Роль микроРНК в определении идентичности клетки, дифференцировка нейронов

Имеется некий предшественник, который может дать нервную или эпителиальную клетки. В нервной ткани есть miR 124. Она нужна для узнавания не-нейронных мишеней (мРНК, ненужные нервной клетке) и подавляет трансляцию ненужных нервной клетке белков. Все ненужное подавляется и сводится на нет, нужно экспрессировать свои нейрональные гены. В эпителиальных клетках имеется miR9a, подавляющая трансляцию мРНК, ненужных для этой ткани. Функциональная мишень - miR 124.

Регуляция по типу позитивной обратной связи: miR 124 соединяется с мРНК репрессора, подавляющего синтез этой миРНК (в эпителии этого репрессора много). А в некоторых случаях может подавлять образование активатора транскрипции. Экспрессия микроРНК достаточно тканеспецифична (на прозрачной zebrafish в результате in situ гибридизации видно, что один тип микроРНК характерен для нервной ткани, а другой для мышечной).

Пару слов о важных модификациях микроРНК, которые могут происходить на стадии почти зрелых РНК.

Изоформы miR – iso miR с отличными друг от друга функциями

Гетерогенность процессинга

Неточность процессинга с участием Dicer

Нематричное присоединение:

- 3’ АААА – стабилизация

- 3’ UUUU – может менять прочность связывания с мишенью (мРНК интерлейкина)

Тканеспецифичность образования изоформ

В онтогенезе меняется их количество.

Последний момент, который связан с изменением функции микроРНК - мы уже касались вопроса об изменении функции при редактировании. Значительная часть miR (16%) редактируется аденозиндезаминазой (ADAR). I лучше связывается с C, чем с U. Это редактирование происходит в области двунитевых участков (стволики, примыкающие к петлям).

В результате:

- изменение узнавания мишени (нарушение seed)

- влияние на активность Dicer-а и др. ферментов.

Перспективы: зная точную конформацию Аргонавта, можно придумывать лекарства, действующие на его определенные домены, и изменять его функционирование.

В полногеномном исследовании genome-wide association studies было показано, что нарушение pri-микроРНК 137 (находится в интроне), известного регулятора дифференцировки нейронов, приводит к шизофрении. Предсказаны 4 гена как мишени miR 137.

Регуляция биогенеза miR

Дополнительные регуляторные белки хеликазы: р68, р72.

РНК – хеликазы необходимые компоненты при сплайсинге:

1 активность – расплетание РНК, 2 активность – взаимодействие с белками.

Обнаружен фактор роста VEGF, который способствует васкуляризации – возникновении сосудов в ткани, росту клеток эндотелия. Опухоли нужны сосуды, ее питающие. Было обнаружено неканоническое свойство белка р53. Вообще он мешает делению и помогает дифференцировке. Он дает комплекс с хеликазой комплекса микропроцессинга и увеличивает образование нужной для дифференцировки микроРНК. Р53 делает процессинг миРНК более эффективным, что будет снижать образование VEGF.

Эстрадиол негативно регулирует процессинг некоторой miR. Эстрадиол аллостерически взаимодействует с рецептором. Комплекс эстрадиол-рецептор взаимодействует с хеликазой → Drosha перестает взаимодействовать с РНК. Стимуляция образования VEGF – онкогенный эффект эстрадиола.

р53 образует комплекс с р68 хеликазой и стимулирует процессинг let 7, мишенями которой являются факторы пролиферации (циклины, циклинкиназы); р53 мешает делению клеток, помогая дифференцировке. Описанный мутантный р53 связывается с р68, блокируя ее взаимодействие с Drosha, т.о. мутантный р53 превращается из опухолевого супрессора в онкоген, титруя р68 и препятствуя процессингу let 7.

Есть еще один случай, который показывает, что белки, которые участвуют в проведении сигнала в клетке, участвуют и в биогенезе микроРНК.

Есть белок SMAD, проводник сигнального пути и транскрипционный фактор. Оказалось, что этот же белок ДНК-связывающим доменом может связывать дцРНК в стволике мРНК, аналогичную по последовательности ДНК. И это приводит к привлечению к стволику эндонуклеазы Drosha, процессинг ускоряется. Эту полифункциональность белков называют moon-lighting – дополнительное занятие, помимо основного (гнать ночью самогон – тоже moon-lighting).

Теперь о том, что делает микроРНК в биологии эмбриональных стволовых клеток, которые плюрипотентны.

Эмбриональные стволовые клетки способны к делению, симметричному, с образованием двух стволовых и ассимметричному, когда одна потом уходит в дифференцировку. В существенной степени биология эмбриональных стволовых клеток связана с микроРНК.

Главные игроки:

Let7 отсутствует в эмбриональных стволовых клетках, однако всегда существует его предшественник в довольно большом количестве, но он не процессируется. Чтобы сохранить состояние стволовой клетки нужно исключить образование этой РНК. РНК-связывающий белок lin28 (очень консервативен, репрессор процессинга предшественника let7 (связывается с GGAG)) связывается с определенной последовательность в предшественнике let7. Присоединение lin 28 к let7 привлекает терминальную нуклеотидилтрансферазу, которая навешивает на 3’-конец UUUUUUU → препятствие процессингу и привлечение эндосомы → съедается предшественник. Активация Lin28 –плохой опухолевый прогноз. «Стволовость» определяется процессингом микроРНК.

Кроме того, с этим предшественником могут связываться активаторы его процессинга. Каким образом регулируются отношения активатора и репрессора – непонятно, возможно взаимоисключающее связывание. Фактор дифференцировки let7 подавляет онкоген c-myc (его экспрессия часто связана с образованием опухоли) и lin28.

Lin28 используется для превращения дифференцированной клетки (например, фибробласта) в плюрипотентную клетку (индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC)). Замечательно для регенерационной терапии.

Стволовые клетки имеют много общих свойств с раковыми. Клеточная идентичность на примере эмбриональных СК

- Должен быть характерный профиль микроРНК (mir signature)

- Черты сходства с опухолевыми клетками профиля микроРНК

- Короткий G1, облегченный G1-S переход

- Отсутствие let7 –важного фактора дифференцировки.

- Модуляция факторов плюрипотентности (активаторов транскрипции Nanog (Nanog – на кельтском языке – мифическая сторона вечной юности), Oct4 и др.), причем мишень – в кодирующем районе мРНК.