Hlutverk míkróRNA í hnignun próteostasa og próteinsöfnun

Vinsamlegast hafðu sambandoscar.xiao@wecistanche.comfyrir meiri upplýsingar

Ágrip:Hægt er að skilgreina öldrun sem versnandi hnignun á starfsemi frumna, vefja og lífvera með tímanum. Breytingar á próteinjafnvægi, einnig þekktur sem próteinhömlun, eru einkenni öldrunar sem leiða til ójafnvægis próteóma og próteinsamsöfnunar, fyrirbæri sem koma einnig fram í aldurstengdum sjúkdómum. Meðal hinna ýmsu eftirlitsstofnana á próteinum hefur verið greint frá því að míkróRNA (miRNA) gegni mikilvægu hlutverki við umritunarstýringu gena sem taka þátt í að viðhalda próteinum á ævinni í nokkrum lífveruvefjum. Í þessari endurskoðun sameinum við nýlega birtar skýrslur sem sýna fram á hvernig miRNA stjórna grundvallarferlum sem tengjast próteynstri sem tengjast öldrun vefja, með áherslu á tvo mest rannsakaða vefi, heilavef og beinagrindarvöðva. Við kannum einnig vaxandi sjónarhorni á hlutverki miRNA eftirlitsneta í aldurstengdri próteinsamsöfnun, þekkt einkenni öldrunar og aldurstengdra sjúkdóma, til að skýra mögulega miRNA frambjóðendur fyrir sjúkdómsgreiningar og meðferðarmarkmið gegn öldrun.

Vinsamlegast smelltu hér til að vita meira

Leitarorð:míRNA; öldrun spendýravefja; aldurstengd próteinsamsöfnun; proteostasis net

1. Inngangur

Árið 2050 verða 22 prósent jarðarbúa eldri en 60 ára, sem mun leiða til aukinnar tíðni aldurstengdra sjúkdóma og hafa áhrif á langlífi og vellíðan aldraðra [1]. Breytingar á próteinum eru einkennandi fyrir aldurstengda taugahrörnunarsjúkdóma eins og Alzheimer og Parkinsons, og einnig eðlilega öldrun [2-4]. Minnkun próteinastöðu samanstendur af smám saman ójafnvægi í próteinmyndun, samanbroti og niðurbrotsferlum með tímanum sem leiðir til aukinnar próteinmisfellingar og próteitrunarálags sem að lokum dregur úr endingu lífvera [2,5-8].

Cistanche getur gegn öldrun

Framleiðsla á misbrotnum próteinum leiðir til próteinsamsöfnunar og í virkjun próteinatengdra streituviðbragðsferla, sem eru sameiginlega þekktar sem próteinósvörunarnetið (PN) og fela í sér hitalostssvörun (HSR), óbrotið próteinviðbragð í endoplasmic reticulum ( ER)(UPREN) og í hvatberum (UPRmt), ubiquitin-próteasómkerfinu (UPS) og sjálfsát-lysosomal ferli (ALP). Virkjun PN er nauðsynleg til að brjóta saman og/eða brjóta niður próteinsamstæður, sem dregur úr streitumagni og kemur í veg fyrir frumudauða [9-12]. Próteinsamsöfnun við eðlilega öldrun hefur einnig verið rannsökuð í nokkrum lífverulíkönum, nefnilega í nýrum og brisi Rattus norvegicus [13,14], í hjarta, beinmerg og milta Mus musculus [15,16] og í heilaberki manna[17,18]. Hins vegar eru undirliggjandi kerfi þessa fyrirbæri óljós enn sem komið er.

MicroRNAs (miRNAs) eru flokkur lítilla, ókóðandi RNA sem eru 21 til 23 núkleótíð að lengd sem stjórna tjáningu gena eftir umritun með því að miða á og koma í veg fyrir þýðingu á sértækum boðbera RNA (mRNA). Þeir stjórna ofgnótt af frumuferlum, nefnilega frumuvöxt og aðgreiningu, lífveruþroska, lífeðlisfræðilega starfsemi og frumujafnvægi[19-21]. Reyndar stjórna ~2500 miRNA sem greint er frá í mönnum um það bil 60 prósent af genum sem kóðar prótein, á meðan hvert miRNA stjórnar að meðaltali 200 markgenum í gegnum viðbótarmarksvæði [22]. Undanfarinn áratug hefur verið sýnt fram á að miRNA oftjáning og/eða niðurfellingartilraunir hafi bein áhrif á líftíma C.elegans, D.melanogaster og M.musculus[23-26]. Sérstaklega hafa rannsóknir á aldarafmæli veitt meiri þekkingu á því hversu kraftmikið miRNA snið manna er í gegnum öldrun [27,28] Til dæmis sést aukin lífvera miRNAs hjá aldarafmæli samanborið við átta ára gömul [29]. Nýlegri rannsóknir sýndu að miRNA stjórna aldurstengdum ferlum og sumar vísbendingar tengja miRNA við próteinsamsöfnun í spendýravef, nefnilega í heila og beinagrindarvöðva [30,31].

Engu að síður getur miRNA tjáning verið vefsértæk eða frumusértæk og á sama tíma geta miRNA verið ósjálfráðar frumur, virkað sem miðlarar yfir ýmsa vefi [32]. Aldurstengdar breytingar sem hafa áhrif á tilteknar miRNA fjölskyldur geta verið mismunandi eftir frumu- og vefjagerð, sem gerir þessar greiningar krefjandi vegna þess hversu flókið og samtengd miRNA netin eru í einni lífveru [19,26]. Auk þess voru miRNA (c-miRNA) í hringrás og skutlur þeirra (þ.e. utanfrumublöðrur) nýlega merki um heilbrigða lífeðlisfræðilega öldrun, með miR-19a-3p og miR-19 b-3p reyndist vera aukið hjá öldruðum einstaklingum en minnkað hjá heilbrigðum aldarafmælingum og bætti þannig enn einu flóknu lagi við miRNA eftirlitsnetið[27,28]. Af þessum sökum hafa fyrri rannsóknir veitt samantekt á miRNA sem tengist sérstökum öldrunareinkennum í ýmsum líkanalífverum til að gefa betri framsetningu á miRNA sem eru tengd öldrun í nokkrum vefjum [33]. Í þessari umfjöllun er lögð áhersla á nýlega birtar skýrslur um miRNA-stjórnun á genamarkmiðum sem taka þátt í próteyndartengdum ferlum sem eiga við um öldrun vefja, með sérstakri áherslu á öldrun spendýravefja.

