גישות טיפוליות מתפתחות עם מולקולות קטנות למחלת אלצהיימר ולמחלת פרקינסון המבוססות על מיקוד למיקרו-RNA

תפקידם של מיקרו-RNA בהתקדמות של מחלות ניווניות עצביות: מיקרו-RNA (miRNA) הם נוקלאוטידים אנדוגניים, לא מקודדים וקצרים של RNA המווסתים את ביטוי הגנים באמצעות זיווג בסיסי עם ה-RNA שליח הממוקד (mRNA) באזור 3' הלא מתורגם (3' UTR). לפיכך, miRNAs ממלאים תפקיד מהותי בעיכוב או השפלה של RNAs שליח (Gebert and MacRae, 2019). שני אנזימים של ריבונוקלאזים (RNase) III שולטים בביוגנזה של miRNAs; דרושה ודיסר. השלב הראשון בביוגנזה כולל ביקוע של מירנאים ראשוניים (פרי-מירנאים) בגרעין התא על ידי Drosha, מה שמוביל ליצירת פרה-מירנאים קצרים של לולאת גזע. לאחר מכן, ה-Pre-miRNAs הללו מועברים לציטופלזמה ומעובדים עוד יותר על ידי Dicer, וכתוצאה מכך מירנאים בוגרים (O'Brien et al., 2018).

לחץ ל-cistanche tubulosa כמוסות למחלת אלצהיימר

מחלות רבות מציגות ביטוי חריג של miRNAs, כגון סרטן השד, לוקמיה, קרצינומה של הכבד, ומחלות לב וכלי דם ונוירודגנרטיביות. יותר מ-2000 מירנאים זוהו כבעלי תפקידי מפתח בהבחנה בין נוירונים, מה שמדגיש את המעורבות של מירנאים בתהליכים נוירונים שונים. הספרות מגלה כי miRNAs מעורבים במסלולים שונים המעורבים ישירות בהתקדמות של מחלות ניווניות (איור 1A). -Synuclein, חלבון פרה-סינפטי המעורב בהפרעות נוירולוגיות, הוא חלבון מופרע באופן מהותי. ההצטברות של -synuclein ליצירת סיבים בלתי מסיסים וגופי לוי היא סימן היכר פתולוגי מרכזי לאבחון של הפרעות נוירולוגיות, כגון מחלת פרקינסון ומחלת אלצהיימר. הצבירה של -synuclein בתאי נוירובלסטומה אנושיים מקודמת על ידי miR-16-1, המיוחסת ליכולתו של miR-16-1 להפחית את הוויסות של חלבון הלם חום 70. לאחרונה, היכולת של miR-153 וויסות שלילי של סינוקליין הוכח בעכברים פרקינסונים (Cressatti et al., 2019).

יתרה מכך, העיכוב של miR-34b בחולים עם מחלת פרקינסון הגביר את הביטוי של -synuclein במוח האנושי. טאו, חלבון הקשור למיקרוטובולה, מתבטא במוח האדם הבוגר בשישה איזופורמים. ההיפר-פוספורילציה וההצטברות הלא תקינה של טאו לסיבים בוגרים נצפים במחלת אלצהיימר וכן בהפרעות נוירולוגיות אחרות, הנקראות טאואופתיות. הורדת ויסות של miR-212 ושל miR-132 זוהה באקסוזומים פלזמה שמקורם בעצבים של חולים עם מחלת אלצהיימר (Cha et al., 2019). בהתבסס על ממצאים אלה, הערכת רמות miR212 ו-miR-132 בשלפוחיות חוץ-תאיות נחשבת לכלי אבחון מבטיח למחלת אלצהיימר. דיווחים רבים הוכיחו את הקשר בין מחלות ניווניות ותפקוד לקוי בדינמיקה של המיטוכונדריה, כגון שונות בגודל המיטוכונדריה, צורה שונה, ביקוע-היתוך ותנועת מיטוכונדריה). בהקשר זה, דווח כי miR-27a מדכא את הביטוי של קינאז 1 המשוער על ידי PTEN, קינאז סרין/תרונין מיטוכונדריאלי, שהוא שחקן מפתח במיטופגיה. לפיכך, miR-27a ממלא תפקיד מפתח בשליטה בפינוי האוטופגי של מיטוכונדריה פגומות.

