Статтю опубліковано на с. 36-38
Серед генетичних варіацій, спричинених зміною первинної структури молекул ДНК, важливого значення набувають епігенетичні чинники регуляції генної експресії, зокрема метилювання ДНК і модифікація (ацетилювання) гістонів.
Останніми роками основна увага дослідників зосереджена на РНК-інтерференції — регулюванні експресії генів та транскрипційному і посттранскрипційному рівнях за участю мікроРНК (miРНК).
МікроРНК — чисельний клас малих регуляторних, некодуючих РНК, що контролюють експресію близько 60 % генів у ссавців і людини та беруть учать у регуляції багатьох біологічних процесів: синтез білків, диференціювання тканин, онтогенез тварин, циркадіанні ритми на посттранскципційному рівні [3, 12, 16, 19]. Вони відіграють важливу функціональну роль у розвитку різних патологічних процесів, зокрема цукрового діабету (ЦД). miРНК — ключові регулятори посттранскрипційної експресії генів певних етапів онтогенезу [4, 14, 15].
І хоча функції miРНК досить різноманітні [10], основна їх роль полягає у забезпеченні процесів РНК-інтерференції. Тим самим за посередництва м-РНК беруть участь у регуляції механізму трансляції різних білків.
Більшість miРНК розташована в інтронах, третина — у міжгенних ділянках. Загальна чисельність їх перевищує 2500. Середній розмір зрілих молекул miРНК становить близько 22 нуклеотидів. Свою дію miРНК виявляють шляхом зв’язування з 3′-нетрансльованою ділянкою (3′-UTRs) специфічних м-РНК, що спричинює деградацію чи репресію трансляції останніх. В окремих випадках miРНК можуть взаємодіяти з 5′-UTRs промоторною ділянкою чи кодуючою послідовністю гена-мішені [5, 7].
Дозрівання miРНК відбувається за принципом утворення м-РНК. На першому етапі попередники miРНК транскрибуються за допомогою РНК-полімерази ІІ з утворенням pri-miРНК (primary — первинні) довжиною 60–70 нуклеотидів [22]. Після їх взаємодії з ендонуклеазою Drosha i РНКазою ІІІ активністю та DYCR8 (Di George Critical Region 8) перетворюються в pre-miРНК (premature — незріла). Це дволанцюговий (длPНК) дуплекс. Експорт pre-miРНК з ядра до цитоплазми здійснюється експортином 5 та його кофактором RAN-GTP (RAsrelated Nuclear protein-Guanosine-5′-Triphosphate). Дволанцюгова miРНК з’єднується зі специфічним білком Ago2 (група білків Agronaute). Утворюється комплекс: лідируючий ланцюг i RISC (RNA-induced silencing complex). Зазнаючи явищ транскрибування, кепування, аденилування і сплайсингу, pre-miРНК втрачають один із ланцюгів і досягають функціональної зрілості [4, 20].
Різноманітні miРНК виконують посередницькі функції між транскрипційним і посттранскрипційним процесами в різних органах і системах.
На рівні геному людини виявлено множинні локуси, в яких загальні генетичні варіанти здатні впливати на ризик розвитку цукрового діабету 2-го типу. Описано близько 20 таких генетичних варіантів [1]. MiРНК відіграють важливу роль в етіології і патогенезі ЦД 2-го типу та його ускладнень [9].
У цьому огляді наведено аналіз публікацій щодо участі miРНК у розвитку ЦД 2-го типу.
У хворих на ЦД 2-го типу, носіїв гена HNF1A-MODY [13], виявлено, що мутація цього гена асоційована з надмірною експресією miРНК-103 і miРНК-224. Взаємодія того чи іншого miРНК безпосередньо з ДНК гена у процесі РНК-залежного метилювання ДНК спрямована на ключовий механізм репресії генів — запобігання ймовірності активності транспозонів [2].
Секретована тромбоцитами miРНК-223 здатна до стимуляції апоптозу ендотеліальних клітин, що може мати згубну дію щодо розвитку ендотеліальної дисфункції [21], яка є одним із поширених ускладнень ЦД 2-го типу.
Доведено [18], що 77 % експресованих miРНК-33/34 асоційовані з множинним склерозом і низкою автоімунних захворювань, серед яких чільне місце посідає ЦД.
