microRNAs: Bagong Pag-unawa sa Mekanismo ng Pagkilos sa Viral Infections at ang Kahalagahan nito

Ang mga MicroRNA o sa maiikling miRNA (hindi malito sa mRNA o messenger RNA) ay natuklasan noong 1993 at malawak na pinag-aralan sa nakalipas na dalawang dekada o higit pa para sa kanilang papel sa pag-regulate ng expression ng gene. Ang mga miRNA ay ipinahayag nang naiiba sa iba't ibang mga selula at tisyu ng katawan. Ang kamakailang pananaliksik ng mga siyentipiko sa Queen's University, Belfast ay nalutas ang mekanismong papel ng mga miRNA sa regulasyon ng immune system kapag ang mga selula ng katawan ay hinamon ng mga virus. Ang mga natuklasan na ito ay hahantong sa isang pinahusay na pag-unawa sa sakit at ang kanilang pagsasamantala bilang mga target para sa bagong therapeutic development.  

Mga MicroRNA o mga miRNA ay nakakuha ng katanyagan sa nakalipas na dalawang dekada para sa kanilang papel sa mga proseso ng post-transcriptional tulad ng pagkita ng kaibhan, metabolic homeostasis, paglaganap at apoptosis ^(1-5). mga miRNA ay maliit na single-stranded RNA mga sequence na hindi naka-encode para sa anumang mga protina. Ang mga ito ay nagmula sa mas malalaking precursor, na double-stranded mga RNA. Ang biogenesis ng miRNA nagsisimula sa nucleus ng cell at nagsasangkot ng pagbuo ng pangunahing miRNA mga transcript ni RNA polymerase II na sinusundan ng pag-trim ng pangunahing transcript upang palabasin ang pre-miRNA hairpin ng isang enzyme complex. Ang pangunahin miRNA ay pagkatapos ay na-export sa cytoplasm kung saan ito ay ginagampanan ng DICER (isang protina complex na higit pang nag-cleave sa pre-miRNA), sa gayon ay gumagawa ng mature na single-stranded miRNA. Ang mature na miRNA ay isinasama ang sarili bilang bahagi ng RNA induced silencing complex (RISC) at hinihimok ang post-transcriptional gene silencing sa pamamagitan ng pag-fasten ng RISC sa mga komplementaryong rehiyon, na matatagpuan sa loob ng 3 'untranslated regions (UTRs), sa mga target na mRNA. 

Nagsimula ang kuwento noong 1993 sa pagkatuklas ng mga miRNA in C. elegans ni Lee at ng kanyang mga kasamahan ⁽⁶⁾. Napansin na ang LIN-14 na protina ay na-downregulated ng isa pang na-transcribe na gene na tinatawag na lin-4 at ang downregulation na ito ay kinakailangan para sa pag-unlad ng larval sa C. elegans sa pag-unlad mula sa yugto L1 hanggang L2. Ang na-transcribe na lin-4 ay nagresulta sa pag-downregulate ng LIN-14 expression sa pamamagitan ng komplementaryong pagbubuklod sa 3'UTR na rehiyon ng lin-4 mRNA, na may kaunting pagbabago sa mRNA mga antas ng lin-4. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito sa una ay naisip na eksklusibo at tiyak sa C. elegans, hanggang sa mga 2000, nang sila ay natuklasan sa iba pang mga species ng hayop ⁽⁷⁾. Simula noon, nagkaroon ng delubyo ng mga artikulo sa pananaliksik na naglalarawan sa pagtuklas at pagkakaroon ng mga miRNA sa parehong mga halaman at hayop. Mahigit 25000 mga miRNA ay natuklasan sa ngayon at para sa marami, ang eksaktong papel na ginagampanan nila sa biology ng organismo ay nananatiling mailap. 