מוטציות ב-PTEN-induced kinase 1 נחשבות לתורמים עיקריים למחלת פרקינסון אוטוזומלית רצסיבית. לאורך קווים אלה, miR-494 משרה נזק למיטוכונדריאלי ונזק נוירוני הנגרם כתוצאה מלחץ חמצוני על ידי הפחתת הביטוי של חלבון 7 של מחלת פרקינסון, מעכב הצטברות של -synuclein (Catanesi et al., 2020). בנוסף, miR-455- 3p החדש הוכיח פעילות הגנה מפני אגרגציה עמילואידית על ידי שליטה בביטוי של חלבוני ביקוע מיטוכונדריה וויסות הדינמיקה של המיטוכונדריה (Kumar et al., 2019). במהלך השנים האחרונות, -secretase 1 (BACE1) קיבל תשומת לב גוברת כיעד טיפולי קריטי למחלת אלצהיימר. BACE-1, הידוע גם בשם -site amyloid precursor protein cleaving אנזים 1, הוא הפרשה העיקרית המעורבת בייצור של עמילואיד-פפטידים במוח האנושי. אגרגציה ופיבריליזציה של פפטידים אלה ליצירת פלאקים עמילואידים הם מאפיינים אבחוניים מרכזיים של מחלת אלצהיימר.

בנוסף, שורות ראיות מרובות הוכיחו את הנוירוטוקסיות של אוליגומרים קטנים של עמילואיד פפטידים. MiR-298 זוהה לאחרונה כמדכא של BACE1 במודל של תרבות תאים עצביים אנושיים החושף את הפוטנציאל הטיפולי של miR298 למחלות ניווניות (Chopra et al., 2020). יתרה מכך, הביטוי של BACE-1 מווסת ישירות על ידי miR15b, שמתפקד על ידי מיקוד ל-BACE1 mRNA 3'-UTR (Gong et al., 2017). ממצאים אלו ממחישים ש-miRNAs הם שחקני מפתח בשליטה בתפקוד של BACE-1 ובתפקידו בפתוגנזה של מחלות ניווניות עצביות.

פיתוח מולקולות קטנות למחלות נוירודגנרטיביות המבוססות על מיקוד ל-miRNAs:

התמקדות ב-mirnas הגורמות למחלות עם מולקולות קטנות חשפו תוצאות מבטיחות במבחנה כמו גם בהקרנה in vivo. לפיכך, מאמצי מחקר ניכרים הופנו לפיתוח אסטרטגיות חדשות לזיהוי ועיצוב של מולקולות קטנות בעלות יכולת קישור פוטנציאלית ל-miRNA. עם זאת, הרצפים הקצרים של miRNAs עכבו את הזיהוי של קלסרים חזקים של מולקולות קטנות והעבירו את הפוקוס לעבר מיקוד של pre-miRNAs עם רצפים ארוכים יותר. אינפורנה ואינפורנה 2.0 הם כלים שפותחו לזיהוי מולקולות קטנות המכוונות ל-RNA מובנים. גישות אלו מבוססות על מוטיבים של כרייה (מבנים משניים) של ה-RNA בהתבסס על הרצפים שלהם.

מוטיבים אלה מושווים לאחר מכן למסד נתונים של שותפים ידועים לקישור מוטיב RNA-מולקולה קטנה. לאחר מכן אינפורנה מדווחת על המוטיב במסד הנתונים וכן על RNA היעד. אינפורמה נוצלה לאחרונה בזיהוי של תרכובת 1 (איור 1B) כמעכבת של ביטוי -synuclein (Zhang et al., 2020). תרכובת 1 מכוונת ל-synuclein mRNA 5′ UTR ומפחיתה את רמות ה-a-synuclein על ידי הפחתת כמות ה-SNCA mRNA שנטען לפוליזומים. לאחרונה, RIBOTACs (כימרות המיקוד לריבונוקלאז) התפתחו כקבוצה חדשה של מולקולות קטנות שיכולות לכוון לקבוצות RNA מגוונות, כולל miRNAs ו-mRNAs (Dey and Jaffrey, 2019). העיצוב של RIBOTACs מבוסס על קישור מולקולות קושרות RNA למולקולה קטנה המפעילה את RNA L, ריבונוקלאז סמוי, מה שגורם לפירוק RNA המטרה.

