MicroRNA و سرطان (۷)

MicroRNA

MicroRNA و سرطان

 (بخش هفتم) 

زهرا اصغری لالمی (دانشجوی دکتری ژنتیک مولکولی)

 

کاربرد MicroRNA در سرطان پستان

۱: مکانیسم‌های غیرتنظیمی miR در سرطان پستان

بیان miR می‌تواند توسط مکانیسم‌های مختلفی تغییر کند که از آن جمله می‌توان موارد زیر را برشمرد:

۱-۱- ناهنجاری‌های کروموزومی: حذف، افزایش و جهش نمونه‌هایی از این ناهنجاری‌ها می‌باشند (۱، ۲).

۱-۲- اپی‌ژنتیک: دو زمینه‌ی اپی‌ژنتیک، متیلاسیون DNA و تغییرات هیستونی است. درواقع از یک طرف مکانیسم‌های اپی‌ژنتیکی microRNA را کنترل می‌کنند و از طرفی microRNA‌ها می‌توانند بازیگران اصلی اپی‌ژنتیکی را هدف‌گیری نمایند. استفاده از داکسی‌سیتیدین در برداشتن متیلاسیون از ۱-۹-miR در سرطان پستان و از طرفی هدف‌گیری ۳′UTR در DNA متیل­ترانسفرازها (DNMT)[1] توسط ۲۹-miR گویای این مطلب است (۳، ۱).

۱-۳- SNP: تغییرات ژنتیکی عوامل مهمی در پیش‌بینی استعداد ابتلا به سرطان پستان می‌باشند. یک پلی‌مورفیسم واقع در ۲۴-miR گزارش شده که در محل اتصال microRNA به mRNA مربوط به دی‌هیدروفولات ردوکتاز (DHFR)[2] قرار گرفته است. این پلی‌مورفیسم منجر به از دست رفتن عملکرد ۲۴-miR و افزایش بیان DHFR و مقاومت به متوتروکسات می‌گردد (۴).

۱-۴- نقص در ماشین بیوژنز miR: نه فقط سطح microRNAها، بلکه سطوح آنزیم‌های پردازش‌کننده یعنی مولکول‌های دایسر و دروشا، وضعیت انکوژنی سلول را منعکس می‌کنند. در مطالعاتی که روی سطوح بیان این آنزیم‌ها در سرطان پستان انجام گرفت، رابطه‌ی معنی‌دار بین سطوح آن‌ها و وضعیت بیماری مشاهده شد، از طرفی مشخص شده است که برخی پروتئین‌ها مثل SMAD با دروشا میان‌کنش داده، بلوغ آن‌ها را تسریع می‌کند. همچنین P53 با دروشا واکنش داده و میزان بالغ شدن microRNAهایی که از رشد جلوگیری می‌کنند را افزایش می‌دهد (۵، ۶، ۷).

 

  • روش‌های درمانی با microRNA

رویکرد هدف‌گیری microRNA شامل درمان با ممانعت از بیان microRNA[3] و درمان از طریق جایگزینی microRNA[4] است؛ یعنی microRNAهایی که به‌عنوان سرکوبگر تومور عمل کرده و در بافت سرطانی پستان تنظیم منفی می‌شوند با استفاده از microRNAهای خارجی جایگزین می‌شوند و یا از عمل انکومیرها به روشی جلوگیری می‌شود. پس بر اساس روشی که microRNAها عمل می‌کنند، آنها می‌توانند در دو سطح مختلف هدف‌گیری شوند: کاهش/ افزایش سطح آن‌ها و یا دخالت در میان‌کنش بین microRNA و mRNA (6، ۸).

برای هدف‌گیری microRNA و تحویل به سلول‌های هدف دو راه اصلی وجود دارد:

۲-۱- ارائه الیگونوکلئوتیدهای سنتزی شیمیایی: مزیت این روش، ترکیب عملکردی است و نیاز به پردازش بیشتر ندارد، البته باید در نظر داشت که باید از تجزیه شدن الیگونوکلئوتیدها در بدن میزبان جلوگیری کرد تا بتواند به محیط توموری نفوذ کرده، از ترافیک درون‌سلولی عبور و در همان ترکیبات زیرسلولی که هدف در آن است قرار گرفته و اثر خود را بگذارند. چالش اصلی این است که نوکلئوتیدهای بهینه‌نشده معمولاً به‌سختی از غشای پلاسمایی عبور می‌کنند و هنگامی که درون سلول هستند بسیار ناپایدارند که اولی را می‌توان با انواع مختلف کونژوگه کردن و یا سیستم کپسوله کردن و مشکل دوم را با مهندسی کردن اولیگئونوکلوتیدهای بهینه‌شده حل کرد (۸).

