MicroRNA چیست؟

RNA های غیر کدکننده ی درون ژنی وتک رشته ای به طول 21-23 نوکلئوتید می باشند که مکمل mRNA یک ژن کدکننده ی پروتئینی بوده و می توانند از بیان یک ژن و تولید پروتئین مربوط به آن جلوگیری نمایند، هر چند در مواردی مشاهده شده است میکرو RNA می تواند اثر تنظیمی مثبت بر فرایند ترجمه پروتئین داشته باشد میکروRNAها غالبا از طریق اتصال به ناحیه UTR3 mRNA عملکرد خود را انجام می دهند. بیوژنز میکرو RNAها در هسته و سیتوپلاسم صورت می گیرد. بررسی های بیولوژیکی نشان داده است که حدود 30 درصد از تمامی ژن ها و اکثریت مسیر های ژنتیکی به وسیله  میکروRNAها تنظیم می شوند.

microRNAها می توانند به عنوان انکوژن و یا مهار کننده ی تومور از طریق مهار بیان ژن های هدف وابسته به سرطان عمل کنند، که به آن‌ها Oncomir می گویند. بیش از 50 درصد از ژن های میکروRNA ها در نواحی ژنومی مرتبط با سرطان یا نواحی شکننده، حذف یا مضاعف شده در سرطان حضور دارند که بیان کننده ی نقش آنها در ترانسفورماسیون های بدخیم است. میکرو RNAها در تنظیم فرآیندهای مختلف سلولی از جمله تکوین، انکوژنز، سیگنال سلولی، تقسیم، رشد سلولی دخالت دارند. علاوه بر این موارد، میکرو RNAها نقش موثری در چرخه سلولی، آپوپتوز، تمایز، سرطان و تومور زایی ایفا می کنند .

برخی میکرو RNAها فنوتیپ انکوژنی را از طریق کاهش بیان ژن های سرکوب کننده RNA توموری و یا ژن های تنظیم کننده تمایز سلولی و مرگ برنامه ریزی شده ایجاد می کنند و برخی دیگر با هدف قرار دادن mRNA های پروتوانکوژنیک و خاموش کردن آن ها منجر به کاهش روند سرطانی شدن می شوند.

 

MicroRNA و سرطان

اهمیت microRNA در سرطان اولین بار در لوسمی CLL نشان داده شد. مطالعات سیتوژنتیکی نشان داد که ناحیه کروموزومی13q14  در 50 nvwn بیماران مبتلا به CLL دچار حذف می شود. مطالعات بعدی مشخص کرد که این ناحیه حاوی ژن کدکننده پروتئین مهارکننده تومور نیست بلکه حاوی دو ژن کدکننده، miR-16-1  و miR-15a است که به صورت پلی سیسترونیک رونویسی می شوند .در سال 2004 از آنالیز microchip برای مشخص کردن ژن های microRNA در انسان و موش استفاده شد. Microchip استفاده شده حاوی  microRNA 245 مختلف بود و این نتایج با تکنیک های PCR-RT و Northern blot هم تایید شدند. این ابزارها می توانند برای آنالیز بیان microRNA در بافت های سالم و بیمار و هم چنین تغییر در الگوی بیان microRNA مورد استفاده قرار گیرند.

در سلول های سرطانی دیده شده که عملکردهایmicroRNA  ها با توجه به این که هدفشان در سلول می تواند یک بازدارنده تومور باشد،دچار افزایش بیان شده، در نتیجه بازدارنده های تومور در این سلول ها کاهش پیدا می کنند که می تواند یکی از دلایل توموری شدن این سلول ها باشد، این microRNA ها را oncomir می نامند.به عنوان مثال  miR-21در اکثر سرطان ها دچار افزایش بیان می شود که بازدارنده های توموری از جملهPDCD4 ،PTEN  و TPM1در بین اهداف miR-21 هستند. در مقابلmicroRNA  هایی وجود دارد، که هدفشان پروتوانکوژن ها است و در سلول های سرطانی دچار کاهش یا حذف می شوند، به این ترتیب پروتوانکوژن ها در سلول ها بالا می روند. به عنوان مثال let-7 در اکثر سلول های سرطانی دچار کاهش بیان می شوند، که پروتوانکوژن RAS یکی از اهداف مهم این microRNA است.