2. Líffræðileg tilurð og markbinding miRNAs

RNA pólýmerasi II umritar miRNA, framleiðir aðal miRNA umrit (prior-miRNA) sem síðan eru unnin af Drosha/DGC8, RNase III ensím örgjörva flóknu, til að framleiða ~70-100 núkleótíð (nt) stofnlykkja forvera miRNA (for -miRNA) [21,34]. Þessar formiRNA eru fluttar út úr kjarnanum inn í umfrymið með Exportin-5, sem er RanGTP-háð, tvíþátta RNA-bindandi og kjarnaflutningsprótein, og síðan klofið af RNase II ensíminu Dicer, sem gefur af sér {{ 13}}nt tvíþátta þroskuð miRNA tvíhliða [35,36]. MiRNA getur komið frá 5'hlið pre. miRNA kallaður "5p" þráðurinn, eða frá 3'endanum, sem er þekktur sem "3p" þráðurinn [37] Áður fyrr var greint frá því að ferlið við val strengja byrjaði með einum af tvíþættu miRNA þráðunum sem kallast miR eða leiðsöguþráður, sem var valinn og hlaðinn inn í Argonaute próteinið til að mynda miRNA-framkallaða þagnarkomplex (miRISC), en hinn strengurinn, sem venjulega er nefndur farþegastrengurinn eða miR', var kastað út úr flókinu og brotnað niður [37 ]. Engu að síður, í sumum tilfellum, er hægt að velja annan hvorn strenginn og hlaða inn í Argonaute próteinin til að stjórna tjáningu gena, eins og á við um miR-34 þar sem miR-34b-5p og miR{ {27}}b-3p eru til staðar í um það bil jöfnum styrk hjá mönnum, sem gerir kleift að miða á mismunandi mRNA [37-39]. Fyrirbærið sem vísað er til sem „miRNA armskipti“ er þar sem val á annað hvort 3' eða 5'miRNA armum fyrir strengjaval getur verið háð annaðhvort vefjagerð eða á þroskastigi lífsins, á meðan afstýring þessa ferli er tengt sjúkdómi [37-39]MiRISC getur miðað á sértæk mRNA með raðfylgni milli fræraðar hlaðna miRNA leiðarstrengsins (2-7 núkleótíða) og í flestum tilfellum, 3 óþýddu svæðanna (3 'UTR) mark-mRNA [32,34]. Í sumum tilfellum geta 3' endar miRNAs gengist undir ívilnandi viðbótarbindingu við mótíf á 5'UTR svæðum mark-mRNAs [40,41]. Armaskipti geta leitt til uppsöfnunar þroskaðra miRNAs með breyttri fræröð, sem breytir verulega miðun mRNAs. „þroskuð tjáning og minnkandi 3“ tjáning með tímanum, sérstaklega fyrir miR-6786 í plasmasýnum úr mönnum [42]. Á sama tíma var miR-4423 auðkennt með minnkuðu 5' tjáningarhlutfallið, nefnilega í brjóstamjólk, hjarta, eistum, stofnfrumum og blóðfrumum, sem gefur til kynna að aldurstengd breyting á 3' til 5'þroska miRNA tjáningarhlutföll geta verið vefjaháð [42]

Á tímum næstu kynslóðar raðgreiningar var sýnt fram á að einn stakur miRNA staðsetning getur framleitt nokkrar aðskildar miRNA ísóform eða isomiRs, sem eru miRNA raðafbrigði sem hafa breytt 3' og/eða 5' enda(um) vegna núkleótíðs. viðbót, eyðing eða skipting [43]. Lífgerð isomiRs getur verið sniðmátháð, sem leiðir til 5'eða 3'kirnisbreytinga, eða óháð sniðmáti, sem leiðir til RNA-breytinga og tailing eftir umritun [44]. IsomiR er hægt að flokka sem 3', 5', fjölbreytilega og blandað, allt eftir raðbreytileika og lengdarbreytingum [4]. Breytingar á röð eftir þroska eins og að klippa (fjarlægja núkleótíð með exoribonucleases á 3' endanum) og tailing (viðbót á núkleótíðum með endanlegum nucleotidyl transferasa á 3'endanum) gefa tilefni til 3' isomiRs (einnig þekkt sem 3'-isomiR -klippt og 3'-ísomiR-hala)[43-45]Einnig hefur verið greint frá því að 5' isomiR myndast að miklu leyti af ónákvæmri klofningu miRNA raða í gegnum Drosha og/eða Dicer[43]. Polymorphic isomiRs innihalda breytingar innan þroskaðrar röðar og eru óbreyttar að lengd, en blandaðar isomiRs innihalda breytingar á lengd og röð [46,47]. Sérstaklega var sýnt fram á að myndun isomiRs væri frumu- og vefjasértæk í spendýrum og þau voru notuð sem lífmerki krabbameins og tengd við Alzheimerssjúkdóm [48,49].

Það eru mjög fáar rannsóknir sem skýra að fullu hlutverk isomiRs í samhengi við öldrun. Nýlega fannst isomiR-19a-3p vera marktækt aukið hjá óheilbrigðum aldarafmælingum samanborið við heilbrigða aldarafmæli, sem gefur til kynna að hægt sé að nota þetta isomiR sem hugsanlegt merki fyrir heilbrigða öldrun [28]. Ennfremur leiddi isomiR raðgreiningu á metformín-meðhöndluðum (lífslengingarmeðferð) æðaþelsfrumum úr mönnum (HUVEC) við endurtekna öldrun í ljós að ekki kanónískar raðir voru tæplega 40 prósent af heildar miRNA safninu, þar sem metformínmeðferð breytti hlutfallslegu gnægð 133 isomiRs sem voru auðkennd sem afbrigði af 73 einstökum miRNAs [50]. Athyglisvert var að markgen þessara miRNAs og isomiRs reyndust vera hluti af fosfatidýlínósítól-3-kínasa (PI3K)-Akt ferlinum og spendýramarkmiði rapamýsíns (mTOR) merkjaleiðarinnar [50]. Athyglisvert er að flest isomiR sem urðu fyrir áhrifum af metformínmeðferð voru auðkennd sem 3'isomiR; hins vegar voru um 5 prósent auðkennd sem 5' isomiRs, sem sýndu sig breyta fræröðinni og skiluðu meiri fjölda markgena sem voru ekki algengar í miRNA markmiðunum í þessari rannsókn [50]. Enn og aftur virðast isomiRs vera áhrifarík merki til að meta heilbrigða öldrun og lengingu líftíma. Engu að síður ætti að kanna frekar líffræðilegar afleiðingar dýnamískra breytinga á myndbrigðum með öldrun og öldrun.

