Muncul Pendekatan Terapi Molekul Kecil Untuk Penyakit Alzheimer dan Penyakit Parkinson Berdasarkan Penargetan MicroRNA

Peran microRNAs dalam perkembangan penyakit neurodegeneratif: MicroRNAs (miRNAs) adalah nukleotida RNA endogen, non-coding, dan pendek yang mengatur ekspresi gen melalui pemasangan basa dengan messenger RNA (mRNA) yang ditargetkan pada 3′ wilayah yang tidak diterjemahkan (3 ′ UTR). Dengan demikian, miRNA memainkan peran mendasar dalam penghambatan atau degradasi messenger RNA (Gebert dan MacRae, 2019). Dua enzim ribonucleases (RNase) III mengontrol biogenesis miRNA; Drosha dan Pemain Dadu. Langkah pertama dalam biogenesis meliputi pembelahan miRNA primer (pri-miRNAs) dalam inti sel oleh Drosha, yang mengarah pada pembentukan pre-miRNA loop batang pendek. Selanjutnya, pre-miRNA ini diangkut ke sitoplasma dan diproses lebih lanjut oleh Dicer menghasilkan miRNA yang matang (O'Brien et al., 2018).

Klik untuk cistanche tubulosa kapsul untuk penyakit Alzheimer

Banyak penyakit menunjukkan ekspresi miRNA yang tidak normal, seperti kanker payudara, leukemia, karsinoma hepatoseluler, dan penyakit kardiovaskular dan neurodegeneratif. Lebih dari 2000 miRNA telah diidentifikasi memiliki peran kunci dalam membedakan neuron, yang menyoroti keterlibatan miRNA dalam berbagai proses neuron. Literatur mengungkapkan bahwa miRNA terlibat dalam jalur berbeda yang terlibat langsung dalam perkembangan penyakit neurodegeneratif (Gambar 1A). -Synuclein, protein presinaptik yang terlibat dalam gangguan neurologis, adalah protein yang tidak teratur secara intrinsik. Agregasi -synuclein untuk membentuk fibril yang tidak larut dan badan Lewy adalah ciri patologis utama untuk diagnosis gangguan neurologis, seperti penyakit Parkinson dan penyakit Alzheimer. Agregasi -synuclein dalam sel neuroblastoma manusia dipromosikan oleh miR-16-1, yang dikaitkan dengan kemampuan miR-16-1 untuk menurunkan regulasi protein kejut panas 70. Baru-baru ini, kemampuan miR-153 untuk mengatur secara negatif -synuclein telah dibuktikan pada tikus parkinsonian (Cressatti et al., 2019).

Selain itu, penghambatan miR-34b pada pasien dengan penyakit Parkinson meningkatkan ekspresi -synuclein di otak manusia. Tau, protein terkait mikrotubulus, diekspresikan dalam otak manusia dewasa dalam enam isoform. Hiperfosforilasi abnormal dan agregasi tau menjadi fibril dewasa diamati pada penyakit Alzheimer serta gangguan neurologis lainnya, yang disebut tauopati. Downregulasi miR-212 dan miR-132 terdeteksi pada eksosom plasma yang diturunkan secara neural dari pasien dengan penyakit Alzheimer (Cha et al., 2019). Berdasarkan temuan ini, penilaian kadar miR212 dan miR-132 dalam vesikel ekstraseluler dianggap sebagai alat diagnostik yang menjanjikan untuk penyakit Alzheimer. Sejumlah laporan telah menunjukkan hubungan antara penyakit neurodegeneratif dan disfungsi dalam dinamika mitokondria, seperti variasi ukuran mitokondria, perubahan bentuk, fisi-fusi, dan pergerakan mitokondria). Dalam konteks ini, miR-27a telah dilaporkan untuk menekan ekspresi putative kinase 1 yang diinduksi PTEN, serin mitokondria/treonin kinase, yang merupakan pemain kunci dalam mitofag. Jadi, miR-27a memainkan peran kunci dalam mengontrol pembersihan autofagik dari mitokondria yang rusak.

Mutasi pada putative kinase 1 yang diinduksi PTEN dianggap sebagai kontributor utama penyakit Parkinson resesif autosomal. Sejalan dengan ini, miR-494 menginduksi kerusakan mitokondria dan kerusakan saraf akibat stres oksidatif dengan mengurangi ekspresi protein penyakit Parkinson 7, penghambat agregasi -synuclein (Catanesi et al., 2020). Selain itu, novel miR-455- 3}p menunjukkan aktivitas perlindungan terhadap agregasi amiloid dengan mengontrol ekspresi protein fisi mitokondria dan mengatur dinamika mitokondria (Kumar et al., 2019). Selama beberapa tahun terakhir, -secretase 1 (BACE1) telah mendapat perhatian yang meningkat sebagai target terapi kritis untuk penyakit Alzheimer. BACE-1, juga dikenal sebagai -site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1, adalah secretase utama yang terlibat dalam produksi peptida amiloid di otak manusia. Agregasi dan fibrilasi selanjutnya dari peptida ini untuk membentuk plak amiloid adalah ciri diagnostik utama penyakit Alzheimer.