در درمان با استفاده از microRNA از مولکول‌های مختلفی استفاده می‌شود که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

۲-۱-۱- مقلدهای microRNA :microRNAهای[۵] مصنوعی که مانند microRNAهای اصلی هستند (۹، ۱).

۲-۱-۲- الیگونوکلئوتیدهای ضد microRNA[6]: مولکول‌های تک‌رشته‌ای مکمل با microRNA هستند. اتصال این الیگونوکلئوتیدها به microRNA، میان‌کنش بین microRNA و mRNA را دچار اختلال می‌کند (۴، ۱۰).

۲-۱-۳- آنتاگومیرها: AMOهای بهینه‌شده می‌باشند؛ مثلاً هیدروژن مربوط به ′۲-OH  روی ریبوز با گروه متیل جایگزین شده است. در اسکلت زنجیره‌ی ریبونوکلئوتیدی هم، برخی اتصالات فسفودی‌استر با اتصالات فسفوتیوایت جایگزین گردیده است (۱۱-۱۲). این دو تغییر از تجزیه‌ی زیستی جلوگیری می‌کنند. برای افزایش نفوذ سلولی، RNA بهینه‌شده با یک مولکول کلسترول، کونژوگه شده است (۱، ۱۳). پژوهش‌هایی در زمینه‌ی کاربرد عملی آنتاگومیرها انجام شده است که از آن جمله می‌توان به استفاده از آنتاگومیرهای مربوط به miR-10b توسط “ما و همکارانش” اشاره کرد. آنها در مطالعه خود از سلول‌های توموری پستانی موش به نام ۴T1 استفاده کرده و توانستند میزان هدف‌های این microRNA را افزایش دهند و در نتیجه متاستاز ریه‌ای را در محیط کشت و هم پس از پیوند این سلول‌ها به موش به‌طور معناداری کاهش دهند (۱۴).

۲-۱-۴- اسیدهای نوکلئیک قفل‌شده (LNA): در این نوع از ریبونوکلئوتیدهای بهینه‌شده، بخش ریبوز یک پلی‌متیلن اضافی دارد که ۲′-O و ۴′-C را به هم متصل کرده و منجر به کانفورماسیون Locked می‌شود. این تغییر منجر به افزایش تمایل اتصال و پایداری می‌گردد (۸، ۱۰-۱۲).

 

۲-۲- ارائه پیش‌سازهای ژنتیکی: در حالیکه الیگونوکلئوتیدهای سنتزی شیمیایی فقط بیان موقتی را فراهم می‌کنند، استفاده از پیش‌سازهای ژنتیکی می‌توانند بیان دائمی الیگونوکلئوتیدهای کدشده را به دنبال داشته باشند. برای این کار از کاست‌های بیانی ویروسی یا غیرویروسی استفاده می‌شود، اما نگرانی‌هایی در مورد ایمنی و حذف آنها از سیستم ایمنی وجود دارد، علاوه بر این طراحی آنها آسان نیست. انتخاب پروموتر، طول پیش‌ساز ژنتیکی، ماهیت سلول یا بافت هدف‌گیری‌شده باید در نظر گرفته شود. در وکتورهای ویروسی که ماده‌ی تحویلی را با DNA میزبان ادغام می‌کنند، خطر جهش دخولی و فعال شدن پروتوانکوژن‌ها وجود دارد. از طرفی وکتورهای بیانی ویروسی، اندازه DNA را که می‌تواند وارد شود محدود می‌کنند (۱۵، ۸، ۱۱، ۱۲، ۱۶-۱۸).

