신장 발달과 질병의 마이크로RNA Ⅲ

Wilms 종양의 MiRNA

윌름스 종양,또는신모세포종, 가장 흔한 어린 시절입니다신장암, 발생률은 10명 중 1명이며, 북미 지역 어린이는 000명입니다(111). 가족성 형태가 약 1%-2%의 사례에서 발생하지만 주로 산발성 질병입니다(112, 113). 윌름스 종양은 다능성 배아 신장 전구체가 분화되지 않고 지속되지 않는 비정상적인 신장 발생에서 발생합니다.비정상적으로 출생 후 생활에(111, 114, 115). 이 종양은 조직학적으로 유사합니다.신장 발달와혼란스러운 형태(116), 그리고 WT1(117-119), CTNNB1(120), SIX1/2(121, 122) 및 TP53(123, 124)을 포함하여 태아 신장 형성과 관련된 유전자의 돌연변이는 대략 40%의 태아 신장 형성과 관련이 있습니다. 윌름스 종양(125). Wilms 종양의 전체 게놈 및 전체 엑솜 시퀀싱을 사용한 최근 연구에서는 암 위험 유전자(REST, CHEK2, PALB2)(126, 127), 신장 형성 동안 히스톤 변형을 중재하는 단백질을 코딩하는 유전자(BCOR, MAP3K4)(126)에서 새로운 돌연변이가 확인되었습니다. ) 및 miRNA 처리 유전자 (121, 122, 128, 129).

CISTANCHE가 신장 질환 환자를 치료하는 데 얼마나 걸리나요?

miRNA 처리 유전자 중 DROSHA, DGCR8, DICER1, TARBP2 및 XPO5(exportin 5를 암호화함)의 돌연변이가 치료 경험이 없는 및 선행 화학요법으로 치료된 Wilms 종양에서 보고되었습니다(그림 3)(121, 122, 128, 129 ). 검사된 Wilms 종양의 약 33%는 miRNA 처리 경로의 유전자에서 해로운 돌연변이를 나타냅니다(128). Wilms 종양에 고유한 것으로 보이는 DROSHA의 RNase IIIb 도메인의 metal 결합(Mg2+) 잔기의 재발성 핫스팟 돌연변이(E1147K)는 이 도메인의 촉매 활성을 폐지하여 불완전한 결과를 초래합니다. pri-miRNA의 절단 및 miRNA 성숙 감소(128). DICER1의 RNase IIIb 도메인에 영향을 미치는 체세포 핫스팟 돌연변이는 5p miRNA(pre-miRNA 헤어핀의 5'-팔에서 파생된 것)의 처리를 손상시키며(129) DICER1과 함께 작용하는 "두 번째 히트" 돌연변이로 종종 발견됩니다. DICER1 증후군(다양한 종양에 대한 감수성을 증가시키는 장애)에서 Wilms 종양 형성을 유도하기 위한 생식선 돌연변이(130-132). Wilms 종양에서 손상된 DICER1 기능이 세포사멸을 증가시키고 신생성의 조기 중단을 유발하는 마우스 네프론 전구세포에서 Dicer1의 손실과 달리 지속적이고 비정상적인 신생성을 초래하는 이유는 불분명합니다(72-75). 일부 잠재적인 가능성에는 유전자 투여 활성이 세포 생존을 결정하는 데 결정적일 수 있거나 RNase IIIb 도메인의 돌연변이가 DICER1에 의한 miRNA 결합의 특이성에 영향을 미칠 수 있다는 점 등이 있습니다.