mga miRNA isagawa ang kanilang mga epekto sa pamamagitan ng post-transcriptionally na pagsupil sa mga mRNA sa pamamagitan ng pagbubuklod sa mga pantulong na site sa 3' UTR ng mRNA na kinokontrol nila. Ang isang malakas na complementarity ay nagtatalaga sa mRNA para sa degradasyon habang ang isang mahinang complementarity ay hindi nagdudulot ng anumang mga pagbabago sa mga antas ng mRNA ngunit nagiging sanhi ng pagsugpo sa pagsasalin. Bagaman ang pangunahing papel ng miRNA ay sa transcriptional repression, kumikilos din sila bilang mga activator sa mga bihirang kaso ⁽⁸⁾. Ang mga miRNA ay gumaganap ng isang kailangang-kailangan na papel sa pag-unlad ng organismo sa pamamagitan ng pag-regulate ng mga gene at mga produkto ng gene mula mismo sa estado ng embryonic hanggang sa pagbuo ng mga organ at organ system ^(9-11). Bilang karagdagan sa kanilang papel sa pagpapanatili ng cellular homeostasis, ang mga miRNA ay nasangkot din sa iba't ibang sakit tulad ng cancer (mga miRNA kumikilos bilang parehong mga activator at repressor ng mga gene), neurodegenerative disorder at cardiovascular disease. Ang pag-unawa at pagpapaliwanag ng kanilang papel sa iba't ibang mga sakit ay maaaring humantong sa bagong pagtuklas ng biomarker na may kasabay na mga bagong therapeutic approach para sa pag-iwas sa sakit. mga miRNA ay gumaganap din ng isang kritikal na papel sa pagbuo at pathogenesis ng mga impeksyon na dulot ng mga micro-organism tulad ng bakterya at mga virus sa pamamagitan ng pag-regulate ng mga gene ng immune system upang magkaroon ng epektibong tugon sa sakit. Sa kaso ng mga impeksyon sa viral, ang mga Type I interferon (IFN alpha at IFN beta) ay inilabas bilang mga anti-viral cytokine na siya namang nagmo-modulate sa immune system upang mag-mount ng isang panlaban na tugon ⁽¹²). Ang produksyon ng mga interferon ay mahigpit na kinokontrol pareho sa antas ng transkripsyon at pagsasalin at gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagtukoy ng anti-viral na tugon ng host. Gayunpaman, ang mga virus ay may sapat na evolve upang linlangin ang mga host cell upang sugpuin ang immune response na ito, na nagbibigay ng kalamangan sa virus para sa pagtitiklop nito at sa gayon ay nagpapalala sa mga sintomas ng sakit. ^{(12, 13)}. Ang mahigpit na kontrol ng interplay sa pagitan ng produksyon ng IFN ng host sa impeksyon sa viral at ang pagsugpo nito sa pamamagitan ng infecting virus ay tumutukoy sa lawak at tagal ng sakit na dulot ng nasabing virus na pinag-uusapan. Bagama't ang transkripsyon na kontrol ng produksyon ng IFN at mga kaugnay na IFN stimulated genes (ISGs) ay mahusay na naitatag ⁽¹⁴⁾, nanatiling mailap ang mekanismo ng kontrol sa pagsasalin ⁽¹⁵⁾. 

Ang kamakailang pag-aaral ng mga mananaliksik sa McGill University, Canada at ang Unibersidad ng Queens, Nagbibigay ang Belfast ng mekanikal na pag-unawa sa pagsasalin ng kontrol ng IFN produksyon na nagha-highlight sa papel ng 4EHP na protina sa pagsugpo sa produksyon ng IFN-beta at paglahok ng miRNA, miR-34a. Binabawasan ng 4EHP ang produksyon ng IFN sa pamamagitan ng pagmodulate ng miR-34a-induced translational silencing ng Ifnb1 mRNA. Ang impeksyon sa mga RNA virus at IFN beta induction ay nagpapataas ng mga antas ng miR-34a miRNA, na nagti-trigger ng negatibong feedback regulatory loop na pinipigilan ang IFN beta expression sa pamamagitan ng 4EHP ⁽¹⁶⁾. Ang pag-aaral na ito ay may malaking kahalagahan sa kalagayan ng kasalukuyang pandemyang dulot Covid-19 (isang impeksiyon na dulot ng isang RNA virus) dahil makakatulong ito sa higit pang pag-unawa sa sakit at hahantong sa mga bagong paraan upang harapin ang impeksyon sa pamamagitan ng pagmodulate ng mga antas ng miR-34a miRNA gamit ang mga activator/inhibitor ng designer at pagsubok sa mga ito sa mga klinikal na pagsubok para sa ang mga epekto nito sa tugon ng IFN. May mga ulat ng mga klinikal na pagsubok na gumagamit ng IFN beta therapy ⁽¹⁷⁾ at ang pag-aaral na ito ay makakatulong na malutas ang mga mekanismo ng molekular sa pamamagitan ng pag-highlight sa papel ng miRNA sa intrinsically na kinokontrol ang host translational machinery para sa pagpapanatili ng isang homeostatic na kapaligiran. 

Mga pagsisiyasat at pananaliksik sa hinaharap tungkol dito at iba pang kilala at umuusbong mga miRNA kasabay ng pagsasama ng mga natuklasang ito sa genomic, transcriptomic, at/o proteomic na data, ay hindi lamang magpapahusay sa ating mekanikal na pag-unawa sa mga pakikipag-ugnayan at sakit ng cellular, ngunit hahantong din sa nobela miRNA nakabatay sa mga therapies sa pamamagitan ng pagsasamantala sa miRNA bilang actimirs (paggamit ng mga miRNA bilang mga activator para sa pagpapalit ng mga miRNA na na-mutate o tinanggal) at mga antagomir (gumagamit ng mga miRNA bilang mga antagonist kung saan mayroong abnormal na pag-aayos ng nasabing mRNA) para sa laganap at umuusbong na mga sakit ng tao at hayop.  