Rannsóknir greindu frá því að að minnsta kosti sex basapör samsvörun miRNA við mRNA er nauðsynleg fyrir þöggun genatjáningar og vegna þessarar viðbótarbindingar við mark-mRNA geta einstök miRNA haft mörg mark-mRNA (um það bil 100 mRNA) og geta samtímis miða á mismunandi 3-UTR staði sama mRNA, en mismunandi miRNA geta einnig miðað á sama mRNA, sem eykur flókið eftirlitsniðurstöður fyrir sama mRNA [32]. Þetta gefur til kynna að hver fruma og vefjagerð sýnir mjög flókið mynstur miRNAs og vanstjórnun eins eða fleiri þátta innan miRNA netanna getur leitt til ójafnvægis í jafnvægi, stytta líftíma og sjúkdóma [5152]. Reyndar sýna aldarafmæli uppstjórnun á tjáningu miRNA, nefnilega miR-16,miR-18a og miR-21, en mRNA tjáning RNA Polymerase Ⅱ, Drosha, Exportin{{ 10}}, og Dicer eru einnig allir uppstýrðir samanborið við átta ára [29].

3. Markmiðstýrt miRNA niðurbrot og hlutverk þess í grundvallar frumuferlum

Öfugt við lífmyndun miRNA er aðeins byrjað að skýra hlutverk miRNA rotnunar/niðurbrots – sérstaklega markstýrðs miRNA niðurbrots (TDMD) – í heilsu og sjúkdómum. TDMD á sér stað þegar mark-RNA getur framkallað niðurbrot/rotnun sambyggðs miRNA þess í stað þess að kalla fram markbælingu, sem gerir kleift að móta margs konar frumuferli. TDMD á sér stað þegar umfangsmikil viðbótarbinding er á 3'-svæði miRNA, sem veldur breytingabreytingu sem örvar 3'endinn til að losna úr bindivasa Ago PAZ lénsins [53-55]Síðari útsetning fyrir 3'endinn gerir ráð fyrir niðurbroti á ensímum miRNA [54]Þessu ferli getur einnig fylgt breytingum á miRNA röðinni eftir umritun, svo sem tailing (með endanum nucleotidyl transferasa) og klippingu (með 3'-til{{9) }}'exonucleases), sem leiðir til framleiðslu á isomiRs[56,57]. TDMD-markmið eru einnig fær um að fanga Ago2 í ákveðna sköpulag sem gerir ráð fyrir útsetningu á miRNA 3' endanum til að klippa og klippa á meðan stöðugt er að Ago2 [54,55]. Athyglisvert er að hægt er að mæla hraða miRNA rotnunar í spendýrafrumum með samsettri aðferðafræði eins og efnaskipta-RNA 4sU-undirstaða „pulse-chase“ merkingu með RNA raðgreiningu með mikilli afköstum, þar sem sýnt var fram á að klipping og halun væri kraftmikil með tímanum í trefjafrumur [ 57]Þessi aðferðafræði gæti reynst gagnleg í framtíðarrannsóknum sem meta rotnun miRNA í gegnum lífeðlisfræðilega öldrun.

Nokkrar rannsóknir hafa kannað innræna TDMD og virkni þess í spendýrum og auðkennt lykilmarkgenin sem taka þátt í þessu fyrirbæri. Til dæmis, Serpinel, sem kóðar serín-þreónín próteasahemilinn, virkar TDMD markmið til að stjórna miR-30b-5p og miR-30c-5p niðurbroti í músum trefjafrumur, sem stuðlar þannig að endurkomu frumuhrings kyrrra trefjafrumna [58]. Athyglisvert er að allir miR-30 fjölskyldumeðlimir (miR-30a -30b,-30c,-30d og-30e) geta að hafa samskipti við Serpinel; þó, aðeins miR-30b og miR-30c sýna framlengda 3' enda fyllingu (einnig þekkt sem 3C pörun) við Serpinel afritið, sem sannar að þessi 3C pörun er grundvallaratriði í TDMD [58]. Samanlagt gegnir Serpinel.miR-30b/c víxlverkun lykilstjórnarhlutverki í svipgerðum spendýrafrumna með því að auðvelda frumuhrings endurkomu kyrrra fruma. Annað dæmi um innrænt TDMD-markmið, taugaendurnýjunartengda prótein (Nrep) genið, var tilkynnt um að stýra miR-29b niðurbroti með 3' klippingu, stjórna heildar hreyfisamhæfingu og hreyfinámi í músum [59]. Venjulega takmarkar Nrep tjáningu miR-29b eingöngu við Purkinje-taugafrumur í heila, en truflun á miR-29 vefsvæðinu í Prep stækkaði tjáningu miR-29b í kornlaga heilalagið, sem leiddi til óeðlilegrar hreyfinám og samhæfing í músum [59]. Nánar tiltekið leiddi spæna miR-29 staðarinnar í Nrep í taugaforfrumum til fjarveru miR-29 ísóforma sem framleidd voru með 3' klippingu eða tailing[59]. Athyglisvert var að Prep miR-29 vefsvæðið var einnig sýnt fram á mikla raðlíkingu við RNA-vog sem ekki er kóðað í sebrafiskum, sem stjórnar kvíðalíkri og könnunarhegðun í sebrafiskum [59]. Samanlagt er TDMD, í gegnum innræn markmið, nauðsynlegt til að viðhalda réttri heilastarfsemi og hegðun spendýra og til að stjórna frumusvipgerðum.

