MicroRNA و سرطان

(بخش ششم)

زهرا اصغری لالمی (دانشجوی دکتری ژنتیک مولکولی)

microRNA و روش‌های درمان انواع سرطان

پتانسیل microRNAها به‌عنوان هدف‌های درمانی در سرطان‌ها به‌وسیله‌ی بسیاری از مطالعات بررسی شده است. استراتژی‌های درمانی microRNAهای سرکوبگر تومور و هم microRNAهای انکوژنیک مهارکننده که در سال‌های اخیر به‌سرعت توسعه یافته‌اند را معرفی می‌کند. در این مقاله microRNA و درمان سرطان پستان ارائه می‌گردد و در مقالات بعدی در خصوص microRNA و درمان سرطان کبد و معده، سرطان‌های ریه، پروستات و خون مطالبی ارائه خواهد شد.

1: سرطان پستان

سرطان تکثیر تصاعدی کنترل‌نشده‌ی سلول‌هاست. تکثیر سلول‌های بدن در حالت طبیعی تحت کنترل بسیار دقیق مکانیسم‌های مرتبط با چرخه‌ی تقسیم سلولی است و این مکانیسم‌ها توسط ژن‌های متعددی کنترل می‌شود. به‌وجود آمدن اختلال در ژن‌های کنترل‌کننده‌ی چرخه‌ی تقسیم سلولی سبب خارج شدن این مکانیسم‌ها از مسیر طبیعی خود می‌شود و بدین جهت است که در سطح سلولی، تمامی انواع سرطان‌ها را اختلال ژنتیکی می‌نامند و این بدین معنی است که ایجاد جهش در ژن‌های کنترل‌کننده‌ی تکثیر سلولی سبب به‌وجود آمدن سرطان می‌گردد (1).

سرطان پستان یک بیماری بدخیم تهدیدکننده‌ی سلامت زنان سراسر جهان با توجه به قابلیت بالای عود و متاستاز آن است (2). سرطان پستان رشد مهار نشده‌ی سلول‌های غیرطبیعی است که در بافت‌های مختلف پستان مانند مجاری‌ای که شیر را انتقال می‌دهند، در بافت تولیدکننده‌ی شیر و یا در بافت غیرعادی رخ می‌دهد. سرطان پستان پس از سرطان پوست دومین سرطان شایع در زنان است، اما سرطان پستان تنها مختص زنان نبوده بلکه مردان نیز در خطر ابتلا به آن هستند. نقش فاکتورهای ارثی و ژنتیکی به‌عنوان عوامل مستعدکننده در ابتلا به سرطان پستان تأیید شده است. یک‌سوم از کل مبتلایان، دارای سابقه‌ی مثبت وقوع سرطان پستان در یک نفر یا تعداد بیشتری از وابستگان درجه‌ی اول یا دوم خود هستند (1). تعداد فزاینده‌ای از مطالعات نشان دادند که microRNAها نقش‌های حیاتی در پیشرفت و توسعه‌ی سرطان پستان ایفا می‌کنند. رومرو-کاردوبا و همکاران^[1] دریافتند که 113 microRNA بیان بالاتر یا تنظیم مثبت و 17 microRNA بیان پایین‌تر یا تنظیم منفی در تومورهای سرطان پستان در مقایسه با بافت طبیعی مجاور نشان می‌دهند (3). علاوه بر این، بیان متفاوت microRNAها شدیداً با شیوع بالا و مرگ‌ومیر ناشی از سرطان پستان در ارتباط است (2).

مهم‌ترین ژن‌های دخیل در سرطان را می‌توان به 3 گروه عمده تقسیم کرد:

ژن‌هایی که در تسریع تکثیر سلول‌ها نقش دارند که انکوژن نامیده می‌شوند.
ژن‌های سرکوبگر تومور که باعث مهار تکثیر سلولی می‌شوند.
ژن‌های ترمیم‌کننده‌ی DNA که در صورت وقوع جهش ژنتیکی در انکوژن‌ها یا ژن‌های سرکوبگر، باعث ترمیم آن‌ها می‌گردند.