ליגנים מכוונים מרובים ממוקדים (MTDL) למחלות נוירודגנרטיביות המתמקדות ב-miRNA:

MTDLs הם ליגנדים שנועדו להפריע למסלולים מרובים המעורבים בהתקדמות של הפרעות נוירולוגיות בגלל התכונה הרב-גונית שלהם. ההצלחה המדהימה של MTLDs בזיהוי מולקולות קטנות עם יעילות in vitro ו-in vivo במודלים של מחלות נוירודגנרטיביות הביאה למאמצים מתמשכים בפיתוח כלים חדשים לעיצוב MTDLs. בהקשר זה, דווחה לאחרונה אסטרטגיה חדשה לזיהוי MTDLs עבור מחלות נוירודגנרטיביות, המבוססת על עיכוב כפול של אצטילכולין אסטראז והביוגנזה של miRNAs (Gabr and Brogi, 2020). תרכובת 2 (איור 1B), מעכב כפול של אצטילכולין אסטראז וביוגנזה של miR-15b, הייתה יעילה יותר מדונפזיל ואנטי-miR-15 בהגנה על תאי נוירובלסטומה SH-SY5Y מפני ציטוטוקסיות הנגרמת על ידי עמילואיד-בטא. .

יתר על כן, עיכוב כפול של אוליגומריזציה של טאו וביוגנזה של מירנאים המעורבים בהתקדמות של הפרעות נוירולוגיות (למשל miRNA-146a) דווחו כאסטרטגיה מבטיחה לתכנון של MTDLs (Gabr and Barbault, 2020). התוצאה של גישה זו סיפקה תרכובת 3 (איור 1B) שהציגה פעילות נוירו-פרוטקטיבית מעולה ל-miRNA146a antagomir ו-MK-886, מעכב צבירה של טאו. מחקרים אלו ממחישים עוד יותר כי העיצוב של MTDLs המתמקד בעיכוב הביוגנזה של miRNAs הראה פרופיל טיפולי מועדף בהשוואה לטיפולים חד-מיקודים. לכן, בדיקה נוספת של התוצאות של גישות אלה באמצעות מודלים in vivo של מחלות ניווניות נוירודגנרטיביות תהיה קריטית עבור אופטימיזציה עתידית

כיוונים עתידיים:

לפיתוח אסטרטגיות יעילות לזיהוי מולקולות קטנות שיכולות לקשור באופן סלקטיבי ל-miRNAs תהיה השפעה יוצאת דופן על היכולת לשלוט בביטוי של חלבונים המעורבים במחלות ניווניות עצביות. מעכבי מולקולות קטנות של Drosha ו-Dicer נחקרו בהרחבה ככלים לעיכוב הביוגנזה של miRNAs. עם זאת, מעכבים רבים של Dicer ו- Drosha מציגים זיקה מוחלשת לקישור ל-miRNA בסביבה התאית, כמו גם את חוסר היכולת לחסום את הבשלת ה-miRNA.

תוצאות אלו מיוחסות למיקוד המופקר של מולקולות קטנות אלו, כמו גם לתחרות שלהן עם מקרומולקולות אחרות בקשירת מירנאים. לכן, הקמת גישות חדשות לקשירה סלקטיבית של miRNAs היא רצויה מאוד. סינתזה מונחית מטרה קינטית (KTGS) היא גישת גילוי תרופות המבוססת על פרגמנטים, שבה מטרה ביולוגית בוחרת את הליגנדים הדו-צדדיים שלו על ידי הרכבתם ממאגר של שברים תגובתיים קטנים.