4. Tjáningarsnið miRNA eru kraftmikil og eru vefjasértæk í gegnum öldrun

Við öldrun vefja er stigvaxandi lækkun á magni miRNA, sem fyrst var greint frá vegna aldurstengdrar minnkunar á lífmyndun miRNA sem á sér stað vegna niðurstýringar á Dicer [60]. Reyndar var sýnt fram á að miRNA lífmyndun bætir streituþol og langlífi í C. elegans og í fituvef í músum, á meðan sértæk miRNA tengist streituþol og öldrun [23,60]. Nýlega kom í ljós að miRNA-biogenesis gen eru í raun mjög miðuð af miRNA sem taka þátt í aldurstengdum ferlum, nefnilega miRNA-71, sem sýndi sig draga úr alþjóðlegri tjáningu miRNA og leiða til aukinnar mRNA tjáningarbreytileika með aldri [19]. Þessar niðurstöður eru í samræmi við fyrri vísbendingar sem staðfestu að miR-71 væri eitt mest rannsakaða miRNA í samhengi við öldrun og langlífi, þar sem tjáning þess var umtalsvert uppstýrt frá upphafi til miðs fullorðinsára [24,25]. Athyglisvert var að miR-71 var einnig nýlega tilkynnt um að örva ubiquitin-háða próteinveltu, sérstaklega í þörmum, lengja líftíma C. elegans, á meðan hömlun þess hafði áhrif á próteostasa lífvera [61]. Sérstaklega, matarlykt sem C. elegans skynjar með AWC lyktartaugafrumum 1) örvar frumu-ósjálfráða stjórnun á ubiquitin-háð prótein niðurbrot í gegnum ubiquitin-proteasome kerfið (UPS) og í gegnum endoplasmic-reticulum (ER)-tengt prótein niðurbrot. (ERAD) og 2) auka hitaálagsþol í þörmum [61]. Höfundarnir sýndu að miR-71 hamlar sérstaklega Toll-receptor-domain prótein (TIR-1) í amphid wing "C"(AWC) lyktartaugafrumum, en miR-71 og/eða TIR{ {29}}Knockout ormar sýna truflun á UPS og ERAD, sem útilokar áhrif fæðugjafans í þessu svari [61]. Einn mikilvægur punktur sem kemur upp er að miRNA eftirlitsnet eru mjög flókin í nokkrum lífverulíkönum og miRNA tjáningarsnið virðast vera bæði vefsértæk og á sama tíma samtengd ýmsum vefjum.

Flestar rannsóknir sem hafa kannað hlutverk miRNAs í eðlilegri öldrun vefja spendýra hafa beinst að tilraunum með sýni aðallega úr heila- og beinagrindarvöðvavef, kannski vegna tilhneigingar þessara vefja til að þróa aldurstengda sjúkdóma [62]Einn mjög rannsakaður miRNA í öldrun og aldurstengdum sjúkdómum er miR-34. Sýnt hefur verið fram á að þetta miRNA er stýrt í öldrun C. elegans [63], á meðan oftjáning þess lengir líftíma í Drosophila og dregur úr tilhneigingu til aldurstengdrar taugahrörnunar [64] Hins vegar, öfugt við aðrar lífverur, eru meðlimir miR{{7} } fjölskyldan gegnir skaðlegu hlutverki í öldrun spendýra heila, þar sem uppstjórnun miR-34c fannst í músahúðhlífinni í bæði eðlilegri öldrun og AD módelum og tengist vitrænni hnignun [65]. Þar að auki leiðir aldurstengd uppstjórnun á miR-29a og miR-29b í músarheila til vanstjórnunar á örveru og aukningu á taugabólgu, einnig einkenni öldrunar heilans [66]. Á sama hátt, meðan á öldrunarferlinu stendur, er hrörnun og endurnýjun vöðva í ójafnvægi, sem leiðir til taps á vöðvajafnvægi. Þar að auki voru miRNA, nefnilega miR-29, tengd sarkefnafæð, aldurstengdu tapi á vöðvastarfsemi, og sýnt var að þau móta frumufrumu, öldrun og insúlínlíkan vaxtarþátt (IGF-1) boð. í öldrun vöðvafrumna [67]. Þannig er hægt að nota miRNA sem lífmerki um öldrun í fleiri en einum vef og fyrir sérstakar aldurstengdar svipgerðir eins og sarcopenia.

Nýlega kannaði hópur rannsókna hlutverk miR-206 við öldrun æða (þ.e. hjartavöðva) og beinagrindarvöðva og samvægi [68-74]. Aukin tjáning miR-206 var tengd við öldrun æða, sérstaklega hjá einstaklingum með hjartsláttartruflanir, [74] og einnig var sýnt fram á að hindra fjölgun sléttra vöðvafrumna í æðum og stuðla að æðakölkun [72,73]. Þessar rannsóknir leggja áherslu á mikilvægi þess að kanna stjórnun miRNA í einum tilteknum spendýravef til að geta fundið ný lækningaleg markmið fyrir tiltekna, aldurstengda meinafræði.

Að teknu tilliti til allra þessara nýlegu niðurstaðna er augljóst að miRNA eftirlitskerfi miðla öldrun og langlífi að einhverju leyti. Hins vegar er nauðsynlegt að skýra hlutverk miRNA fyrir hvert lífverulíkan vegna flókins eðlis miRNA eftirlitsneta og ofgnótt mögulegra marka sem hvert miRNA getur haft. Í eftirfarandi köflum vekjum við nánari athygli á áhrifum aldurstengdrar minnkunar á próteynstri miRNAs sem felur í sér niðurbrots- og úthreinsunarferli próteina, samantekt á mynd 1, og kafa ofan í hugsanleg áhrif þeirra á útbreidda próteinsamruna við öldrun spendýra.

5. Hlutverk miRNA reglugerðar í aldurstengdri sjálfsátahræðslu í heila og beinagrindarvöðvum

Vísindaskýrslur, sem lýst er sem aðalstýrendum margra próteinstaxatengdra niðurbrotsferla við öldrun spendýravefja, hafa beinst að miRNA eftirlitsnetum sem fela í sér autophagy-lysosome pathway (ALP), með sérstakri áherslu á spendýramarkmið rapamycin (mTOR) flókins, aðallega í heila og vöðvum [24,75].Inukai og félagar (2012) gerðu eina af fyrstu rannsóknunum með Solexa djúpröðun til að bera kennsl á tengslin milli mismunatjáningar miRNAs við öldrun heila og mTOR merkja [24].cistanche แอ ม เว ย์Í þessari rannsókn fækkaði hlutfallslega mikið af miRNA sem tjáð var með mismunandi hætti í 24-25-mánaðargömlum músum samanborið við 5-mánaðagamlar, þar sem KEGGenrichment greining leiddi í ljós að miRNA, þ.e. miR-5620 isomiR og miR-341 isomiR, taka þátt í mTOR/próteinkínasa B(Akt)/Forkhead box class O (FOXO) merkjasendingum [24].