 

۲-۳- رویکرد دیگری که توسط شارپ و همکارانش[۷] ایجاد شد، استفاده از ممانعت‌کننده‌های رقابتی عملکرد یا microRNA sponges است. یک microRNA sponge شامل یک پروموتر قوی است که بیان یک رونوشت مصنوعی را هدایت می‌کند که شامل تکرارهای پشت سر هم متعددی است که با توالی جستجوی یک microRNA خاص مکملند، پس با جذب microRNA موردنظر هدف واقعی را از سرکوب و مهار رهایی می‌بخشند. کارآمدی یک اسفنج به تمایل سایت‌های اتصال آن و microRNA بستگی دارد. کاست‌های اسفنج توسط وکتورهای ویروسی می‌توانند تحویل داده شوند. این وکتورهای ویروسی ۴ الی ۱۰ عدد از سایت‌های هدف microRNA دارند که توسط نوکلئوتیدهای متعددی جدا شده‌اند و اغلب آنها مارکرهایی مثل مقاومت به آنتی‌بیوتیک دارند (۶، ۸، ۱۰، ۱۱، ۱۲، ۱۸-۱۶). در مطالعه‌ای از اسفنج مربوط به ۹-miR استفاده شد و در نتیجه از تنظیم منفی CDH1 جلوگیری شد. این امر هم در کشت سلول‌های سرطانی پستان و هم در موش مورد آزمایش قرار گرفت و در تمامی موارد کاهش معنی‌داری در متاستاز مشاهده گردید (۱۹). همچنین محققان با استفاده از اسفنج ۳۱-miR که درون وکتور رتروویروسی کلون شده بود و با بهره‌گیری از سلول‌های متاستازی پستان ارتباط این microRNA را با متاستاز سرطان پستان ثابت کردند (۲۰).

 

۲-۴- علاوه بر این، استفاده از microRNA‌های مصنوعی (amiRNA) یک استراتژی جدید برای درمان سرطان پستان فراهم می‌کند. یک amiRNA جدید، miR p-27-5p که منطقه‌ی غیرترجمه‌ای ۳′UTR در سایکلین وابسته به کیناز ۴ (CDK4) را mRNA هدف قرار می‌دهد، درون سلول‌های سرطان پستان معرفی شد. این مطالعه نشان داد که تکثیر سلولی مهار شد و چرخه‌ی سلولی از طریق تنظیم منفی بیان CDK4 و سرکوب پروتئین رتینوبلاستومای فسفریله شده (RB1)، متوقف گردید (۲۱). لیانگ و همکاران[۸] یک amiRNA به‌وسیله‌ی قرار دادن ژن microRNA دو رشته‌ای در برابر یک موتیف گیرنده‌ی کموکاین
۴ C-X-C (CXCR4) در یک وکتور بیانی RNAi بر اساس ۱۵۵-miR ساختند که نشان داد سطح بیان CXCR4 کاهش یافته و مهاجرت و تهاجم در سلول‌های سرطان پستان سرکوب شده است (۲۲).

 

  • مزایا و معایب درمان با miR در سرطان پستان

برای بیان مزیت استفاده از این دسته از RNAها علاوه بر آنچه گفته شد، می‌توان از تفاوت آن‌ها با RNA‌های کوچک مداخله‌کننده (siRNA) کمک گرفت. درست است که هر دو در مسائل درمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما باید در نظر داشت که siRNA یک RNA مصنوعی است و درون بدن ما وجود ندارد، در حالی‌که microRNAها، RNAهای کوچک طبیعی هستند و در بدن توسط ژنوم کد می‌شوند، بنابراین تأثیرات جانبی شدید در استفاده از این RNAها با احتمال کمتری وجود دارد (۳، ۲۳)، اما از طرفی سلول‌های توموری مقاوم به درمان با microRNA یک مسئله‌ی جدی در درمان است. شواهد نشان می‌دهند که سایت‌های اتصال microRNA روی ′۳ UTR، انکوژن‌هایی مثل Ras و یا سایکلین‌ها دچار جهش شده‌اند و یا اینکه سلول‌های سرطانی ′۳ UTR کوتاه‌تری دارند و از این طریق تعداد سایت‌های اتصـــــــال برای Ts-miRها را کاهش می‌دهند. این تغییرات ژنتیکی به سلول‌های توموری کمک می‌کند تا از سیستم تنظیمی رشد سلولی فرار نمایند (۵، ۲۳).

یکی از اهداف نهایی کاربرد microRNA‌ها در سرطان پستان ایجاد یک الگوست که در آن از microRNA‌های در حال گردش بتوان به وضعیت بیماری، چگونگی گیرنده‌ها، پاسخ به درمان و خطر متاستاز دست یافت. آیا روزی درمان بهینه با microRNA جایگزین تمامی درمان‌های حاضر خواهد شد؟ به مطالعات کلینیکی بیشتری نیاز است تا به این پرسش پاسخ داده شود (۲۴، ۲۵، ۲۳).

 

منابع:

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

  1. Lorio MV, Croce CM. microRNAs in cancer: small molecules with a huge impact. Journal of clinical Oncology 2009; 27(34): 5848-5856.