miRNA 처리 유전자의 돌연변이는 miR-200(121) 및 let-7 계열(그림 3)(121, 129)의 구성원을 포함하여 중요한 miRNA의 하향 조절과 관련이 있습니다. -7 miRNA와 RNA 결합 단백질 Lin28이 함께 작용하여 쥐의 신장 형성이 중단되는 시기를 제어하는데, 이는 아마도 성장 촉진 유전자 Igf2의 조절을 통해 가능합니다(133). 신장 발달 중 Lin28의 과발현은 최종 분화 파동을 억제함으로써 신성 전구 세포의 확장을 유발하며, 이는 인간 윌름스 종양을 매우 연상시키는 종양 변형으로 정점에 이릅니다(134). LIN28B의 증가된 DNA 카피 수와 let{16}}a의 DNA 카피 손실은 각각 인간 Wilms 종양 샘플의 25%와 46%에서 나타납니다(126). 이러한 관찰에 따라, 전처리된 형태의 let-7를 분해하는 역할을 하는 엑소리보뉴클레아제를 코딩하는 인간 DISL3L2 유전자의 생식선 돌연변이는 펄만 증후군 및 윌름스 종양에 대한 소인을 유발합니다(135, 136). 펄만 증후군은 거대수증, 양수다수증, 안면 기형, 신장 이형성증, 신모세포종증(윌름스 종양의 전구 병변)을 특징으로 하는 선천성 과성장 증후군입니다(137). 신생아기를 지나 생존한 펄만 증후군 영아 중 64%에서 윌름스 종양이 발생합니다(138). 흥미롭게도, 검사된 산발성 Wilms 종양의 약 30%에서 완전 또는 부분 DISL3L2 결실이 발견되었습니다(136).

최근 연구에서는 Wilms 종양의 병인학에서 miRNA 조절 네트워크의 중요성이 강화되었습니다. 저자들은 다형성 선종 유전자 1(PLAG1)이 miRNA 처리 유전자에 돌연변이가 있는 Wilms 종양에서 가장 일관되게 상향 조절되는 유전자 중 하나라는 것을 발견했습니다(125). 발달 중인 마우스 신장에서 PLAG1의 이소성 발현은 표적 유전자인 Wilms 종양 종양유전자 IGF2의 전사활성화를 동반하는 신생물을 유발합니다. Wilms 종양에서 하향조절되는 miR-16 및 miR-34은 PLAG1 발현의 잠재적 조절인자로 확인되었습니다(125). 표 2는 Wilms 종양의 병인과 관련된 특정 miRNA의 비정상적인 발현을 보고한 다른 연구를 요약합니다. 흥미롭게도 이러한 miRNA는 표적의 특성에 따라 Wilms 종양 발달 환경에서 종양 유전자(oncommiR이라고 함) 또는 종양 억제자로 기능할 수 있습니다.

잠재적인 바이오마커 및 치료제로서의 MiRNA

세포 내 위치 외에도 miRNA는 혈액, 혈장, 소변, 모유 및 타액을 포함한 생물학적 체액에도 상당한 양으로 존재합니다(139). 이러한 순환 miRNA는 마이크로입자(엑소솜, 미세소포 및 세포사멸체)(140, 141)에 노화된 상태로 포장되어 있거나, AGO(142) 또는 뉴클레포스민 1 단백질(143)과 접합되거나(143), HDL(144)에 로드되어 있는 것으로 발견됩니다. 끓임, pH의 극심한 변화, 장기간 보관 및 여러 번의 동결-해동 주기와 같은 불리한 조건에서도 안정적입니다(145, 146). 따라서 생물학적 체액의 miRNA 시그니처는 생리학적 또는 질병 상태와의 연관성을 반영할 수 있습니다(147). 이러한 특징은 순환하는 miRNA를 질병 진단 및 예후를 위한 비침습적 바이오마커로 사용하기에 매력적으로 만듭니다.