Ein tegund sjálfsáfalls, sem kallast átfrumnafæð, felur í sér niðurbrot og endurvinnslu á umfrymishlutum, þar með talið frumuleifum og misbrotnum próteinum, sem er pakkað inn í tvöfalda himnu blöðrur sem kallast sjálfsátsóm, sem eru blönduð saman við lýsósóm til að brotna niður með lýsósóma hýdrólasa [ 75]. Próteinsamstæður geta gleyptst af sjálfsátfrumum og brotnað niður, og öldrun getur breytt sjálfsátúthreinsun með göllum í myndun sjálfsátsáts, misheppnaðs samruna sjálfsfagósóma og ljósósóma og lýsósómsýrnunar [76]. Aldurstengd sjálfsátsvandamál geta einnig leitt til þróunar aldurstengdra sjúkdóma, þ.e. sarcofæð og taugahrörnunarsjúkdóma. Fyrir víðtæka umfjöllun, sjá [75]. Við öldrun beinagrindarvöðva var sýnt fram á að sjálfsátsvirkni minnkaði hjá öldruðum sjúklingum með sarkefnafæð og í vöðvavef músa, þar sem próteinmagn LC3, merki um sjálfsátfrumna og sjálfhverfa, og E1-líkt ensím ATG7 minnkar með aldri [ 62]. Nýlega var staðfest að miR-34a er lykilmaður í sjálfsátvirkni við öldrun heila, þar sem uppstjórnun þess leiðir til gallaðs sjálfsáts og óeðlilegrar hvatberavirkni í rottum af völdum d-galaktósa af öldrun [77]. Í þessari sömu rannsókn var sjálfsátsröskun snúið við með því að gefa miR-34a hemli til SH-SY5Y frumna af völdum d-galaktósa og leiddi til uppstýrðrar tjáningar sjálfsátatengdra próteina, þ.e. LC3, Beclin 1, ATG7 og niðurbrot P62[7]Samleitt getur miRNA-34a verið áhrifaríkt meðferðarmarkmið til að draga úr og/eða snúa við aldurstengdri sjálfsátsfækkun í spendýraheila.

Vöðvaauðgað miRNA, þekkt sem myo-miRNA, eins og miR-1 og miR-206, getur stjórnað markmiðum í gegnum PI3K/AKT/mTOR/FOXO ferilinn, sem stjórnar frumuhringnum, útbreiðslu og aðgreiningarferli í vöðvafrumum [68-71]. Nýlega hefur verið sýnt fram á að blóðskilunarsjúklingar sem gangast undir reglulega líkamlega mótstöðuþjálfun hafi lægra magn miR-206, sem leiddi til meiri vöðvamyndunar og færri hjartakölkun, sem er einkenni öldrunar æða [69]. Höfundarnir komust að þeirri niðurstöðu að eftir reglubundna þjálfun örvar niðurstýring á miR-206 mögulega vöðvamyndun með insúlínlíkum vaxtarþáttum 1 (IGF1) bindingu og virkjun PI3K/AKT/mTOR ferlisins [70]. Á sama hátt, í beinagrindarvöðvum manna, greindust 26 miRNA sem stjórnast af aldri, hreyfingu eða blöndu af hvoru tveggja, þar sem níu af þessum miRNA, þ.e. miR-99a-5p, miR{{18 }}b-5p, miR-100-5p, miR-199a og miR-196b-5p, hafa staðfestar markraðir innan 3'UTRs af markgenunum sem taka þátt í Akt/mTOR-merkjaleiðinni, svo sem mTOR, Akt, reglubundið prótein MTOR flókins 1 (RPTOR) og IGF1 [71].

Sérstaklega var bent á að miR-378 skipti einnig sköpum fyrir vöðvajafnvægi með því að viðhalda sjálfsáhrifum með beinni miðun á fosfóínósíðháðan próteinkínasa 1 (PDK1), stuðla að Akt-mTORCl boðun og draga úr frumudreifingu vöðvafrumna með caspasa 9 miðun. [69]. MiR-378-knockout mýs sýndu skerta sjálfsát og uppsöfnun gallaðra hvatbera, á meðan sýnt var að miR-378 oftjáning dregur úr fosfórun á unc-51-eins og sjálfsát sem virkjar kínasa 1 (ULK1), sem stuðlar síðan að myndun autophagosomes, niðurstaða sem var staðfest með uppstýrðri LC3 tjáningu og puncta í C2C12myotube frumulínu [69]. Þessi rannsókn er mikilvæg vegna þess að hún staðfestir að miR-378 gegnir gagnlegu hlutverki við að stuðla að sjálfsát og auðkennir tvö bein markmið þess:(1)PDK1, sem virkjar Akt og mTORCl til að stuðla að sjálfsát í beinagrindarvöðvum og (2)Caspase9, sem bælir frumudauða vöðvafrumna. Engu að síður á enn eftir að kanna marga þætti í miRNA-stjórnun sjálfsáts í samhengi við öldrun vefja, sérstaklega hjá spendýrategundum.