ב-KTGS, המטרה הביולוגית מאיצה יצירת קשר קוולנטי בין אבני בניין עם קבוצות פונקציונליות תגובתיות משלימות באמצעות זמן תהודה משופר. לאחר ניתוק מהמטרה, ניתן לזהות פגיעות KTGS במדיה על ידי כרומטוגרפיה נוזלית-ספקטרומטריית מסה. מסלול פוטנציאלי לזיהוי של קלסרים סלקטיביים של miRNAs יהיה שימוש ב-KTGS כדי לזהות קושרים מולקולות קטנות של miRNA מטרה.

הפניות

Catanesi M, D'Angelo M, Tupone MG, Benedetti E, Giordano A, Castelli V, Cimini A (2020) חוסר ויסות של MicroRNAs וחוסר תפקוד מיטוכונדריאלי במחלות נוירודגנרטיביות. Int J Mol Sci 21:5986.

Cha DJ, Mengel D, Mustapic M, Liu W, Selkoe DJ, Kapogiannis D, Galasko D, Rissman RA, Bennett DA, Walsh DM (2019) miR-212 ו-miR-132 מווסתים מטה בנגזרות עצביות אקסוזומי פלזמה של חולי אלצהיימר. Front Neurosci 13:1208.

Chopra N, Wang R, Maloney B, Nho K, Beck JS, Pourshafie N, Niculescu A, Saykin AJ, Rinaldi C, Counts SE, Lahiri DK (2020) MicroRNA-298 מפחית רמות של חלבון עמילואיד מבשר אנושי ( APP), -אתר APP הממיר אנזים 1 (BACE1) וחלקי חלבון טאו ספציפיים.

Mol Psychiatry doi:10.1038/s41380-019- 0610-2.

Cha D, Mengel D, Mustapic M, Liu W, Selkoe D, Kapogiannis D, Galasko D, Rissman R, Gong G, An F, Wang Y, Bian M, Yu LJ, Wei C (2017) miR-15 b מדכא את ביטוי BACE1 במחלת אלצהיימר ספוראדית. Oncotarget 8:91551-91557.

Cressatti M, Song W, Turk AZ, Garabed LR, Benchaya JA, Galindez C, Liberman A, Schipper HM (2019) ביטוי גליאלי HMOX1 מקדם חוסר ויסות מרכזי והיקפי של סינוקאין ופתוגניות בעכברים פרקינסוניים. גליה 67:1730-1744.

Dey SK, Jaffrey SR (2019) RIBOTACs: מולקולה קטנה מטרה RNA לפירוק. Cell Chem Biol 26:1047-1049.

Kumar S, Reddy AP, Yin X, Reddy PH (2019) microRNA-455-3p חדש והשפעתו המגנה מפני עיבוד APP חריג ורעילות עמילואיד בטא במחלת אלצהיימר. Biochem Biophys Acta Mol Basis Dis 1865:2428-2440.

O'Brien J, Hayder H, Zayed Y, Peng C (2018) סקירה של ביוגנזה של מיקרו-RNA, מנגנוני פעולה ומחזור הדם. Front Endocrinol 9:402.

Gabr MT, Barbault F (2020) הקושר הכפול הראשון של microRNA146a וטאו מונומרי: גישה חדשה לטיפולים ממוקדים למחלות ניווניות. Chem Commun 56:9695-9698.

Gabr MT, Brogi S (2020) גישה מרובה מטרות מבוססת מיקרו-RNA למחלת אלצהיימר: גילוי של המעכב הכפול הראשון במחלקה של ביוגנזה של אצטילכולין אסטראז ומיקרו-RNA-15b. J Med Chem 63:9695- 9704.

Gebert LFR, MacRae IJ (2019) ויסות של תפקוד מיקרו-RNA בבעלי חיים. Nat Rev Mol Cell Biol 20:21-37.

Zhang P, Park HJ, Zhang J, Junn E, Andrews RJ, Velagapudi SP, Abegg D, Vishnu K, Costales MG, Childs-Disney JL, Adibekian A, Moss WN, Mouradian MM, Disney MD (2020) תרגום של המהותית חלבון a-synuclein מופרע מעוכב על ידי מולקולה קטנה המכוונת למבנה שלו

למידע נוסף:ali.ma@wecistanche.com