong Y și Steitz JA. Trecerea de la represiune la activare: microARN-urile pot regla mai sus traducerea. Ştiinţă  21 Dec 2007: Vol. 318, Numărul 5858, p.1931-1934. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1149460 

9. Bernstein E, Kim SY, Carmell MA, et al. Dicerul este esențial pentru dezvoltarea șoarecelui. Nat Genet. 2003; 35:215–217. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1253 

10. Kloosterman WP, Plasterk RH. Diversele funcții ale micro-ARN-urilor în dezvoltarea și bolile animalelor. Dev Cell. 2006; 11:441–450. DOI: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2006.09.009 

11. Wienholds E, Koudijs MJ, van Eeden FJM și colab. Enzima producătoare de microARN Dicer1 este esențială pentru dezvoltarea peștilor zebra. Nat Genet. 2003; 35:217–218. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1251 

12. Haller O, Kochs G și Weber F. Circuitul de răspuns la interferon: Inducerea și supresia de către virușii patogeni. Virologie. Volumul 344, numărul 1, 2006, paginile 119-130, ISSN 0042-6822, DOI: https://doi.org/10.1016/j.virol.2005.09.024 

13. McNab F, Mayer-Barber K, Sher A, Wack A, O'Garra A. Interferonii de tip I în bolile infecțioase. Nat Rev Immunol. 2015 Feb;15(2):87-103. DOI: https://doi.org/10.1038/nri3787 

14. Apostolou, E. și Thanos, D. (2008). Infecția cu virus induce asocieri intercromozomiale dependente de NF-kappa-B care mediază expresia genei IFN-b monoalelice. Celula 134, 85–96. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.05.052   

15. Savan, R. (2014). Reglarea post-transcripțională a interferonilor și a căilor lor de semnalizare. J. Interferon Cytokine Res. 34, 318–329. DOI: https://doi.org/10.1089/jir.2013.0117  

16. Zhang X, Chapat C și colab. Controlul translațional mediat de microARN al imunității antivirale de către proteina de legare a capacului 4EHP. Molecular Cell 81, 1–14 2021. Publicat: 12 februarie 2021. DOI:https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.01.030

17. SCIEU 2021. Interferon-β pentru tratamentul COVID-19: Administrarea subcutanată mai eficientă. științific european. Postat pe 12 februarie 2021. Disponibil online pe http://scientificeuropean.co.uk/interferon-β-for-treatment-of-covid-19-subcutaneous-administration-more-effective/ Accesat pe 14 februarie 2021.  

***