در برخی سرطان ها مطالعات نشان داده اند که آن دسته microRNA ها که هدفشان DNA متیل ترانسفراز هست دچار کاهش بیان می شود که منجر به کاهش بازدارنده تومور می شوند، همین طور microRNA هایی که هدفشان خاموش کننده کروماتین است هم دچار کاهش بیان شده و باعث پایین آمدن بازدارنده تومور می شوند. دانشمندان این دسته microRNA ها که در سلول های سرطانی دچار کاهش بیان می شوند tsmiR می نامند. جدول شماره 1 مثال هایی از microRNA هایی که در سلول های سرطانی مختلف دچار اختلال شده اند را نشان می دهد.

 microRNAها به عنوان انکوژن (سمت چپ شکل) یا بازدارنده تومور(سمت راست شکل)

بیـان بالای یک microRNA مـثلاً به دلـیل مضـاعف شـدن ژن بـیان ژن هـدف آن را کاهش می دهد که این ژن هدف در سلول سرطانی ژن بازدارنـده تومور است.(سمت چپ شکل) و بیان پایین یک microRNA مثـلاً به دلـیل حـذف شـدن ژن، بیـان ژن هدف آن را افزایـش می دهد که این ژن هـدف در سـلول سـرطـانی یـک انـکـوژن اسـت.(سمت راست شـکل)

جدول شماره 1 .مختل شدن بیان microRNA در سرطان

نوع اختلال microRNA در سرطان	مثال	نوع ژن هدف	مثال پیامد افزایش یا کاهش microRNA
افزایش بیان	miR-21 miR-10b miR-373	بازدارنده توموری	کاهشPTEN،PDCD4: کاهش آپوپتوز و افزایش رشد سلولی کاهش:HOXD10 افزایش تهاجم و مهاجرت سلولی. کاهش:CD44 کاهش اتصال سلول به بستر
کاهش بیان	Let-7 miR-206 miR-450a	DNAمتیل ترانسفراز انکوژن	افزایش:RAS افزایش تکثیر سلولی افزایش :ER-alpha افزایش تکثیر سلولی. افزایش:DNMT خاموش شدن اپی ژنتیکی ژن های بازدارنده تومور

نقش miRNA در سرطان

به دنبال کشف miRNA ها در پستانداران و مطالعاتی که در مورد نقش این مولکول ها در سرطان انجام گرفت دو واقعیت مهم به اثبات رسید، اول اینکه miRNA ها در سرطان بیان متفاوتی دارند و دوم تغییر بیان miRNAها در هر نوع تومور علائم منحصر به فردی را ایجاد می کند. با توجه به نوع تغییر بیان miRNAها در سلول های سرطانی آن ها رابه دو گروه انکوژنیک وتومور ساپرسور طبقه بندی کرده اند. بیان miRNAهای انکوژن در سلول های توموری افزایش می یابد، این گروه با هدف قرار دادن mRNAهای کدکننده پروتئین های تومورساپرسور می توانند عملکرد انکوژنیک داشته باشند، مانند miR17-92 miR125b,miR155)و....) درمقابل miRNA های تومور ساپرسور در سلول های توموری کاهش بیان نشان می دهند، در حالت عادی این miRNAها با هدف قراردادن mRNA های کدکننده پروتئین های انکوژنیک آنها را مهار می کنند، و زمانی که عملکرد خود را از دست می دهند، در شروع و یا ایجاد بدخیمی در سلول های نرمال نقش دارند، مانند miR133a,miR145,miR143) و.....) علت تنظیم نادرست miRNAها در بافت های توموری می تواند در نتیجه جهش، تغییرات اپی ژنتیک، حذف ژنومی و یا تغییر در پردازش miRNA باشد. مطالعاتی که بر روی سلول های سرطانی و حیوانات آزمایشگاهی انجام گرفته نشان می دهد که بیان نادرست miRNA به صورت اولیه و یا با سرکوب یک miRNA می تواند به صورت موثر در تومورزایی و یا پیشرفت تومور نقش داشته باشد.

با فرض این که ژن سرطان می توانند درهمه بافت ها بیان شود، فعالیت تومور ساپرسوری و یا انکوژنی برای بسیاری از miRNAها به یک نوع تومور محدود نمی شود, نتایج مطالعات در سال های اخیر دیدگاه محققان را در مورد سرطان تغییر داده است، سلول های توموری درنتیجه جهش چندین ژن ایجاد می شوند، در واقع سرطان از لحاظ ژنتیکی بسیار پیچیده است، که می توان از miRNA ها به عنوان یک بیومارکر مهم در تشخیص و درمان سرطان استفاده کرد. درمان براساس miRNAها باید با  بازگرداندن سطح بیان این مولکول ها به حالت طبیعی خود صورت گیرد. از مزایای استفاده از miRNA  ها به عنوان اهداف درمانی در سرطان این است که یک miRNA می تواند چندین mRNA راهدف قرار دهد و از طرفی یک mRNA، هدف چند miRNA قرار می گیرد.

 دو روش برای تنظیم بیان miRNAها در سرطان وجود دارد، روش اول مهار بیان miRNAهای انکوژن با استفاده ازSyntetic miRNAs-anti  یا miRNA antagonists و یا  Loked acide nucleic(LANs) برای مثال استفاده از الیگونوکلئوتیدهای آنتی سنس (sense Anti) که توالی آن ها مکمل miRNA انکوژن بالغ درون بدن است, روش دوم در مورد miRNAهای تومور ساپرسور انجام می گیرد که در سرطان های مختلف کاهش بیان پیدا می کنند، در این مورد درمان با بازگرداندن بیان این miRNAها به حالت نرمال انجام می گیرد، برای این منظور از روش miRNA therapy replacement استفاده می شود.