Selain itu, banyak bukti telah menunjukkan neurotoksisitas oligomer kecil amiloid-peptida. MiR-298 baru-baru ini diidentifikasi sebagai penekan BACE1 dalam model kultur sel saraf manusia yang mengungkapkan potensi terapeutik miR298 untuk penyakit neurodegeneratif (Chopra et al., 2020). Selain itu, ekspresi BACE-1 diatur langsung oleh miR15b, yang berfungsi dengan menargetkan BACE1 mRNA 3′-UTR (Gong et al., 2017). Temuan ini menggambarkan bahwa miRNA adalah pemain kunci dalam mengendalikan fungsi BACE-1 dan perannya dalam patogenesis penyakit neurodegeneratif.

Pengembangan molekul kecil untuk penyakit neurodegeneratif berdasarkan penargetan miRNA:

Menargetkan miRNA penyebab penyakit dengan molekul kecil telah mengungkapkan hasil yang menjanjikan in vitro serta skrining in vivo. Dengan demikian, upaya penelitian yang cukup besar telah diarahkan pada pengembangan strategi baru untuk identifikasi dan desain molekul kecil dengan kemampuan pengikatan miRNA yang potensial. Namun, urutan pendek miRNA telah menghambat identifikasi pengikat molekul kecil yang kuat dan mengalihkan fokus ke penargetan pra-miRNA dengan urutan yang lebih panjang. Inforna dan Inforna 2.0 adalah alat yang dikembangkan untuk mengidentifikasi molekul kecil yang menargetkan RNA terstruktur. Pendekatan ini didasarkan pada motif penambangan (struktur sekunder) dari RNA berdasarkan urutannya.

Motif-motif ini kemudian dibandingkan dengan basis data mitra pengikat molekul kecil motif RNA yang diketahui. Inforna kemudian melaporkan motif tersebut di database serta target RNA. Informa baru-baru ini telah digunakan dalam identifikasi senyawa 1 (Gambar 1B) sebagai penghambat ekspresi -sinuklein (Zhang et al., 2020). Senyawa 1 menargetkan -synuclein mRNA 5′ UTR dan menurunkan kadar a-synuclein dengan mengurangi jumlah mRNA SNCA yang dimuat ke dalam polisom. Baru-baru ini, RIBOTACs (chimera penargetan ribonuklease) telah berevolusi sebagai kelas baru molekul kecil yang dapat menargetkan beragam kelas RNA, termasuk miRNA dan mRNA (Dey dan Jaffrey, 2019). Rancangan RIBOTAC didasarkan pada pengikatan molekul pengikat RNA ke molekul kecil yang mengaktifkan RNA L, ribonuklease laten, yang menghasilkan degradasi RNA target.

Ligan terarah multitarget (MTDLs) untuk penyakit neurodegeneratif yang berfokus pada miRNA:

MTDL adalah ligan yang dirancang untuk mengganggu beberapa jalur yang terlibat dalam perkembangan gangguan neurologis karena fitur multifasetnya. Keberhasilan MTLD yang luar biasa dalam mengidentifikasi molekul kecil dengan kemanjuran in vitro dan in vivo dalam model penyakit neurodegeneratif telah menghasilkan upaya berkelanjutan dalam pengembangan alat baru untuk desain MTDL. Dalam konteks ini, strategi baru untuk identifikasi MTDL untuk penyakit neurodegeneratif baru-baru ini dilaporkan, yang didasarkan pada penghambatan ganda asetilkolinesterase dan biogenesis miRNA (Gabr dan Brogi, 2020). Senyawa 2 (Gambar 1B), penghambat ganda asetilkolinesterase dan biogenesis miR-15b, lebih efisien daripada donepezil dan anti-miR-15 dalam melindungi sel neuroblastoma SH-SY5Y dari sitotoksisitas yang diinduksi amiloid-beta .