У роботі G. Xu et al. [24] розглядається роль miРНК-204 у біології інсуліносекреторних β-клітин підшлункової залози людини та мишей. Авторами обґрунтовано внесок нової системи тіоредоксинвзаємодіючого білка TXNIP — (miРНК-204)-MAГА-Ins у прогресування ЦД 2-го типу. У цій системі miРНК-204 здатна блокувати продукцію інсуліну.
Розглядається причетність залучення до процесу розвитку ЦД гормона шишкоподібної залози мелатоніну. Одиничний нуклеотидний поліморфізм rs 10830963 на хромосомі 11 гена MTNR1B кодує рецептор мелатоніну МТ1В. Наявність генотипу rs 10830963 асоціюється зі зростанням експресії рецептора мелатоніну МТ1В у панкреатичних острівцях і підвищенням ризику розвитку ЦД 2-го типу [1].
MiРНК-375 причетний до проліферації β-клітин, причому в 100 разів перевищує рівень експресії в α-клітинах. Доведено, що miРНК-375 пригнічує секрецію інсуліну [8, 17].
Повідомляється, що miРНК-200 спричиняє апоптоз панкреатичних β-клітин і розвиток ЦД [11].
Узагальнено відомості щодо участі різних miРНК у тканиноспецифічності підшлункової залози [11, 23]. Більшість із них (усього 12) причетна до продукції та секреції інсуліну, це miРНК-9, -19, -30, -33, -96, -145, -148, -152, -182, -199, -204 і -342. Менша кількість контролює явища тканинної диференціації та проліферації, це miРНК-16, -184 і -195 та Let-7; тільки дві, miРНК-21 та miРНК-200, забезпечують активацію генів апоптозу.
Разом із тим є чимало miРНК, причетних до участі у двох суміжних явищах. Так, miРНК-29 контролює як апоптоз, так і продукцію інсуліну; miРНК-7, -15, -24, -26, -124 і -375 контролюють синтез інсуліну, явища диференціювання і проліферації клітин; а miРНК-34 і -338 забезпечують процес диференціації і проліферації та контролюють апоптоз.
Варто зазначити, що найбільше число miРНК (усього 18) гальмують продукцію і секрецію інсуліну. Очевидно, таке явище виникло на ранніх етапах філогенетичного розвитку і було спрямоване на запобігання надмірному виділенню інсуліну, а звідси і недопущення загрозливої для життя гіпоглікемії.
Наведена інформація — свідчення виняткового значення місця і ролі miРНК у молекулярних процесах. Ми перебуваємо тільки на початковому етапі тривалого шляху з’ясування участі мікроРНК у клітинній біології розвитку ЦД, а ХХІ століття — час молекулярно-генетичного аналізу в діагностиці ЦД із подальшим персоніфікованим, індивідуальним підходом до лікування, як зазначив В.І. Паньків (2013) [6].
Список литературы
1. Аметов А.С. Вклад современных исследований в понимание природы сахарного диабета 2-го типа и перспективы лечения / А.С. Аметов // Терапевтический архив. — 2014. — № 1. — С. 4-9.
2. Галицкий В.А. Гипотеза о механизме инициации малыми РНК метилирования ДНК de novo и аллельного исключения / В.А. Галицкий // Цитология. — 2008. — Т. 50, № 4. — С. 277-286.
3. Губин Д.Г. Роль микроРНК в регуляции циркадианных ритмов у млекопитающих / Д.Г. Губин // Adv. in current natural sciences. — 2012. — № 1. — С. 32-37.
4. Макарова Ю.А. Некодирующие РНК / Ю.А. Макарова, Д.А. Крамеров // Биохимия. — 2007. — Т. 72, № 11. — С. 1427-1448.
5. Молекулярные функции малых регуляторных некодирующих РНК / Й. Хуанг, Д.Л. Цанг, Л.Ю. Ксюе [и др.] // Биохимия. — 2013. — Т. 78, вып. 3. — С. 303-313.
6. Паньків В.І. Від редактора / В.І. Паньків // Международный эндокринологический журнал. — 2013. — № 6(54). — С. 9-11.