 

microRNAها و آپوپتوز

از جمله ویژگی های سلولهای سرطانی عـدم رخـداد آپوپتـوز است و miRNAها در تنظیم مسیرهای آپوپتوز نقش ایفـاء می کنند. با استفاده از تحلیل های رایانه ای- بیوانفورمـاتیکی در سال 2010 توسط miRanda و miRBase مشخص شـد کـه اکثریت بالایی از miRNAهای شناسایی شـده در مهـره داران 70) درصد)، حداقل دارای یک ژن هدف مرتبط با مـرگ و یـا بقاء سلولی هستند. این امر پیشنهاد می کند کـه اکثریـت miRNAهای مهره داران می توانند در تنظیم آپوپتوز در شماری از انواع سلول ها کارکرد داشته باشند. اولین miRNA هـای مرتبط بـا آپوپتـوز 14 miR-وbantam  هـستند کـه در مگـس سرکه شناسایی شده اند. miRNAها را بر اساس نقـشی که در روند ایجاد سرطان دارند، به دو دسته تقسیم مـی کننـد: انکومیر (OncomiR) و Suppressor mir(miRNAهایی در ایجاد و پیشرفت تومور نقـش دارنـد را انکـومیر مـی نامنـد).

هرگونه تغییر در مسیر تولیـد miRNAهـا مـی توانـد موجب ایجاد تغییر در میزان و انواع miRNAهای یک سـلول شده و در نتیجه سلول را بـه سـمت تومـورزایی هـدایت کند.آنــزیم Dicerدر ایجــاد  miRNA بــالغ نقــش دارد و کاهش یا عدم بیان ژن Dicer ،موجب کـاهش در میـزان تولید miRNAها می شود. ژنهای درگیر در فرآیند آپوپتـوز بـه دو دسـته تقـسیم می شوند: ژن هـایی کـه در ایجـاد آپوپتـوز نقـش دارنـد (pro apoptotic) و ژن هایی که مانع ایجاد آپوپتوز مـی شـوند (anti apoptotic) هر دو نوع ژن هـای دخیـل در آپوپتـوز پتانـسیل تنظیم توسط miRNAها را دارند. هر miRNA  بـه تنهـایی می تواند دو نقـشpro-apoptotic  و anti-apoptotic را داشـته باشد که این نقش بر اساس نوع سلول و نوع ژن درگیر تعیـین می شود.

 

نقش  MicroRNAدر آپوپتوز و ارتباط آن با سرطان

آپوپتوز، مرگ برنامه ریزی شده سلول است که در پاسخ به عامل های تنش زای گوناگون در بدن رخ می دهد. این فرآیند، پدیده فعال و وابسته به انرژی است که ساز و کارها و عامل های ژنتیکی با برنامه های ویژه در کنترل و اجرای آن نقش دارند. سلول های محکوم به آپوپتوز دارای شاخص های ویژه ای هستند. آپوپتوز در مراحل متفاوت از تکامل زیستی موجود زنده نقش دارد و چنانچه از تنظیم خارج شود، بیماری های گوناگونی از جمله سرطان را موجب می شود. در مسیر آپوپتوز، مولکول های فراوانی مانند miRNAها (microRNA) درگیر هستند. miRNAها به عنوان مولکول های تنظیمی در بسیاری از فرآیندهای سلولی نقش دارند.

miRNAهای درگیر در آپوپتوز را بر اساس عملکردشان در دو دسته proapoptotic و  antiapoptoticرده بندی می کنند. هر یک از این miRNAها می توانند بر روی شماری از mRNAهای هدف متصل شوند و از طرفی خود توسط ژن های دیگری فعال می شوند. این رویکرد تنظیمی بین miRNAها و ژن های درگیر موجب پیچیدگی در شناخت عملکردشان می شود. miRNAها در سلول های سرطانی و طبیعی، الگوی بیانی متفاوتی دارند. هردو مبحث آپوپتوز و miRNAها در سرطان بسیار مهم هستند. miRNAهای گوناگونی در مراحل متفاوت تومورزایی، متاستاز و رگزایی درگیر هستند. از miRNAها به عنوان نشانگر زیستی در پیشگیری، تشخیص و پیش آگهی سرطان نیز استفاده می شود. با دانش به دست آمده از miRNAها، روش های درمانی جدیدی نیز ایجاد شده است. اخیرا درمان سلول های سرطانی با وارد کردن miRNAهایی که در ایجاد آپوپتوز نقش دارند، در سطح پژوهشی مطرح می باشد.

 

منابع:

          Esquela-Kerscher, A. and F.J. Slack, Oncomirs—microRNAs with a role in cancer. Nature Reviews Cancer, 2006. 6(4): p. 259-269.

Melo, S.A. and M. Esteller, Dysregulation of microRNAs in cancer: playing with fire. FEBS letters, 2011. 585(13): p. 2087-2099.

.     Lundstrom, K., Micro-RNA in disease and gene therapy. Current drug discovery technologies, 2011. 8(2): p. 76-86.