Í samhengi við aldurstengda próteinsamruna var sýnt fram á að miR-1 stjórnar vöðvastarfsemi og bætir kokdælingu til að bregðast við próteitrunarálagi með tímanum, en bælir einnig pólýglútamín 35(polyQ35)próteinsamsöfnun í C.elegans [30 ]. V-ATPasa undireining,vha-13 var auðkennd sem beint skotmark miR-1, sem stjórnar lífmyndun og virkni lýsósóma [30]. Þannig ætti að rannsaka miR-1 sem hugsanlega lækningaaðferð til að berjast gegn vöðva-sértækri próteinsamsöfnun og bæta hreyfanleika vöðva yfir líftímann. Áður hefur verið sýnt fram á að aukið magn miR-1 ýtir undir sjálfsát og dregur þannig úr uppsöfnun próteinasafna í C. elegans og spendýrafrumum[78]Eins og sér í lagi virkjar miR-1 í taugafrumum músabarkar og HeLa frumum sjálfsáhrif með því að miða á Tre-2/Bub2/CDC16(TBC) Rab GTPase-virkjandi prótein (TBC1D15) sem svar við uppsöfnun stökkbreyttra huntingtin-samgangna[78]. Sýnt var fram á að TBC1D15 hindrar sjálfsát með því að óvirkja Rab7, sem stjórnar samruna sjálfsáts og lýsósóma. Enn og aftur virðist miR-1 vera áhrifaríkur frambjóðandi fyrir meðferð gegn öldrun sem miðar að ferlum sem tengjast sjálfsát.

6.miRNA miðla Ubiquitin-Proteosome kerfinu í öldrun heila og vöðvarýrnun

Ubiquitin-proteasome kerfið (UPS) er frumu próteinlýsandi niðurbrotsferli sem samanstendur af 26S próteasómi sem miðhluta þess, sem samanstendur af tveimur 19S stjórnunarþáttum og einum 20S kjarna [79]. Próteinvirkni minnkar við eðlilega öldrun og við taugahrörnun [80]. Á síðasta ári hafa tvær rannsóknir lýst framlagi miRNA reglugerðar um UPS-tengdar breytingar á öldrun í samhengi án sjúkdóma [81-83]. Til dæmis reyndist miR-127-5p hafa skerta tjáningu í heila aldraðra C57BL/6] músa sem gangast undir blóðþurrð af völdum LPS, og í fyrsta skipti greindist 26S próteasóm sem ekki var ATPase stjórnunareining 3 (Psmd3) sem eitt af markmiðum þess [82]. Þessi rannsókn er mikilvæg vegna þess að höfundar útveguðu ekki aðeins heila-miRNome með þroskaðri miRNA raðgreiningu heldur greindu einnig nýtt miRNA í heilanum, miR-127, sem er tengt frumudapósu og próteasómavirkni við öldrun og blóðþurrð. Ennfremur, hjá heilbrigðum burðarberum apólípópróteins E(ApoE c4) fjölformunar, sem tengist A úthreinsun og aukinni hættu á AD þróun, var sýnt fram á að miR-153-3p væri aukið, sem leiddi til blokkunar á kjarnaþætti rauðkorna{{ 23}}tengdur þáttur-2(Nrf2)-miðluð próteasómavirkni og rauðkorna A uppsöfnun í plasma [81]Að auki, próteasóm-tengdir þættir, eins og plasma Kelch-eins ECH-tengt prótein 1 (Keapl) og rauðkorna histón deasetýlasi 6 (HDAC6), var einnig aukin hjá Apoes4 burðarefnum í samanburði við ekki burðarefni [81]. ApoE a4 fjölbreytni, ásamt próteóasómtengdum hlutum og miR-153-3p, er hægt að nota sem plasma- eða blóðrásarmerki til að meta varnarleysi fyrir A uppsöfnun og tengdri truflun próteasóma við öldrun heilans, og á sama tíma, til að meta tilhneigingu til þróunar sjúklegrar aldurstengdrar taugahrörnunar og próteinasamloðun, og veita þannig ekki ífarandi mælikvarða fyrir burðarbera.

Vöðvarýrnun einkennist af afbrigðilegu niðurbroti próteina í gegnum UPS leiðina [83].hversu mikið cistanche á að takaÍ beinagrindarvöðvum eru vöðvahringfingur 1 (MuRF1) og vöðvarýrnun F-box (MAFbx)/atrogin-1 E3 ubiquitin ligasar sem eru taldir taka þátt í alls staðar nálægð hvarfefna til niðurbrots af 26S próteasómi, þar sem hækkun á þessum UPS hlutum stuðlar að vöðvarýrnun [83]. Við vöðvarýrnun er oftjáning á MuRFI og MAFbx/atrogin-1 á meðan hömlun á þessum þáttum hægir á vöðvatapi [84,85].lífflavonoidsNokkrar rannsóknir hafa sýnt fram á hlutverk miRNA í stjórnun á MuRFl og MAFbx/atrogin-1 tjáningu. Til dæmis var sýnt fram á að miR-23a hindrar þýðingarvirkjun MuRFl og MAFbx/atrogin-1, sem vinnur gegn vöðvarýrnun í músamúslíkani af völdum dexametasóns [86].hvað er cistancheAuk þess kom í ljós að aukin tjáning á vöðvasértækum miR-1 minnkar HSP70-stig, minnkar AKT fosfórun og leiðir til virkjunar á FOXO3 og leiddi að lokum til uppstjórnunar á MuRFl og MAFbx/atrogin-1 tjáningu við vöðvarýrnun af völdum dexametasóns í músum [87]. Sérstaklega, við örvun dexametasóns, stjórnar miR-1 affosfórun og síðari virkjun FoxO3a í gegnum HSP70/Akt merkjasendingar, sem hindrar beint eða óbeint prótein sem vinna gegn vöðvarýrnun [87]Nýlega hefur hömlun á MuRF1 og MAFbx/ Sýnt hefur verið fram á að atrógín-1 umritun bætir vöðvatap í beinagrindarvöðvum (sérstaklega gastrocnemius vöðvum) 40-vikugamla öldrunarhraðaðra músa sem hafa tilhneigingu til 8 (SAMP8) músa samanborið við aldurssamhæfða öldrun -hraðaðar músarþolnar (SAMR1) mýs í kjölfar örvunar með epigallocatechin-3-gallate (EGCG), katekínþáttur í grænu tei sem vitað er að dregur úr vöðvatapi [88]. Sýnt var að EGCG hamlar myostatíni og stýrir miR-486-5p, sem bælir beint fosfatasa og tensin homolog (PTEN), eykur Akt fosfórun og leiðir til hömlunar á virku FoxOla og bælingu MuRFl og MAFbx/atrogin{{ 25}} umritun í beinagrindarvöðva 40- vikugamla SAMP8 músa sem og C2C12 vöðvafrumur í seint yfirferð [88]. Þessi rannsókn leiddi í ljós einstakt vöðvatap inngrip með því að nota EGCC hluti af grænu tei til að breyta miRNA stjórnun í ubiquitin-próteasóm ferlinu og PI3K/Akt/FOXO merkjum í beinagrindarvöðvum. Reyndar gefa þessar niðurstöður vísbendingar um að miRNA-tengd UPS virkjun ýti undir vöðvarýrnun fyrst og fremst með því að miða á MuRFI og MAFbx/atrogin-1 í beinagrindarvöðvum.