순환하는 miRNA는 상업적으로 이용 가능한 추출 키트(148) 또는 TRIzol(149)을 사용하여 분획되지 않은 생물학적 체액이나 세포외 유충 제제에서 직접 추출할 수 있습니다. 분리된 miRNA는 -70도에서 보관할 수 있으며 최대 1년 동안 안정적으로 유지됩니다(148). 마이크로어레이 혼성화, qPCR, 차세대 염기서열 분석 등 miRNA 프로파일링에 사용할 수 있는 여러 플랫폼이 있습니다(150). 마이크로어레이와 qPCR은 알려진 miRNA의 발현을 조사하기 위해 가장 자주 사용되는 방법론입니다(151). 두 방법 모두 사용이 간편하고, RNA 표지부터 데이터 생성까지 상대적으로 빠르며, 상대적으로 비용 효율적이라는 장점이 있습니다(152). 그러나 그들은 프로브 및 프라이머 디자인을 위한 데이터베이스에서 miRNA 서열의 가용성과 정확한 주석에 의존합니다(150). 비록 더 비싸지만 차세대 염기서열분석은 알려진 miRNA 종과 새로운 miRNA 종을 동시에 검출할 수 있으며 높은 감도를 제공합니다(153). 더욱이, 차세대 시퀀싱의 단일 뉴클레오티드 분해능은 길이, 서열 또는 두 가지 모두에서 표준적인 것과 다른 성숙한 miRNA 동형인 isomiR의 식별을 가능하게 하며(154, 155), 이는 miRNA의 표적 특이성을 변경합니다( 156).

다양한 연구에서 소아 신장 질환의 바이오마커로서 순환하는 miRNA의 잠재력을 조사했습니다(157-160). 예를 들어, 한 연구에서는 윌름스 종양 환자의 혈청에서 유의하게 상향조절된 14개의 miRNA가 확인되었습니다. 흥미롭게도 miR{3}}p 및 miR{4}}p 발현을 기반으로 한 시그니처는 정확성, 민감도 및 특이성 측면에서 이들 환자를 건강한 대조군과 구별할 수 있습니다(159). 이 연구와 다른 많은 연구의 결과는 순환하는 miRNA를 바이오마커로 사용할 수 있는 잠재력을 탐구하기 위한 강력한 동기를 제공했지만, 광범위한 임상 적용에 앞서 현장의 몇 가지 장애물을 극복해야 합니다. 첫째, 정제(161) 및 시료 분석(예: miRNA 프로파일링 플랫폼의 차이, 참조 162, 163 또는 smRNA-Seq 라이브러리의 차이)에 대한 표준화된 방법론의 부재로 인해 연구 간에 상대적인 합의가 부족합니다. 준비 방법, 참조 164). 둘째, 대규모 표본 규모의 연구와 특정 주제에 대한 자세한 조사가 부족하다는 것입니다.질병.또 다른 중요한 측면은 연령, 성별, 외부 요인(예: 담배, 알코올 등)과 같은 교란 변수가 miRNA 프로필에 미치는 영향이 완전히 조사되지 않았다는 것입니다(심층적인 검토를 위해서는 참조 자료 참조). 165).

치료 측면에서는 여러 miRNA 기반 약물이 현재 임상 시험 중이지만 아직 FDA 승인을 받지 못했습니다(166, 167). miRNA 치료의 주요 접근법에는 miRNA 모방체를 사용하여 miRNA 수준을 복원하거나 antagomiR을 사용하여 특정 miRNA를 억제하는 것이 포함됩니다(168). miRNA 기반 치료제 개발과 관련된 과제 중 하나는 각 질병에 대한 miRNA 후보를 식별하는 것입니다. 여러 miRNA가 각 질병에서 조절 장애가 있기 때문에 문제의 miRNA에 의해 영향을 받는 병리생리학적 메커니즘을 다루는 in vitro 및 in vivo 분석과 함께 환자 샘플에 대한 주의 깊은 분석을 수행하여 치료 개입을 위한 후보 miRNA의 범위를 좁혀야 합니다(168, 169). 또 다른 과제는 독성과 표적 외 효과를 최소화하면서 생체 내 안정성과 부위별 약물 전달을 향상시키는 전략 개발과 관련이 있습니다. RNA 분자는 오탄당 고리에 2'-수산기가 존재하기 때문에 화학적으로 불안정합니다. 혈청이나 세포의 세포내이입 구획에 존재하는 뉴클레아제로부터 더 높은 안정성과 보호를 제공하기 위해 생명공학 회사에서는 백본에 화학적 변형(2'-O-메틸 그룹, 포스포로티오에이트 또는 잠긴 핵산)이 있는 RNA 분자를 생성했습니다(166). 생체 내 전달과 관련하여 기술에는 지질 기반(예: 지질 나노입자 및 중성 리포솜) 및 표적 부분에 접합된 덴드리머 등이 포함됩니다. miRNA 전달 시스템과 관련된 주요 과제는 면역독성과 질병 부위에 대한 표적 특이적 친화성입니다(170). 다양한 투여 방법(복강내, 정맥내 및 피하 주사)에 의한 전달 전략 또는 신장 특이적 및 유도성 프로모터를 포함하는 벡터를 사용하는 전달 전략은 선택적 신장 표적화 및 다른 조직 및 기관에서의 잠재적인 부작용을 피하기 위해 성공적으로 사용되었습니다(171, 172 ).