7. РНК-интерференция: система тестирования эффективности мишеней / А.Я. Шевелев, Н.М. Каширина, П.Н. Руткевич [и др.] // Кардиологический вестник. — 2010. — Т. 5, № 2. — С. 22-30.
8. A pancreatic islet-specific microRNA regulates insulin secretion / M.N. Poy, L. Eliasson, J. Krutzfeldt [et al.] // Nature. — 2004. — Vol. 432(7014). — P. 226-230.
9. Application of microRNAs in diabetes mellitus / H. Chen, H.Y. Lan, D.H. Roukos, W.C. Cho // J. Endocrinol. — 2014. — Vol. 222, № 1. — P. 1-10.
10. Bushati N. MicroRNA functions / N. Bushati, S.M. Cohen // Annu. Rev. Cell Dev. Biol. — 2007. — Vol. 23. — P. 175-205.
11. Filios S.R. β-Cell MicroRNAs: Small but Powerful / S.R. Filios, A. Shalev // Diabetes. — 2015. — Vol. 64(11). — P. 3631-3644.
12. Hansen K.F. MicroRNAs: a potential interface between the circadian clock and human health / K.F. Hansen, K. Sakamoto, K. Obrietan // Genome Med. — 2011. — Vol. 3(2). — P. 10.
13. Identification of circulating microRNAs in HNF1A-MODY carriers / C. Bonner, K.C. Nyhan, S. Bacon [et al.] // Diabetologia. — 2013. — Vol. 56, № 8. — P. 1743-1751.
14. Kojima S. Post-transcriptional control of circadian rhythms / S. Kojima, D.L. Shingle, C. Green // J. Cell Sci. — 2011. — Vol. 124(3). — P. 311-320.
15. MicroRNA expression in zebrafish embryonic development / E. Wienholds, W.P. Kloosterman, E. Miska [et al.] // Science. — 2005. — Vol. 309. — P. 310-311.
16. MicroRNA modulation of circadian-clock period and entrainment / H.Y. Cheng, J.W. Papp, O. Varlamova [et al.] // Neuron. — 2007. — Vol. 54(5). — P. 813-829.
17. MIR-375 maintains normal pancreatic alpha- and beta-cell mass / M.N. Poy, J. Hausser, M. Trajkovski [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2009. — Vol. 106(14). — P. 5813-5818.
18. Next-generation sequencing identifies microRNAs that associate with pathogenic autoimmune neuroinflammation in rats / P. Bergman, T. James, L. Kular [et al.] // J. Immunol. — 2013. — Vol. 190(8). — P. 4066-4075.
19. O’Neill J.S. Circadian clocks: timely interference by MicroRNAs / J.S. O’Neill, M.N. Hastings // Curr. Biol. — 2007. — Vol. 17. — P. 760-762.
20. Passenger-strand cleavage facilitates assembly of siRNA into Ago2-containing RNAi enzyme complexes / C. Matranga, Y. Tomari, C. Shin [et al.] // Cell. — 2005. — Vol. 123(4). — P. 607-620.
21. Platelet-secreted microRNA-223 promotes endothelial cell apoptosis induced by advanced glycation end products via targeting the insulin-like growth factor 1 receptor / Pan Y., Liang H., Liu H. // J. Immunol. — 2014. — Vol. 192(1). — P. 437-446.
22. Rana T.M. Illuminating the silence: understanding the structure and function of small RNAs / T.M. Rana // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. — 2007. — Vol. 8(1). — P. 23-36.
23. Slicer function of Drosophila Argonautes and its involvement in RISC formation / K. Miyoshi, H. Tsukumo, T. Nagami [et al.] // Genes. Dev. — 2005. — Vol. 19(23). — P. 2837-2848.
24. Thioredoxin-interacting protein regulates insulin transcription through microRNA-204 / G. Xu, J. Chen, G. Jing, A. Shalev // Nat. Med. — 2013. — Vol. 19(9). — P. 1141-1146.
1. Ametov A.S. Vklad sovremennyih issledovaniy v ponimanie prirodyi saharnogo diabeta 2-go tipa i perspektivyi lecheniya / A.S. Ametov // Terapevticheskiy arhiv. – 2014. – # 1. – S. 4-9.
2. Galitskiy V.A. Gipoteza o mehanizme initsiatsii malyimi RNK metilirovaniya DNK de novo i allelnogo isklyucheniya / V.A.Galitskiy // Tsitologiya. – 2008. – T.50, #4. – S. 277-286.