7.miRNA sem UPR og prótein-söfnun eftirlitsaðilar

Við álagsaðstæður safnast misbrotin prótein upp í ER holrýmið og kalla fram UPRER fyrir niðurbrot þessara próteina í gegnum þrjár lykilleiðir, nefnilega próteinkínasa RNA-líkan ER kínasa (PERK), ensímið sem krefst inositóls -1 alfa. (IRE-1o)/X-box bindandi prótein-1 (XBP-1), og virkjunar umritunarþáttar 6(ATF6) leiðir[890]. UPRFR virkni minnkar við öldrun ER streituskilyrði, á meðan oftjáning XBP-1 getur aukið ER streituþol og langlífi [89,90]. Á heildina litið er augljóst að UPRER gegnir hlutverki í öldrun og líftíma.

Tilkynnt var um að miRNA tæki annaðhvort beint að móta ER streituviðbrögðum eða, öfugt, gangast undir stjórn með ER streitu [91]. Reyndar geta ER streituskynjarar, þ.e. PERK, beint stjórnað miRNA tjáningu sem samræmir pro- og and-apoptotic boð við ER streitu [92]. Til dæmis leiðir miR-30c-2-3p í gegnum PERK-miðlaða boð til lækkunar á XBP-1 mRNA, sem í kjölfarið stuðlar að frumudauða í NIH-3T3 trefjakímfrumum [92 ]Á meðan á streitu stendur, gerir niðurstýring miR-106b-25 fjölskyldunnar með PERK virkjun kleift að virkja gena úr fjölskyldugenum frá B-frumu eitilæxli 2 (BCL-2), eins og Bim, sem kallar fram ER-streitu-framkallaða frumudauða í frumulínum [93]. Niðurstilling miR106b-25 fjölskyldunnar og frumudauða af völdum ER streitu fannst einnig í ALS músarlíkani (stökkbreytt SOD1 G93A), sem tengir þessa miRNA fjölskyldu og markmið hennar við taugahrörnun í ALS[93]. Nýlega, í heilaberki og hippocampal taugafrumum músa, við örvun með háþróaðri glýkingu á lokaafurðum nautgripasermisalbúmíns (AGE-BSA) til að framkalla ER streitu,miR-24,-27b,{{ 30}},-224,-290,-351 og-488 reyndust vera með niðurstýringu á meðan mRNA UPR marka (Prk, Irela, Chop og Puma) var stýrt upp, sem gefur til kynna að þessi miRNA séu líkleg UPR eftirlitstæki [94]Með því að nota miRNA-markspá reiknirit komust höfundarnir að því að MIR-24 og miR-488 miðuðu við PERK, Irelo með miR{{ 40}},-124,-290,-351 og -488, Chop by miR-224 og Puma by miR-24,{{ 47}}b og -351 [94]. Við útsetningu fyrir sykri leiðir háþróuð glýkrun próteina í víxlverkun milli háþróaðrar glýkunarendaafurða (AGEs) og RAGE (AGEs viðtaka), sem stuðlar að uppsöfnun afbrigðilegra eitraðra próteina, síðari frumuoxunarálags og ER streitu [94]. Að auki fundust sum þessara miRNA einnig í tjáningarprófunarrannsóknum á taugahrörnun, nefnilega miR-27b, -124 og -488 [95], sem bendir til þess að þessi miRNA geti hentað merki um öldrun í báðum samhengi. Engu að síður á enn eftir að koma á beinu orsakasambandi milli próteinasamsöfnunar og vanstjórnunar miRNA í samhengi við bæði heilbrigða öldrun og aldurstengda meinafræðilega taugahrörnun.

8. miRNA-bindandi prótein stjórna einnig líftíma með Proteostasis Network Components

Fjölmargar skýrslur hafa sýnt fram á að miRNA-bindandi prótein stjórna öldrun í gegnum próteinstöðva nethluti. Í C. elegans, til dæmis, var sýnt fram á að Argonaute, Dicer, Drosha og DGCR8/Pasha stjórna öldrun og langlífi [19,24,25]. Sýnt hefur verið fram á að Argonaute-1 (alg-1) stuðlar að langlífi, en Argonaute-2(alg-2) styttir líftíma þar sem mörg af genum sem eru með mismunandi tjáningu í stökkbreyttu alg{{10 }} og alg-2 C elegans eru hluti af insúlín/IGF-1 merkjaleiðinni (IS), með stjórnun í gegnum DAF. 16/FOXO [96]. Ennfremur, sérstaklega í alg-1 stökkbreyttum, kom í ljós að hitasjokkstuðull 1 (hsf1), umritunarþáttur sem er hluti af hitalostsstreitusvöruninni, var stilltur niður [96]. Huntingtin samloðun frumuræktar og músalíkön, sem og sýni eftir slátrun frá sjúklingum með Huntingtons sjúkdóm, hafa einnig sýnt að Argonaute-2(AGO2), kjarnaþáttur RISC, staðsetur sig aftur og safnast fyrir í streitukornunum staðsett í striatal taugafrumum sem tjá stökkbreytt Huntingtin (mHTT) samsöfnun og hindra þannig seint samruna sjálfsfagósóma og lýsósóma og á sama tíma leiðir til alþjóðlegrar aukningar á tjáningu miRNA [31]. Hins vegar vegna endurstaðsetningar AGO2 og myndun AGO2-miRNA-fléttna í streitukornum, bentu höfundarnir á að heildarvirkni miRNA, sérstaklega markþögn, væri hindruð í taugafrumum sem tjá mHTT [31]. Í þessu tilviki var sýnt fram á að próteinsamstæður trufla sjálfskaða úthreinsun, sem stuðlar að AGO2 uppsöfnun og breytingum á magni og virkni miRNA, sem gæti leitt til taugaskemmda. Þessar niðurstöður sýna nýtt sjónarhorn, dregið saman á mynd 2, sem undirstrikar hlutverk aldurstengdrar próteinasamsöfnunar í sjálfsátsröskun, lífmyndun miRNA og virkni miRNA við öldrun spendýra (mynd 2).

lifun taugafrumna með því að draga úr varnarleysi sérstaklega fyrir ER streitu af völdum thapsigargins, sem bendir til þess að miRNA lífmyndun í gegnum Dicer sé taugaverndandi gegn ER streitu. Niðurstilling Dicer við öldrun getur komið í veg fyrir lífmyndun miRNA og leitt til uppsafnaðs ER streitu og taugahrörnunar dópamín taugafrumna [9]. Nýstárlegar raðgreiningaraðferðir eins og ljósvirkjanleg ríbónukleósíð-aukin krosstenging og ónæmisfelling (PAR-CLIP) raðgreining hafa bent á aðra virkni Dicer í frumum manna sem og í C.elegans, þar sem sýnt var fram á að Dicer tók þátt í niðurbroti nokkurra byggingarefna. RNA sem áður voru ógreinanleg með öðrum aðferðum [9]

Þar að auki getur Drosha klofið hárnálabyggingar sem eru felldar inn í mRNA, óstöðugleika þeirra og því beint stjórnað mRNA tjáningu. Sýnt var fram á að Drosha klýfur mRNA fyrir aðgreiningarþætti sem eru grundvallaratriði fyrir taugamyndun [10]. Að auki, við veirusýkingu, var tilkynnt að Drosha væri flutt út í umfrymið til að kljúfa erfðamengi RNA af veiru til að bæla veiruafritun [101,102]. Fosfórun og kjarnaútflutningur á Drosha á sér einnig stað í kjölfar hitalosts og oxunarálags, sem skerðir Drosha-miðlaða miRNA lífveru [103]. Önnur nýstárleg raðgreiningartækni, sem kallast formaldehyde crosslinking immunoprecipitation and sequencing (fCLIP-seq), hefur leitt í ljós að Drosha klýfur ekki kanónískt hvarfefni sem upprunnin er frá non-miRNA loi í stuttar hárnælur og myndar lítil RNA[104]samskiptareglur með PAR-CLIP og fCLIP. greina hugsanlegar milliverkanir milli miRNA-bindandi próteina og byggingar-RNA í vefjasýnum og í samhengi við aldurstengda sjúkdóma [104]. Samanlagt veita niðurstöður þessara rannsókna nýjar rannsóknarleiðir til að miða á miRNA lífveruþátta til að breyta tjáningu miRNA, og hugsanlega ný mRNA markmið, í því skyni að auka skilvirkni próteinstasa netsins við að hreinsa eitruð prótein og draga úr aldurstengdri próteinsamsöfnun.

9. Ályktanir

Meginmarkmið þessarar endurskoðunar var að leggja fram sönnunargögn, byggð á nýlegum rannsóknum, fyrir þeim spennandi nýju horfum að miRNA, og að einhverju leyti miRNA-bindandi prótein, geti beint stjórnað próteynstri, sem skiptir máli fyrir stækkun lífvera, og þau geta einnig notað sem merki um öldrun heilbrigðra vefja til samanburðar við aldurstengda sjúkdóma. Athyglisvert er að miRNA markgen í niðurbrotsleiðum tengdum próteinum eins og UPS og ALP kerfum virðast vera mjög vefsértæk í heila spendýra og beinagrindarvöðva við öldrun, þvert á ýmsar lífverulíkön. Að auki hefur hlutverk miRNA-stjórnunar í aldurstengdri truflun á niðurbroti próteina og úthreinsunaraðferðum orðið enn áberandi í nýlegum rannsóknum á heila spendýra og beinagrindarvöðvavef.kaupa cistancheByggt á niðurstöðunum sem sýna fram á miRNA-miðlaða próteinstöðugleika við öldrun spendýra, gerum við þá kenningu að framtíðarrannsóknir ættu að kanna beint orsakasamhengi milli próteinsamruna og miRNA vanstjórnunar í samhengi við bæði heilbrigða öldrun og aldurstengda sjúklega taugahrörnun og vöðvarýrnun, sem eru sýndar á mynd 2. Þar sem það eru nokkur skarast miRNA snið sem eru breytt bæði í eðlilegu og sjúklegu samhengi öldrunar, gæti möguleiki á að móta miRNAs, sérstaklega aukið magn miRNAs sem miðar að próteinúthreinsun og sjálfsátatengdum genum, skipt máli fyrir framtíðina meðferðaraðferðir gegn öldrun.

Framlög höfundar: Hugmyndafræði, SF,VM, ARS og MAS; skrif — frumdrög undirbúnings, SF; ritun—endurskoðun og klipping, SF, VM., MF, AR, GM, ARS og MAS sjónmynd, SFog VM; auðlindir,GM, A.RS.og MAS;umsjón, A.RS.og M.ASS, fjármögnunaröflun, GM, ARS og MASSAllir höfundar hafa lesið og samþykkt útgefna útgáfu handritsins.

Fjármögnun: Þessi rannsókn var fjármögnuð af PORTÚGÚSKU STOFNUNIN FYRIR VÍSINDI OG TÆKNI (FCT) og FEDER (FUNDO EUROPEU DE DESENVOLVIMENTO REGIONAL) í gegnum COMPETE2020, OPERATIONAL PROGRAM FOR SAMKEPPNISHÆFNI OG ALÞJÓÐLEGUR-IZATION (POCIGEN:{202} FEDER-022184;SPEISKA: POCI-0145-FEDER-029843); MEDICIS(CENTRO-01-0246-FEDER-000018);og verkefnið "Piloto para an elaboration de uma estrategia e uma rede regional para a medicine personalized/precisao"Grant(CENTRO-08-5864-FSE{{9} }).

iBiMED rannsóknareiningin er studd af FCT (UID/BIM/04501/2020). SF og MF eru studd beint af FCT styrkjum (SFRH/BD/148323/2019 og SFRH/BD/131736/2017).A.RS.is styrkt af einstökum CEEC aðstoðarrannsóknarsamningi (CEECIND/00284/2018).

Þessi grein er dregin út úr Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 3232. https://doi.org/10.3390/ijms23063232 https://www.mdpi.com/journal/ijms