표 2. Wilms 종양에서 변형된 miRNA 목록

miRNA 목록, 분석된 샘플/시료, 적절한 대조군과 비교하여 이러한 샘플/시료에서 관찰된 miRNA 수준, 표적 유전자, miRNA 변화의 결과 및 참조. CAMKK2, 칼슘/칼모듈린 의존성 단백질 키나제 키나제 2; CDC7, 세포 분열 주기 7; CDH1, 카드헤린 1; CREB1, cAMP 반응 요소 결합 단백질 1; EYA1, 눈이 없는 상동체 1; E2F3, E2F 전사 인자 3; FRS2, FGF 수용체 기질 2; Glut1, 포도당 운반체 1; IGF1R, IGF1 수용체; 들쭉날쭉한1, 들쭉날쭉한1; MET, 중간엽-상피 전이; MKNK1, MAPK 상호작용 세린/트레오닌 키나제 1; PTEN, 포스파타제 및 텐신 동족체; PUMA, p53-아폽토시스의 상향조절된 조절제; p73, 종양 단백질 p73; SIX1, sineoculis homeobox 상동체 1; TGFBR1, TGF-수용체 1; WT, 윌름스 종양.

요약

1993년 miRNA가 처음 발견된 이후 miRNA 생합성, miRNA 발현 조절 및 miRNA 기능에 관한 정보가 폭발적으로 증가했습니다(6, 7). 이는 miRNA가 정상적인 생리학과 많은 질병의 병태생리학 모두에서 어떻게 기능하는지에 대한 이해가 계속해서 증가하고 있습니다. miRNA 발현 조절 장애가 초기 신장 발달을 방해하고 CAKUT 및 Wilms 종양과 같은 발달성 신장 질환의 발병과 관련이 있다는 것이 분명해졌습니다. 최근 miRNA를 바이오마커 및 새로운 약물 표적으로 사용하는 기술이 개발됨에 따라 miRNA가 신장 발달과 질병을 어떻게 조절하는지에 대한 통찰은 miRNA가 이러한 질병에 대한 새로운 진단 및 치료 접근법에 어떻게 활용될 수 있는지 이해하는 데 매우 중요합니다. 이러한 노력을 완전히 실현하려면 신장 발달에 있어 특정 miRNA의 기능을 규명하는 향후 연구가 중요하며, 신장에 대한 소형 올리고뉴클레오티드 치료제의 표적화를 최적화하는 기술도 중요합니다.

감사의 말

JH의 연구실은 NIH 국립 당뇨병, 소화기 및 신장 질환 연구소(R01DK125015 및 R01DK102843)의 보조금으로 지원됩니다. DMC는 신증후군 연구 네트워크 경력 개발 상과 피츠버그 아동 병원 연구 자문위원회 박사후 연구원의 지원을 받았습니다. MT는 피츠버그 대학교 여름 연구 인턴십 프로그램(R25DK119180)의 지원을 받았습니다. 수치는 BioRender.com으로 생성되었습니다. 서신 주소: Jacqueline Ho, UPMC Children's Hospital of Pittsburgh, Rangos Research Center, 4401 Penn Ave., Pittsburgh, Pennsylvania 15224, USA 소아과 신장내과. 전화: 412.692.9440; 이메일: jacqueline.ho2@chp.edu.

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