  1. Kasahara Y, Nakamura RM, Kim PS. The role of microRNAs in cancer: In: Grody WW, Nakamura RM, Kiechle FL, Storm Ch, editors. Molecular Diagnostics: Techniques and Applications for the Clinical Laboratory. 1 ed. California:academic press; 2010;205-14.

  1. Spizzo R, Rushworth D, Guerrero M, et al. RNA inhibition, microRNAs, and new therapeutic agents for cancer treatment. Clinical Lymphoma & Myeloma. 2009; 9(3):313-318.

  1. Quesne JL, Caldas C. MicroRNAs and breast cancer. Molecular Oncology. 2010;4:230-241.

  1. Kota SK, Balasubramanian S. Cancer therapy via modulation of microRNA levels: a promising future. Drug Discovery Today. 2010; 15(17/18): 733-740.

  1. Dedes KJ, Natrajan R, Lambros MB, et al. Down-regulation of the miRNA master regulatorsDrosha and Dicer is associated with specific subgroups of breast cancer. European Journal of Cancer. 2011; 47:138-150.

  1. Sotillo E, Tikhonenko AT. Shielding the messenger (RNA): microRNA-based anticancer therapies. Pharmacology & Therapeutics. 2011; 131: 18-32.

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

  1. Lowery AJ, Miller N, NcNeill RE, et al. microRNAs as prognostic indicators and therapeutic targets: potential effect on breast cancer management. Clin Cancer Res. 2008; 14(2):360-365.

۱۱٫Zhang T, Liu C, Huang S, Ma Y, Fang J, Chen J. A Downmodulated MicroRNA Profiling in Patients with Gastric Cancer. Gastroenterology Research and Practice. 2017 May 4;2017.

  1. ۱۲٫ Ji W, Sun B, Su C. Targeting MicroRNAs in Cancer Gene Therapy. Barry M, ed. Genes. 2017;8(1):21.
  2. Nana-sinkam SP, Croce CM. microRNAs as therapeutic targets in cancer. Translational Research. 2011; 157(4): 216-225.

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

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

  1. Peng Y, Croce CM. The role of MicroRNAs in human cancer. Rev. Signal Transduction and Targeted Therapy.2016 Jan 28;1:15004.

  1. Saumet A, Mathelier A, Lecellier CH. The Potential of MicroRNAs in Personalized

Medicine against Cancers. BioMed Research International. 2014 Aug 28;2014.

  1. Bimonte S, Leongito M, Barbieri A, et al. The Therapeutic Targets of miRNA in Hepatic Cancer Stem Cells. Stem Cells International. 2016 Mar 28;2016.

  1. Ma L, Young J, Prabhala H, et al. miR-9, a MYC/MYCN activated microRNA, regulates E-cadherin and cancer metastasis. Nat Cell Biol. 2010; 12(3):247-256.

  1. Valastyan S, Reinhardt F, Benaich N, et al. A pleiotropically acting microRNA, miR-31, inhibits breast cancer metastasis. Cell. 2009; 137(6): 1032-1046.

  1. Tseng, C.W.; Huang, H.C.; Shih, A.C.; Chang, Y.Y.; Hsu, C.C.; Chang, J.Y.; Li, W.H.; Juan, H.F. Revealing the anti-tumor effect of artificial miRNA p-27–۵p on human breast carcinoma cell line T-47D. Int. J. Mol. Sci. 2012, 13, 6352–۶۳۶۹٫

  1. Liang, Z.;Wu, H.; Reddy, S.; Zhu, A.;Wang, S.; Blevins, D.; Yoon, Y.; Zhang, Y.; Shim, H. Blockade of invasion and metastasis of breast cancer cells via targeting CXCR4 with an artificial microRNA. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2007, 363, 542–۵۴۶٫

  1. 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.

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

  1. 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.

[۱] DNA methyltransferases

[۲]Dihydrofolate reductase

[۳] MicroRNA inhibition therapy

[۴] MicroRNA replacement therapy

[۵]MicroRNA mimics

[۶] Anti-microRNA oligonucleotides (AMOs)

[۷]Sharp

[۸] Liang

MicroRNA و سرطان (۵)

MicroRNA و سرطان (۱)

microRNA و سرطان (۲)

برای دانلود فایل pdf  بر روی لینک زیر کلیک کنید

برچسبها
  • MicroRNA
  • miR
  • زهرا اصغری لالمی
  • سرطان پستان

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *