유전성 신장 질환의 비암호화 RNA 1부
Mar 22, 2023
추상적인
단일 유전자 결함은 최근 분자 유전학의 발전으로 많은 신장 질환의 원인으로 밝혀졌습니다. 상염색체 우성 다낭성 신장 질환(ADPKD)은 가장 흔한 유전성 신장 질환 중 하나로서 PKD1 또는 PKD2 유전자의 돌연변이에 의해 발생합니다. 낭종 형성 및 진행의 병태생리학의 복잡성으로 인해 제한된 치료 옵션을 사용할 수 있습니다. 개발 및 질병에서 비암호화 RNA의 역할은 최근 몇 년 동안 광범위한 관심을 받았습니다. 특히, PKD 진행을 촉진하는 마이크로RNA가 강조되었습니다. 조절되지 않은 마이크로RNA는 PKD 유전자의 발현을 억제하고 낭성 신장 상피 세포 증식, 미토콘드리아 대사, 세포사멸 및 자가포식을 조절함으로써 낭종 성장을 조절합니다. microRNA의 길항제는 ADPKD 치료를 위한 잠재적 치료제로 부상했습니다. 또한 연구는 ADPKD 및 HNF1 - 관련 신장 질환, Alport 증후군, 선천성 신장 및 요로 이상(CAKUT), von Hippel- 린다우(VHL)병, 및 파브리병. 이 검토는 다낭성 신장 질환 및 이러한 일반적인 단일유전자 신장 질환에서 microRNA 및 긴 비암호화 RNA를 포함한 비암호화 RNA에 대한 현재의 이해를 모은 것입니다.
키워드
비암호화 RNA; 마이크로RNA;유전성 신장 질환; PKD
1. 소개
수십 년 동안 처음에는 전사체의 대부분이mRNA, mRNA의 코드를 기반으로 단백질로 변환할 수 있습니다. 그러나 ENCODE(Encyclopedia of DNA Elements) 프로젝트 컨소시엄[1]의 최근 발견에 따르면 인간 유전자의 약 2%만이 단백질을 암호화하는 것으로 확인되었으며 대부분의 인간 유전자는 비암호화 RNA(ncRNA)로 전사됩니다. ENCODE 프로젝트는 또한 복잡한 조절 네트워크를 형성함으로써 단백질 코딩 유전자를 조절하기 위해 비암호화 유전자가 광범위하게 전사될 수 있다는 증거를 제공했습니다[1]. 따라서 인간 질병에서 ncRNA의 역할을 이해하는 것은 과학의 가장 중요한 과제 중 하나가 되었습니다.
최근 몇 년간 줄기세포의 이용과 한방치료에 대한 연구가신장 질환큰 주목을 받았습니다. 두 가지 치료법의 주요 메커니즘은 손상된 신장 조직의 복구를 촉진하고 나머지 신장 기능을 보호하는 것입니다.
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한방의 한약재,담배, 고대부터 다양한 만성 신장 질환을 치료하기 위해 중국 전통 의학에서 사용되었습니다. cistanche는 염증을 감소시키는 잠재력이 있다고 보고되었으며,신장 섬유증 감소, 및 세포 외 매트릭스 구성 요소의 합성을 촉진합니다. 이러한 효과는 많은 페놀 물질, 트리테르페노이드 및 쿠마린을 포함한 생리 활성 성분 때문인 것으로 밝혀졌습니다.
한편, 줄기 세포 기술은 의료 행위에 혁명을 일으켰습니다. 연구에 따르면 줄기 세포는 다양한 유형의 신장 세포로 분화할 수 있고 신장 세포를 보호하는 등의 치료 활동을 수행할 수 있습니다.남아있는 기능성 신장 조직,조직 섬유화를 늦추고 손상된 신장 조직을 복구합니다.
궁극적으로 중국 전통 의학과 현대 과학의 결합은 다양한 신장 질환을 치료하는 열쇠가 될 수 있습니다. 이 전략은 의학계에서 점차 받아들여지고 있으며 이미 여러 연구에서 식도염과 줄기세포 치료의 병용 요법이 다음의 사망률을 상당히 감소시킬 수 있음을 보여주었습니다.신장 질환.
결론적으로,담배신장 질환 치료에서 줄기 세포 치료는 큰 잠재력을 보여주고 추가 연구가 필요합니다. 두 치료법의 병용 요법은 신장 질환에 직면한 사람들에게 개선된 치료 옵션을 제공할 수 있습니다.
ncRNA주로 200개 뉴클레오타이드의 컷오프를 사용하여 길이에 따라 긴 ncRNA(lncRNA s)와 작은 ncRNA로 분류됩니다(그림 1) [2]. LncRNA는 200개 이상의 뉴클레오타이드이며 선형 lncRNA(기본적으로 lncRNA로 명명됨) 및 원형 RNA(circRNA)로 구성됩니다. 작은 ncRNA는 200개보다 짧은 뉴클레오티드로 microRNA(miRNA), small interfering RNA(siRNA), piwi-interacting RNA(piRNA), transfer RNA-derived stress-induced small siRNA(siRNA), small nuclear ribonucleic acid(snRNA)를 포함합니다. , small nucleolar RNA (snoRNA), repeat-associated small interfering RNA (siRNA), small Cajal body-specific RNA (scaRNA) 등. 그 중 miRNA는 가장 광범위하게 연구된 작은 ncRNA로, 1993년 Caenorhabditis elegans에서 최초의 miRNA lin-4이 확인되었습니다[3]. MiRNA는 암, 당뇨병, 심혈관 질환 및 신장 질환과 같은 다양한 질병의 발병 및 발병에 중요한 역할을 합니다[4]. 조절되지 않는 miRNA는 인간 질병의 잠재적인 치료 표적입니다[5]. 체액의 miRNA는 안정적이고 쉽게 검출할 수 있으며 조직이 풍부한 발현 프로파일을 가지고 있어 잠재적인 진단 및 예후 바이오마커로 사용되는 것으로 보고되었습니다[5].
단일유전자 및 다유전자 신장 장애로 구성된 유전성 신장 질환은 말기 신장 질환(ESRD) 발병에 대한 상당한 위험이 있습니다. 단일유전자 신장질환은 단일 원인 유전자(표 1)의 병원성 돌연변이로 인해 발생하며 전체 엑솜 시퀀싱 및 전체 게놈 시퀀싱을 통해 더 많은 단일유전자 신장병 유전자가 지속적으로 확인되고 있습니다[6]. 약 450개의 단일 유전성 신장 질환이 소아 코호트에서 만성 신장 질환(CKD) 사례의 30%, 성인 코호트에서 5-30%를 차지합니다[6]. 상염색체 우성 다낭성 신장 질환(ADPKD)은 PKD1 또는 PKD2 유전자의 돌연변이에 의해 발생하며 가장 흔한 단일유전자 신장 질환입니다[7]. PKD의 낭포 내벽 상피 세포는 과증식성 및 과분비성으로, 진행성 낭종 성장 및 확장으로 이어지고 궁극적으로 ESRD를 유발합니다[7]. 최근 증거에 따르면 근본적인 유전자 돌연변이 외에도 후생유전학적 조절자가 낭종 성장을 조절하고 잠재적인 치료 표적으로 작용합니다[8]. 한 가지 예는 낭종 형성을 촉진하는 miRNA 매개 신호 전달의 역할입니다[9]. 이 리뷰는 PKD의 병인에서 ncRNA의 역할에 대한 이해의 최근 발전에 초점을 맞추고 PKD의 치료 표적으로서 ncRNA의 잠재적 적용에 대해 논의합니다. 또한 이 리뷰는 HNF1 - 관련 신장 질환, 알포트 증후군, 신장 및 요로의 선천성 이상(CAKUT), von Hippel-Lindau(VHL ) 질병, 및 파브리병.
2. miRNA
20-에서 22-뉴클레오티드 길이의 RNA 분자인 miRNA는 주로 전사 후 유전자 발현을 하향 조절합니다[10]. 대부분의 miRNA는 정식 miRNA 생합성 경로[11]에 의해 처리됩니다. 1차 miRNA(pri-miRNA)는 RNA 중합효소 II 효소에 의해 유전자에서 전사된 다음 RNA 결합 단백질인 DGCR8(DiGeorge Syndrome Critical Region 8)과 리보뉴클레아제 III로 구성된 마이크로프로세서 복합체에 의해 pre-miRNA로 절단됩니다. 드로샤 [12]. pre-miRNA는 exportin 5/RanGTP 복합체에 의해 핵 밖으로 내보내집니다[12]. 세포질 pre-miRNA는 RNase III 엔도뉴클레아제 Dicer에 의해 처리되어 22-뉴클레오티드 이중 가닥 성숙을 형성합니다.miRNA[13]. 성숙한 miRNA 듀플렉스는 miRNA-유도 침묵 복합체(miRISC)를 형성하기 위해 ATP 의존 방식으로 단백질의 Argonaute(AGO) 계열에 로드됩니다[14]. AGO는 부분적으로 miRNA 듀플렉스의 50개 말단에서의 열역학적 안정성에 기초하여 "가이드" 가닥을 선택합니다[15]. 가이드 가닥은 AGO[15]에 우선적으로 로드되는 5 0 안정성이 낮습니다. 로드되지 않은 가닥은 AGO2에 의해 절단되고 세포 기계에 의해 분해되는 패신저 가닥이 됩니다[15]. Drosha/DGCR8-독립 및 Dicer 독립적 경로를 포함한 여러 비정규 miRNA 생물 발생 경로가 밝혀졌습니다. Drosha/DGCR8-독립 경로에서 pre-miRNA는 Drosha의 절단 없이 Dicer 기질과 유사합니다[11]. 반면에 Dicer-independent 경로에서는 miRNA가 Drosha에 의해 처리되며 Dicer의 절단 없이 AGO에 로드될 수 있습니다[11].
miRISC는 miRNA의 50개 말단에 위치한 2-8개의 뉴클레오티드인 MREa 상보적 서열인 miRNA 반응 요소(MRE)를 통해 표적 mRNA의 30 UTR과 상호 작용합니다. miRNA는 50 UTR, 코딩 서열 및 유전자 프로모터를 포함한 다른 영역과도 상호 작용하는 것으로 보고되었습니다[16]. 표적 mRNA의 30 UTR에서 miRNA와 MRE의 결합은 mRNA 데데닐화 및 디캐핑, AGO2 엔도뉴클레아제의 활성화에 의한 mRNA 절단 및 번역 억제를 초래합니다[17-19]. 50 UTR에 대한 miRNA의 결합 및 mRNA의 코딩 영역은 유전자 발현을 하향 조절하는 반면[20,21], 반면에 miRNA의 프로모터 영역에 대한 결합은 전사를 유도하는 것으로 보고되었습니다[22].
miRNA는 신장 발달, 항상성 유지, 급성 신장 손상(AKI) 및 세뇨관간질 섬유증의 진행에 중요한 역할을 하는 것으로 보고되었습니다[9,23,24]. Nephron epithelium의 progenitors에서 Six2-Cre에 의해 매개되는 Dicer의 결실은 apoptosis와 nephrogenesis의 조기 종료를 유도합니다. pro-apoptotic 단백질 Bim의 [26]. Bim은 네프론 전구체에서 miR-10a, miR-106b 및 miR-17-5p를 포함한 여러 miRNA의 표적이 됩니다[26]. ureteric bud epithelium에서 HoxB7-Cre에 의해 매개되는 Dicer의 손실은 또한 세포 증식과 세포 사멸을 증가시키고 ciliogenesis를 방해하여 cysts의 발달을 유도합니다 [25]. miRNA는 AKI 및 CKD의 병인에 광범위하게 관여하므로 유망한 진단 및 치료 잠재력을 가져야 합니다[27,28].
3. LncRNA
지난 10년 동안 miRNA에 대한 광범위한 조사와 달리 lncRNA의 기능에 관한 정보는 제한적입니다. lncRNA는 단백질 코딩 유전자와 관련된 위치에 따라 센스, 안티센스, 인트론, 유전자간, 양방향 및 인핸서 관련으로 분류됩니다[29]. 증가하는 증거는 lncRNA가 발생 및 질병 동안 조직 항상성의 후생유전학적 조절에서 중심적인 역할을 한다는 것을 시사합니다[30,31]. lncRNA는 핵이 풍부하고 염색질 리모델링 복합체와 결합하여 cis(전사 부위 근처) 또는 trans(전사 부위에서 먼 부위)에서 유전자의 염색질 구조를 조절합니다[32]. lncRNA는 또한 다양한 메커니즘을 통해 염색질 변형제 및 전사의 모집을 조절합니다[32].IncRNA또한 세포질로 내보내 mRNA 안정성을 조절하고 번역을 조절하며 번역 후 변형을 방해할 수 있습니다[32]. 지난 5년 동안 더 많은 연구가 사구체 질환, 요세관간질 질환, 신장 섬유증 및 급성 신장 손상과 같은 신장 질환에서 lncRNA의 기능적 역할에 초점을 맞췄습니다.
4. 다낭성 신장 질환에서 비암호화 RNA
4.1. ADPKD의 miRNA 및 lncRNA
수많은 miRNA가 PKD 세포와 쥐 모델, 인간에서 조사되었습니다.ADPKD. 조절되지 않은 miRNA는 PKD 유전자의 발현 직접 억제, 낭포성 세포 증식, 세포사멸 및 자가포식 조절, EMT(상피-중간엽 전이) 및 염증 촉진, 미토콘드리아 결함 유발 등 다양한 메커니즘을 통해 낭종 성장 및 간질 섬유증을 조절합니다. 신진 대사 및 액틴 세포 골격 (그림 2). 다음 섹션에서는 ADPKD에서 다양한 miRNA의 조절 장애에 대해 논의합니다(표 2).
4.1.1. mIR-17–92 클러스터
miR-17–92클러스터는 6개의 miRNA(miR-17, miR-18a, miR-19a, miR-19b-1, miR20a 및 miR-92a-1). 인간 miR-17-92 클러스터를 암호화하는 MIR17HG를 포함하는 13번 염색체 영역의 결실은 유형 2 Feingold 증후군[49]을 유발합니다. Type 2 Feingold 증후군은 상염색체 우성으로 손가락과 발가락의 이상, 청력 상실, 저신장, 신장이나 심장 이상을 특징으로 합니다[49]. 의 생식계열이 결실된 마우스miR- 17–92폐 저형성증과 심실 중격 결손, B 세포 성숙 결손으로 주산기 치명적입니다[50]. 네프론 전구체에서 miR17-92의 조건부 녹아웃은 발달 중인 네프론의 수를 감소시켜 성인 마우스에서 알부민뇨, 족세포 발 돌기 소실 및 사구체 경화증을 유발합니다[51]. 그러나 성체 마우스에서 miR- 17-92의 유도 결실은 명백한 이상을 일으키지 않으며[52], miR-17-92의 신장 특이적인 녹아웃은 신장 형태와 조직학의 변화를 일으키지 않습니다[ 33].
miR17-92 클러스터는 miR17-92 클러스터의 프로모터에 있는 보존된 Myc 결합 부위에 직접 결합하는 c-Myc를 통해 PKD 및 인간 ADPKD의 다중 직교 모델의 신장에서 상향조절되는 것으로 보고되었습니다[33,34]. 종양유전자 c-Myc는 PKD에서 상향조절되고 낭종 진행을 촉진하며, c-Myc 형질전환 마우스는 신장 낭종을 발생시킵니다[53,54]. 브로모도메인 억제제 JQ1을 통해 상류 후생유전학적 조절인자 BRD4를 표적으로 하여 c-Myc를 억제하면 PKD 마우스 모델에서 낭종 성장이 느려집니다[54]. c-Myc 형질전환 마우스와 유사하게 miR-17-92의 신장 특이 형질전환 과발현은 신장 낭종을 발생시킵니다. PKD 모델에서 miR-17-92의 조건부 녹아웃은 낭종 성장을 늦추고 신장 기능을 보존하며 세포 증식을 억제하여 해당 마우스의 생존을 연장합니다. 또한, anti-miR-17는 두 가지 PKD 동물 모델에서 포낭 성장을 약화시키고 인간 ADPKD의 체외 모델에서 포낭 성장을 감소시킵니다. 생물정보학적 분석은 PKD1 및 PKD2 mRNA의 30 UTR이 miR-17에 대해 보존된 결합 부위를 포함하고 HNF-1b mRNA의 30 UTR이 miR-92 결합 부위를 포함한다는 것을 밝혔습니다[33, 55]. 전사 인자 간세포 핵 인자-1(HNF-1)는 PKD2 및 PKHD1의 전사를 직접 조절하는 HNF-1b에 의해 암호화됩니다[56]. 상향 조절된 miR-17-92는 전사 후 방식으로 PKD 유전자(PKD1, PKD2 및 HNF-1b)의 발현을 부정적으로 조절합니다[33]. PKD의 질병 중증도는 hypomorphic PKD1 p.R3277C 마우스 모델[57]의 발견에 의해 제안된 기능적 PC1 용량과 관련이 있습니다. 따라서 miR17-92가 낭종 성장을 촉진하는 잠재적 메커니즘은 PKD 유전자의 발현 감소를 통한 것일 수 있습니다.
최근 연구에서는 miR-17이 miR-17, miR-18를 표적으로 하는 항-miRNA의 생체 내 스크리닝을 통해 miR17–92 제품군 내에서 포낭 성장을 촉진하는 주요 병원성 miRNA임을 추가로 확인했습니다. , miR-19 또는 miR-25 개별적으로 [35]. Anti-miR-17 처리는 미토콘드리아 대사, mTOR 경로 및 염증 조절을 통해 Pkd1flflox/RC: flflox 대립유전자와 Pkd1 유전자의 R3277C 돌연변이 대립유전자를 운반하는 마우스 모델인 Ksp-Cre 마우스에서 낭종 성장을 늦췄습니다. 35]. 특히 miR-17은 mRNA의 30 -UTR에 결합하여 PPAR(peroxisome proliferator-activated receptor)의 발현을 억제합니다. miR-17은 Pparg, Ppargc1a, Sod2, Me, Oxct1, Pdk4, Etfa, Etfb, Etfdh, Cd36, Slc27a2 및 Cpt2를 포함한 낭성 신장에서 PPAR 표적 유전자의 발현을 하향 조절했습니다. PPAR은 미토콘드리아 산화 인산화(OXPHOS) 및 지방산 산화(FAO)의 핵심 조절자로서 miR-17이 신장 상피 세포에서 미토콘드리아 대사에 영향을 주어 낭종 성장을 촉진함을 시사합니다. 이러한 결과는 또한 miR-17-PPAR 축 매개 미토콘드리아 기능 장애가 낭포 상피의 pro-proliferative metabolism reprogramming으로 이어지는 변경 중 하나이며 결함 있는 포도당 대사 및 조절 장애가 있는 지질 및 아미노산 대사를 나타냅니다[58 -60]. Lee et al. 화학적으로 다양한 항-miR-17 올리고뉴클레오티드 라이브러리를 스크리닝하여 RGLS4326을 확인했습니다[61]. RGLS4326은 miR-17 시드 서열[61]에 상보적인 9개의 뉴클레오티드가 있는 단일 가닥의 화학적으로 변형된 짧은 올리고뉴클레오티드입니다. RGLS4326의 안전성은 원숭이에서 조혈 및 신장 독성이 관찰되지 않는다는 사실에 의해 뒷받침됩니다[61]. RGLS4326은 우세한 신장 분포를 나타내며 주로 ADPKD 마우스 모델의 낭성 신장에서 근위 세뇨관과 집합관 모두에 존재합니다[61]. RGLS4326으로 치료하면 시험관 내에서 인간 ADPKD 모델의 낭종 성장이 억제되고 Pkd2 조건부 녹아웃 마우스(Pkd2flflox/flflox: Pkhd1-Cre)와 다낭성 신장 질환이 발병하는 Pcy/CD1 및 Pcy/DBA 마우스에서 낭종 성장이 느려집니다. NPHP3(nephronophthisis 3)에 돌연변이가 있고 장기 치료를 위한 마우스 모델로 사용됩니다[61]. RGLS4326은 miR-17 번역 활성 polysome 분획에서 miR-17을 대체하여 PKD1 및 PKD2를 포함한 miR-17 표적 유전자의 발현을 억제합니다[61]. RGLS4326 치료는 또한 조절되지 않는 대사 경로를 정상화하고 낭포성 신장에서 증식 촉진 경로를 억제합니다[61]. RGLS4326은 PKD 모델의 안전성, 안정성 및 치료 효율성으로 인해 ADPKD의 잠재적 약물 후보입니다. 1b상 임상 시험은 ADPKD(Clinical Trials.gov 식별자 NCT04536688) 환자에서 RGLS4326의 안전성, 내약성, 약동학 및 약력학을 평가하기 위해 설계되었습니다.
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