*** 

Mga sanggunian  

1. Clairea T, Lamarthée B, Anglicheau D. MicroRNAs: maliliit na molekula, malalaking epekto, Kasalukuyang Opinyon sa Organ Transplantation: Pebrero 2021 – Volume 26 – Isyu 1 – p 10-16. DOI: https://doi.org/10.1097/MOT.0000000000000835  

2. Ambros V. Ang mga function ng microRNAs ng hayop. Kalikasan. 2004, 431 (7006): 350–5. DOI: https://doi.org/10.1038/nature02871  

3. Bartel DP. Mga MicroRNA: genomics, biogenesis, mekanismo, at pag-andar. Cell. 2004, 116 (2): 281–97. DOI: https://10.1016/S0092-8674(04)00045-5  

4. Jansson MD at Lund AH MicroRNA at Cancer. Molecular Oncology. 2012, 6 (6): 590-610. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molonc.2012.09.006  

5. Bhaskaran M, Mohan M. MicroRNAs: kasaysayan, biogenesis, at ang kanilang nagbabagong papel sa pag-unlad at sakit ng hayop. Vet Pathol. 2014;51(4):759-774. DOI: https://doi.org/10.1177/0300985813502820 

6. Rosalind C. Lee, Rhonda L. Feinbaum, Victor Ambros. Ang C. elegans heterochronic gene na lin-4 ay nag-encode ng maliliit na RNA na may antisense complementarity sa lin-14, Cell, Volume 75, Issue 5,1993, Pages 843-854, ISSN 0092-8674. DOI: https://doi.org/10.1016/0092-8674(93)90529-Y 

7. Pasquinelli A., Reinhart B., Slack F. et al. Conservation ng sequence at temporal expression ng hayaan-7 heterochronic na regulasyong RNA. Kalikasan 408, 86–89 (2000). DOI: https://doi.org/10.1038/35040556 

8. Vasudevan S, Tong Y at Steitz JA. Paglipat mula sa Repression patungong Activation: Ang mga MicroRNA ay Maaaring Mag-Up-Regulate sa Pagsasalin. agham  21 Dis 2007: Vol. 318, Isyu 5858, pp.1931-1934. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1149460 

9. Bernstein E, Kim SY, Carmell MA, et al. Ang dicer ay mahalaga para sa pagbuo ng mouse. Nat Genet. 2003; 35:215–217. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1253 

10. Kloosterman WP, Plasterk RH. Ang magkakaibang mga pag-andar ng mga micro-RNA sa pag-unlad at sakit ng hayop. Dev Cell. 2006; 11:441–450. DOI: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2006.09.009 

11. Wienholds E, Koudijs MJ, van Eeden FJM, et al. Ang microRNA-producing enzyme na Dicer1 ay mahalaga para sa pag-unlad ng zebrafish. Nat Genet. 2003; 35:217–218. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1251 

12. Haller O, Kochs G at Weber F. Ang interferon response circuit: Induction at pagsugpo ng mga pathogenic na virus. Virology. Volume 344, Isyu 1, 2006, Mga Pahina 119-130, ISSN 0042-6822, DOI: https://doi.org/10.1016/j.virol.2005.09.024 

13. McNab F, Mayer-Barber K, Sher A, Wack A, O'Garra A. Type I interferon sa nakakahawang sakit. Nat Rev Immunol. 2015 Peb;15(2):87-103. DOI: https://doi.org/10.1038/nri3787 

14. Apostolou, E., at Thanos, D. (2008). Ang impeksyon sa virus ay nag-uudyok sa NF-kappa-B na umaasa sa mga interchromosomal na asosasyon na namamagitan sa monoallelic IFN-b gene expression. Cell 134, 85–96. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.05.052   

15. Savan, R. (2014). Post-transcriptional regulation ng mga interferon at ang kanilang mga signaling pathway. J. Interferon Cytokine Res. 34, 318–329. DOI: https://doi.org/10.1089/jir.2013.0117  

16. Zhang X, Chapat C et al. microRNA-mediated translational control ng antiviral immunity ng cap-binding protein 4EHP. Molecular Cell 81, 1–14 2021. Na-publish:Pebrero 12, 2021. DOI:https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.01.030

17. SCIEU 2021. Interferon-β para sa Paggamot ng COVID-19: Mas Epektibo ang Pang-ilalim ng balat na Pangangasiwa. Siyentipikong European. Na-post noong 12 February 2021. Available online sa http://scientificeuropean.co.uk/interferon-β-for-treatment-of-covid-19-subcutaneous-administration-more-effective/ Na-access noong 14 Pebrero 2021.  

***