در سلول‌های یوکاریوتی، گروهی از پروتئین‌کینازها وجود دارند که با فسفریلاسیون پروتئین‌های درون سلولی موجب شروع، پیشبرد و یا تنظیم مراحل مختلف چرخه‌ی سلولی می‌شوند. تنظیم فعالیت چرخه‌ای این پروتئین‍کینازها برعهده‌ی مجموعه‌ای از پروتئین‌ها و آنزیم‌ها می‌باشد که مهم‌ترین آنها پروتئین‌های کنترلی ویژه‌ای به نام سایکلین‌ها هستند و به همین دلیل به این پروتئین‍کینازها اصطلاحاً پروتئین‍کینازهای وابسته به سایکلین (Cdk) گفته می‌شود. تاکنون چهار گروه از سایکلین‌ها در یوکاریوت‌ها شناسایی شده است. در سلول‌های آسیب‌دیده، در نقطه‌ی وارسی مرحله‌ی G1، پروتئینی 53 کیلودالتونی به نام P53 نقش دارد، این پروتئین در واقع یک نوع فاکتور رونویسی است که موجب رونویسی از چندین ژن و تولید چندین محصول مختلف می‌شود که یکی از آنها یک مهارکننده‌ی Cdk به نام P21 است (4). اگرچه وقوع جهش در ژن‌های مذکور از عوامل مطرح در سرطان‌ها از جمله سرطان سینه می‌باشند، ولی مطالعات اخیر بر ژن‌هایی که در مسیر تنظیمی قرار دارند مانند ژن 25Cdc متمرکز شده است. اگر DNA سلولی در مرحله‌ی G2 دچار آسیب شود، این آسیب موجب فعال شدن پروتئین‍کینازهایی می‌گردد که فسفاتاز 25Cdc را فسفریله و آن را غیرفعال می‌کنند. این فسفاتاز، با دفسفریلاسیون M-Cdk، موجب فعال شدن آن و شروع میتوز می‌گردد؛ بنابراین آسیب وارد بر DNA با غیرفعال کردن 25Cdc مانع از فعال شدن M-Cdk و شروع میتوز می‌شود. مطالعات اخیر بیان بسیار بالای a25CDC را در سرطان پستان و ارتباط پلی‌مورف‌های این ژن را نشان می‌دهند (5).

1-1- miRهای دخیل در سرطان پستان

مطالعات نشان داده‌اند که microRNAها می‌توانند هر دو نقش انکوژنی و سرکوبگر توموری را داشته باشند که در این صورت به ترتیب OncomiR و Ts-miR خوانده می‌شوند. اولین انکومیر شناخته‌شده 92-17-miR است که در 31q13-32 قرار دارد و از Ts-miRهایی که به‌طور مکرر در سرطان پستان از دست می‌روند، می‌توان به a34-miR اشاره نمود که در 36q1 واقع گردیده است (6، 7). در اینجا از میان miRها به چند miR که در سرطان پستان نقش کلیدی ایفا می‌کنند اشاره می‌کنیم:

1-1-1- خانواده‌ی Let-7: سلول‌های توموری به‌منظور مستقل شدن از فاکتورهای رشد سلولی مسیرهای مختلفی را فعال می‌کنند که در تکثیر سلولی و زنده ماندن آن‌ها نقش دارند؛ به‌طور مثال جهش‌های فعال‌کننده‌ی Ras معمولاً در سلول‌های توموری دیده می‌شود که این جهش‌ها با کاهش 7-Let هم ایجاد می‌شود، به بیان دیگر 7-Let بیان Ras را در ′3 UTR تنظیم می‌کند (8). این microRNA دومین microRNA کشف شده است و خانواده‌ای مشتمل بر 12 microRNA می‌باشد. از هدف‌های شناخته‌شده‌ی این microRNA می‌توان به پروتئین‌های ^[2]HMGA2، IMP-1^[3] و یک مارکر سلول‌های بنیادی به نام 28LIN اشاره کرد (9). تخریب سرکوب HMGA2 توسط 7-Let منجر به رشد خود‌به‌خودی می‌شود. اولیگونوکلئوتیدهای مکمل با 7-Let سطح HMGA2 را در رده‌های سلولی آزمایشگاهی افزایش می‌دهند. در مطالعه‌ای تأثیر مستقیم 7-Let بر ′3 UTR روی HMGA2 توسط ایجاد ساختارها^[4] و مشاهده‌ی تأثیر مهار ترجمه به اثبات رسید (10). IMP-1 به پروتئین‌های دیگری مثل c-myc و فاکتور رشد شبه‌انسولینی^[5] (IGF-2)، متصل شده و آنها را پایدار می‌کند (9). بین 7-Let و 28LIN یک بازخورد منفی وجود دارد. 28LIN به قسمت حلقه در 7-Pri-Let متصل شده و از پردازش آن جلوگیری می‌کند. سطوح این هدف‌ها در سرطان پستان افزایش می‌یابد (11).