Selain itu, penghambatan ganda oligomerisasi tau dan biogenesis miRNA yang terlibat dalam perkembangan gangguan neurologis (misalnya miRNA-146a) telah dilaporkan sebagai strategi yang menjanjikan untuk desain MTDL (Gabr dan Barbault, 2020). Hasil dari pendekatan ini melengkapi senyawa 3 (Gambar 1B) yang menampilkan aktivitas neuroprotektif superior terhadap miRNA146a antagomir dan MK-886, penghambat agregasi tau. Studi-studi ini lebih lanjut menggambarkan bahwa desain MTDL yang berfokus pada penghambatan biogenesis miRNA telah menunjukkan profil terapi preferensial dibandingkan dengan terapi monotarget. Oleh karena itu, penyaringan lebih lanjut dari hasil pendekatan ini menggunakan model penyakit neurodegeneratif in vivo akan sangat penting untuk optimalisasi di masa mendatang

Arah masa depan:

Pengembangan strategi yang efisien untuk mengidentifikasi molekul kecil yang dapat mengikat miRNA secara selektif akan memiliki efek luar biasa pada kemampuan untuk mengontrol ekspresi protein yang terlibat dalam penyakit neurodegeneratif. Inhibitor molekul kecil Drosha dan Dicer telah dipelajari secara ekstensif sebagai alat untuk menghambat biogenesis miRNA. Namun, banyak penghambat Dicer dan Drosha menunjukkan afinitas pengikatan miRNA yang dilemahkan dalam lingkungan seluler serta ketidakmampuan untuk memblokir pematangan miRNA.

Hasil ini dikaitkan dengan penargetan bebas dari molekul-molekul kecil ini serta persaingannya dengan makromolekul lain dalam pengikatan miRNA. Oleh karena itu, pembentukan pendekatan baru untuk pengikatan selektif miRNA sangat diinginkan. Sintesis terpandu target kinetik (KTGS) adalah pendekatan penemuan obat berbasis fragmen di mana target biologis memilih ligan bidentatnya dengan menyusunnya dari kumpulan fragmen reaktif kecil.

Dalam KTGS, target biologis mempercepat pembentukan ikatan kovalen antara blok bangunan dengan gugus fungsional reaktif komplementer melalui peningkatan waktu resonansi. Setelah disosiasi dari target, serangan KTGS dapat dideteksi di media dengan kromatografi cair-spektrometri massa. Jalur potensial untuk identifikasi pengikat selektif miRNA adalah dengan menggunakan KTGS untuk mengidentifikasi pengikat molekul kecil miRNA target.

Referensi

Catanesi M, D'Angelo M, Tupone MG, Benedetti E, Giordano A, Castelli V, Cimini A (2020) Disregulasi mikroRNA dan disfungsi mitokondria pada penyakit neurodegeneratif. 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 dan miR-132 diturunkan regulasinya secara neural eksosom plasma pasien Alzheimer. Depan 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 mengurangi kadar protein prekursor amiloid manusia ( APP), -site APP converting enzyme 1 (BACE1) dan gugus protein tau spesifik.

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 menekan ekspresi BACE1 pada penyakit Alzheimer sporadis. Oncotarget 8:91551-91557.

Cressatti M, Song W, Turk AZ, Garabed LR, Benchaya JA, Galindez C, Liberman A, Schipper HM (2019) Ekspresi Glial HMOX1 mempromosikan disregulasi dan patogenisitas -synuclein sentral dan perifer pada tikus parkinsonian. Glia 67:1730-1744.

Dey SK, Jaffrey SR (2019) RIBOTACs: RNA target molekul kecil untuk degradasi. Kimia Sel Biol 26:1047-1049.

Kumar S, Reddy AP, Yin X, Reddy PH (2019) Novel microRNA-455-3p dan efek perlindungannya terhadap pemrosesan APP abnormal dan toksisitas beta amiloid pada penyakit Alzheimer. Biochem Biophys Acta Mol Basis Dis 1865:2428-2440.

O'Brien J, Hayder H, Zayed Y, Peng C (2018) Ikhtisar biogenesis mikroRNA, mekanisme aksi, dan sirkulasi. Endokrinol depan 9:402.

Gabr MT, Barbault F (2020) Pengikat ganda pertama microRNA146a dan tau monomer: Pendekatan baru untuk terapi multitarget untuk penyakit neurodegeneratif. Komun Kimia 56:9695-9698.

Gabr MT, Brogi S (2020) Pendekatan multitarget berbasis mikroRNA untuk penyakit Alzheimer: Penemuan penghambat ganda asetilkolinesterase dan mikro-RNA-15b biogenesis pertama di kelasnya. J Med Chem 63:9695- 9704.

Gebert LFR, MacRae IJ (2019) Regulasi fungsi microRNA pada hewan. Nat Rev Mol Biol Sel 20:21-37.

Zhang P, Park HJ, Zhang J, Junn E, Andrews RJ, Velagapudi SP, Abegg D, Wisnu K, Costales MG, Childs-Disney JL, Adibekian A, Moss WN, Mouradian MM, Disney MD (2020) Terjemahan dari intrinsik protein a-synuclein yang tidak teratur dihambat oleh molekul kecil yang menargetkan strukturnya

untuk informasi selengkapnya:ali.ma@wecistanche.com