3. Gubin D.G. Rol mikroRNK v regulyatsii tsirkadiannyih ritmov u mlekopitayuschih / D.G. Gubin // Adv. in current natural sciences. – 2012. – N1. – S. 32-37.
4. Makarova Yu.A. Nekodiruyuschie RNK /Yu.A.Makarova, D.A. Kramerov // Biohimiya. – 2007. – T. 72, #11. – S. 1427-1448.
5. Molekulyarnyie funktsii malyih regulyatornyih nekodiruyuschih RNK / Y.Huang, D.L. Tsang, L.Yu. Ksyue [i dr.] // Biohimiya. - 2013. – T.78, vyip. 3. - S. 303-313.
6. PankIv V.I. VId redaktora / V.I.PankIv // Mezhdunarodnyiy endokrinologicheskiy zhurnal. – 2013. - #6(54). – S. 9-11.
7. RNK-interferentsiya: sistema testirovaniya effektivnosti misheney / A.Ya.Shevelev, N.M.Kashirina, P.N. Rutkevich [i dr.] // Kardiologicheskiy vestnik. - 2010. –T.5, #2. - S. 22-30.
8. A pancreatic islet-specific microRNA regulates insulin secretion / MN. Poy, L. Eliasson, J. Krutzfeld. Nature. 2004; 432 (7014):226-230.
9. Application of microRNAs in diabetes mellitus / H. Chen, HY. Lan, DH. Roukos, W.C.Cho. J. Endocrinol. 2014; 222: 1-10.
10. Bushati N. MicroRNA functions / N. Bushati, SM.Cohen. Annu. Rev. Cell. Dev. Biol. 2007; 23: 175-205.
11. Filios SR. β-Cell MicroRNAs: Small but Powerful. Diabetes. 2015; 64(11): 3631-3644.
12. Hansen KF, Sakamoto K, Obrietan K. MicroRNAs: a potential interface between the circadian clock and human health. Genome Med. 2011; 3(2):10.
13. Identification of circulating microRNAs in HNF1A-MODY carriers / C. Bonner, KC. Nyhan, S. Bacon. Diabetologia. 2013;56 (8): 1743-1751.
14. Kojima S, Shingle DL, Green C. Post-transcriptional control of circadian rhythms. J. Cell. Sci. 2011; 124(3): 311-320.
15. Wienholds E, Kloosterman WP, Miska E. MicroRNA expression in zebrafish embryonic development. Science. 2005; 309: 310-311.
16. Cheng HY, Papp JW, Varlamova O. MicroRNA modulation of circadian-clock period and entrainment. Neuron. 2007;54(5):813-829.
17. Poy MN, Hausser J, Trajkovski M. MIR-375 maintains normal pancreatic alpha- and beta-cell mass. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009; 106(14): 5813-5818.
18. Bergman P, James T, Kular L. Next-generation sequencing identifies microRNAs that associate with pathogenic autoimmune neuroinflammation in rats. J. Immunol. 2013;190 (8): 4066-4075.
19. O′Neill JS. Circadian clocks: timely interference by MicroRNAs. Curr.Biol. 2007;17: 760-762.
20. Matranga C, Tomari Y, Shin C. Passenger-strand cleavage facilitates assembly of siRNA into Ago2-containing RNAi enzyme complexes. Cell. 2005;123 (4): 607-620.
21. Pan Y, Liang H, Liu H. Platelet-secreted microRNA-223 promotes endothelial cell apoptosis induced by advanced glycation end products via targeting the insulin-like growth factor 1 receptor. J Immunol. 2014;192(1):437-446.
22. Rana TM. Illuminating the silence: understanding the structure and function of small RNAs. Nat Rev Mol Cell Biol. 2007; 8 (1): 23-36.
23. Miyoshi K, Tsukumo H, Nagami T. Slicer function of Drosophila Argonautes and its involvement in RISC formation. Genes. Dev. 2005; 19(23): 2837-2848.
24. Xu G, Chen J, Jing G, Shalev A. Thioredoxin-interacting protein regulates insulin transcription through microRNA-204. Nat. Med. 2013;19 (9):1141-1146.