1-1-2- miR-21: یکی از اولین miRهای انکوژنی می‌باشد و روی کروموزوم 17 واقع شده است (9). نشان داده شده که 21-miR روی تروپومیوزین (TPM1)^[6] تنظیم منفی دارد که این پروتئین از رشد خود به خودی جلوگیری می‌کند (12). از هدف‌های دیگر 21-miR می‌توان به پروتئین مرگ برنامه‌ریزی شده‌ی سلول (PDCD4)^[7]، maspin و ممانعت کننده‌ی متالوپروتئیناز (TIMP3)^[8] اشاره کرد که این امر توسط کلون کردن 3′UTR این هدف‌ها و استفاده از 21-anti-miR هدف بودن این‌ها، به اثبات رسید. در رده‌های سلولی سرطانی پستان 231-MDA-MB که متاستازی هستند استفاده از 21-anti-miR تهاجم و متاستاز سلولی را تا حد معنی‌داری کاهش می‌دهد (13). می‌توان گفت 21-miR علاوه بر کنترل زنده ماندن سلولی و سرکوب TPM1 و هدف‌گیری غیرمستقیم گیرنده‌ی یوروکیناز (UPAR)^[9] و ماتریکس متالوپروتئینازها (MMPs)^[10] یکی از تنظیم‌کننده‌های متاستاز است (8، 12، 14).

1-1-3- miR-34a: خانواده‌ای مشتمل بر 3 عدد miR است و توسط p53 تنظیم مثبت می‌شود. مطالعه‌ای که روی رده‌های سلولی سرطان پستان توسط محققان انجام شد نشان می‌دهد که در 25 درصد از نمونه‌ها پروموتر 34-miR متیله شده است. 34-miR یک سری از ژن‌های دخیل در تکثیر و آپوپتوز سلولی مثل Bcl2 را هدف‌گیری می‌کند (8، 14). این microRNAها نقش خود را در القای استراحت چرخه‌ی سلولی از راه تأثیر بر فاکتور رونویسی E2F3 و SIRT1^[11] ایفا می‌کنند. از آنجا که SIRT1 می‌تواند P53 را از طریق داستیلاسیون غیرفعال کند در مطالعه‌ای نشان داده شد که ترانسفکت کردن Pre-miR-34a می‌تواند سطح آن را کاهش و P53 استیله را افزایش دهد (15).

1-1-4- miR-10b: خانواده‌ی 10-miR شامل 10a- و 10b- می‌شود که در بسیاری از تومورها بیان بالایی دارند. مطالعات پیوستگی، بیان بالای miR-10b و متاستاز را در تومورهای پستان انسانی از طریق هدف‌گیری فاکتور رونویسی هومئوباکس (HOXD10)^[12] بیان می‌کنند (16). شواهد نشان می‌دهند که miR-10b بیان پایین‌تری در سلول‌های توموری پستان بدون متاستاز نسبت به بافت نرمال دارند. متعاقباً گروه “ما و همکارانش” بیان بالای آن را در تومورهای پستان متاستاتیک نسبت به غیر متاستاتیک نشان دادند (12، 14).

1-1-5- miR-829-b: مستندات نشان داده است که بیان b892-miR، به‌طور قابل‌توجهی تنظیم منفی در نمونه‌های سرطان پستان انسان دارد. بیان بیش از حد b829-miR توسط مقلد آن در سلول‌های سرطان پستان به‌طور قابل‌توجهی رشد تومور، ظرفیت متاستاتیک و القای رگ‌هایی در آزمایشگاه و در داخل بدن را کاهش می‌دهد که به‌وسیله‌ی تضعیف مسیرهای پیام‌رسانی فاکتور رونویسی هسته کاپا B (NF-Kβ) میانجی‌گری می‌شود (17).

1-1-6-miR-155 : معمولاً به‌عنوان یک microRNA انکوژنیک در سرطان پستان در نظر گرفته می‌شود. در مطالعه‌ای الیگونوکلئوتید آنتی‌سنس 155-miR (miR-155 ASO) پس از سنتز به درون سلول‌های
MDA-MB-157 منتقل شد و تکثیر سلولی را به‌طور قابل‌توجهی مهار و مرگ سلولی را افزایش داد (18).

1-2- کاربرد miR در سرطان پستان

در مورد سرطان پستان، ماموگرافی یکی از بهترین ابزارهای تشخیصی است، هرچند محدودیت‌هایی مثل استفاده از اشعه‌های یونیزه‌کننده و اشتباهاتی دارد. از طرفی استفاده از مارکرهای معمول مانند گیرنده‌ی استروژن (ER)^[13] و گیرنده‌ی هورمون رشد (HER2)^[14] کاملاً بدون عیب نمی‌باشند. microRNAها پتانسیل قابل‌توجهی برای استفاده به‌عنوان بیومارکرها جهت شناسایی، تشخیص، طبقه‌بندی و درمان سرطان دارند، چرا که آنها حساسیت لازم را دارند. علاوه بر این می‌توانند مرحله‌ی تومور، وضعیت رسپتور و بقای بیمار را نشان ‌دهند؛ مثلاً 7-let با خصوصیات پاتولوژیکی مختلف مثل متاستاز به غدد لنفاوی در ارتباط است و افزایش 342-miR احتمال مثبت بودن وضعیت ER را بالا می‌برد. از دیگر مزایای microRNA می‌توان به پایدار بودن آن تا 10 سال در بافت‌های ثابت‌شده در فرمالین و جای گرفته در پارافین (FFPE)^[15] اشاره نمود (21-19). microRNA ها علاوه بر تعیین نوع بیماری، حساسیت و پاسخ به یک درمان خاص را نیز می‌توانند تعیین کنند. برای مثال 326-miR بر حساسیت سلول‌های سرطانی پستان نسبت به شیمی‌درمانی مؤثر است، به‌طوری‌که کاهش آن منجر به مقاومت می‌شود. همچنین ممانعت از بیان ژن مقاومت دارویی (MDR)^[16] توسط 451-miR منجر به افزایش حساسیت سلول‌ها نسبت به دوکسوروبیسین می‌شود (16، 22).

1-3- microRNAهای در حال گردش^[17] در سرطان پستان

تکنیک‌های حاضر برای تشخیص سرطان عموماً شامل بیوپسی از بافت سرطانی می‌شود. بیومارکر ایده‌آل باید به‌آسانی در دسترس بوده و نمونه‌گیری برای بدست آوردن آن به‌آسانی انجام گردد. تعدادی از مارکرهای در حال گردش در سرطان پستان مثل آنتی‌ژن‌های کارسینوامبریونیک (CEA)^[18] و کربوهیدراتی 15-3 (CA 15-3)^[19] استفاده می‌شود، ولی حساسیت این مارکرها پایین بوده و به‌عنوان ابزار غربالگری نمی‌توانند استفاده شوند. از آنجایی که تکنیک بیوپسی برای بیمار ناخوشایند است، برخی مطالعات بر روی بیومارکرهای موجود در مایعات بدن انجام شده است. microRNAهای در حال گردش از تومور آزاد شده و در وزیکول‌های اگزوزومی و اجسام آپوپتوزیس حمل می‌شوند. اولین بار وجود microRNAهای جفتی در پلاسمای مادری شناسایی شد (23، 21، 24). در سال 2009 مطالعه‌ای روی سرم بیماران سرطان پستان انجام شد و مشاهده گردید که بیماران با وضعیت گیرنده‌ی پروژسترون مثبت، 155-miR بالاتری نسبت به افراد با وضعیت منفی گیرنده‌ی پروژسترون دارند (25). در سال 2010 در مطالعه‌ای که روی سرطان‌های متعدد انجام گرفت بیان بالای 195-miR در حال گردش را مخصوص سرطان پستان دانستند (19).

منابع:

Hanahan, D, Weinberg, R. The Hallmarks of cancer. Cell. 2000; 100,57-70.

2. Ji W, Sun B, Su C. Targeting MicroRNAs in Cancer Gene Therapy. Barry M, ed. Genes. 2017;8(1):21.
Romero-Cordoba, S.; Rodriguez-Cuevas, S.; Rebollar-Vega, R.; Quintanar-Jurado, V.; Maffuz-Aziz, A.; Jimenez-Sanchez, G.; Bautista-Piña, V.; Arellano-Llamas, R.; Hidalgo-Miranda, A. Identification and pathway analysis of microRNAs with no previous involvement in breast cancer. PLoS ONE 2012, 7, e31904.

Gatza ML, Lucas JE, Barry WT, et al. A pathway-based classification of human breast cancer. PNAS. 2010; 107(15), 6994-6999.

Khakpour L, Motovalibashi M, Farivar S. investigation on the relation of CDC25A gene and breast cancer. Clinical Bhochemistry. 2011; 44, 189-224.

6.Shenouda Sk, Alahari SK. MicroRNA function in cancer: oncogene or a tumor suppressor. Cancer Metastasis Rev. 2009;28:369-378.

Kerscher AE, Slack FJ. Oncomirs-microRNAs with a role in cancer. Nature 2006; 6:259-69.

Negrini M, Nicoloso NS, Calin GA. microRNAs and cancer—new paradigms in molecular oncology. Current Opinion in Cell Biology.2009; 21: 470-479.

Quesne JL, Caldas C. MicroRNAs and breast cancer. Molecular Oncology. 2010;4:230-241.
Mayr C, Hemann MT, Bartel DP. Disrupting the pairing between let-7 and Hmga2 enhances oncogenic transformation. Science. 2007; 315(5818):1576-1579.

Heo I, Joo Ch, Cho J, et al. lin28 mediates the terminal uridylation of let-7 precursor microRNA. Molecular Cell 2008; 32: 276-284.

Nicoloso Ms, Spizzo R, Shimizu M, et al. microRNAs-the micro steering wheel of tumour metastases. Nature. 2009; 9: 293-301.

Zhu Sh, Wu F, et al. microRNA-21 targets tumor suppressor genes in invasion and metastasis. Cell Research. 2008; 18: 350-359.

Ma L, Weinberg RA. Micromanagers of malignancy: role of microRNAs in regulating metastasis. Trends in Genetics. 2008; 24(9): 448-56.

Yamakuchi M, Ferlito M, Lowenstein CJ. Mir-34a repression of SIRT1 regulates apoptosis. Cell Biology. 2008; 105(36): 13421-13426.

Sempere LF, Kauppinen S. Translational implications of microRNAs in clinical diagnostics and therapeutics. In: Bradshow RA, Dennis EA, editors. Handbook of Cell Signaling. 2^nd ed. California: Elsevier; 2010. P. 2965-81.

Jiang, L.; Yu, L.; Zhang, X.; Lei, F.; Wang, L.; Liu, X.; Wu, S.; Zhu, J.; Wu, G.; Cao, L.; et al. MiR-892b Silencing Activates NF-_B and Promotes Aggressiveness in Breast Cancer. Cancer Res. 2016, 76, 1101–1111.

Zheng, S.R.; Guo, G.L.; Zhai, Q.; Zou, Z.Y.; Zhang, W. Effects of miR-155 antisense oligonucleotide on breast carcinoma cell line MDA-MB-157 and implanted tumors. Asian Pac. J. Cancer Prev. 2013, 14, 2361–2366.

Andorfer CA, Necela BM, Thompson EA, Perez EA. microRNA signatures: clinical biomarkers for the diagnosis and treatment of breast cancer. Trends in Molecular Medicine. 2011; 17:313-319.

Heneghan HM, Miller N, Lowery AJ, et al. microRNAs as novel biomarkers for breast cancer. Journal of Oncology. 2010; 1-7.

Fu SW, Chen L, Man Y. miRNA biomarkers in breast cancer detection and management. Journal of cancer. 2011; 2: 116-122.

Kovalchuk O, Filkowski J, Meservy J, et al.. involvement of microRNA-451 in resistance of the MCF-7 breast cancer cells to chemotherapeutic drug doxorubicin. Mol Cancer Ther. 2008; 7(7): 2152-9.

Imeida MI, Reis RM, Calin GA. MicroRNA history: Discovery, recent applications, and next frontiers. Mutation Research. 2011;717:1-8.

Iguchi H, Kosaka N, Ochiya T. Versatile applications of microRNA in anti-cancer Drug discovery: From therapeutics to biomarkers. Current Drug Discovery Technologies 2010; 7(2): 95-105.

Heneghan HM, Miller N, Lowery AJ, et al. Circulating microRNAs as novel minimally invasive biomarkers for breast cancer. Ann Surg. 2010; 251(3): 499-505.

[1] Romero-Codoba

[2] High Mobility Group A2

[3] Insulin-like growth factor II mRNA-binding protein

[4] Construct

[5] Insulin-like growth factor 2

[6] Tropomyosin-1

[7] Programmed cell death protein 4

[8] Mrtalloproteinase inhibitor 3

[9] Urokinase receptor

[10] Matrix metallo proteinases

[11] Silent information regulator 1

[12] Homeobox D10