RNA Non-Coding pada Gangguan Ginjal Turunan Bagian 1

Abstrak

Cacat gen tunggal telah terungkap sebagai penyebab banyak penyakit ginjal dengan kemajuan terbaru dalam genetika molekuler. Penyakit ginjal polikistik dominan autosomal (ADPKD), sebagai salah satu penyakit ginjal bawaan yang paling umum, disebabkan oleh mutasi gen PKD1 atau PKD2. Karena kompleksitas patofisiologi pembentukan dan perkembangan kista, pilihan terapi terbatas tersedia. Peran RNA nonkode dalam perkembangan dan penyakit telah mendapat perhatian luas dalam beberapa tahun terakhir. Secara khusus, microRNA dalam mempromosikan perkembangan PKD telah disorot. MikroRNA yang tidak teratur memodulasi pertumbuhan kista dengan menekan ekspresi gen PKD dan mengatur proliferasi sel epitel ginjal kistik, metabolisme mitokondria, apoptosis, dan autophagy. Antagonis mikroRNA telah muncul sebagai obat terapi potensial untuk pengobatan ADPKD. Selain itu, penelitian juga berfokus pada microRNA sebagai biomarker potensial untuk ADPKD dan penyakit ginjal herediter umum lainnya, termasuk penyakit ginjal terkait HNF1 -, sindrom Alport, kelainan bawaan ginjal dan saluran kemih (CAKUT), von Hippel– penyakit Lindau (VHL), dan penyakit Fabry. Tinjauan ini mengumpulkan pemahaman terkini tentang RNA non-coding, termasuk microRNA dan RNA non-coding panjang, pada penyakit ginjal polikistik dan penyakit ginjal monogenik yang umum ini.

Kata kunci

RNA non-coding; mikroRNA;Penyakit ginjal genetik; PKD

1. Perkenalan

Selama beberapa dekade, awalnya dianggap bahwa mayoritas transkriptom adalahmRNA, yang dapat diterjemahkan menjadi protein berdasarkan kode di mRNA. Namun, hanya sekitar 2 persen gen manusia yang diidentifikasi untuk menyandikan protein, dan mayoritas gen manusia ditranskripsi menjadi RNA nonkode (ncRNA) dari temuan terbaru Konsorsium Proyek Ensiklopedia Elemen DNA (ENCODE) [1]. Proyek ENCODE juga memberikan bukti bahwa gen nonkode dapat ditranskripsi secara luas untuk mengatur gen penyandi protein dengan membentuk jaringan pengatur yang kompleks [1]. Dengan demikian, memahami peran ncRNA pada penyakit manusia telah menjadi salah satu tantangan sains yang paling penting.

Dalam beberapa tahun terakhir, penelitian penggunaan sel induk dan obat herbal Cina untuk pengobatanpenyakit ginjaltelah mendapat perhatian besar. Mekanisme utama dari kedua terapi ini adalah untuk mempromosikan perbaikan jaringan ginjal yang terluka danmelindungi fungsi ginjal yang tersisa.

Klik Suplemen Cistanche Tubulosa Untuk Penyakit Ginjal

Tanya lebih lanjut:

david.deng@wecistanche.com WhatsApp:86 13632399501

obat herbal cina,cistanche, telah digunakan dalam pengobatan tradisional Tiongkok untuk mengobati berbagai penyakit ginjal kronis sejak zaman kuno. Dilaporkan bahwa cistanche memiliki potensi untuk mengurangi peradangan,mengurangi fibrosis ginjal, dan mempromosikan sintesis komponen matriks ekstraseluler. Telah terungkap bahwa efek ini disebabkan oleh komponen bioaktifnya, termasuk banyak zat fenolik, triterpenoid, dan kumarin.

Di sisi lain, teknologi sel punca telah menyebabkan revolusi dalam praktik medis. Penelitian telah menunjukkan bahwa sel punca dapat berdiferensiasi menjadi berbagai jenis sel ginjal dan melakukan aktivitas terapeutik, termasuk melindungijaringan ginjal fungsional yang tersisa,memperlambat fibrosis jaringan, dan memperbaiki jaringan ginjal yang rusak.

Pada akhirnya, kombinasi pengobatan tradisional Tiongkok dengan ilmu pengetahuan modern bisa menjadi kunci untuk mengobati berbagai penyakit ginjal. Strategi ini secara bertahap telah diterima oleh komunitas medis dan penelitian telah menunjukkan bahwa terapi kombinasi pengobatan cistanche dan sel punca dapat sangat mengurangi tingkat kematian penyakit ini.penyakit ginjal. 

Kesimpulannya, penggunaancistanchedan pengobatan sel induk dalam pengobatan penyakit ginjal menunjukkan potensi besar dan membutuhkan penelitian lebih lanjut. Terapi gabungan dari kedua pengobatan tersebut dapat memberikan pilihan pengobatan yang lebih baik bagi mereka yang menghadapi penyakit ginjal.

ncRNAterutama diklasifikasikan menjadi ncRNA panjang (lncRNA s) dan ncRNA kecil berdasarkan panjangnya, menggunakan potongan 200 nukleotida (Gambar 1) [2]. LncRNA lebih panjang dari 200 nukleotida dan terdiri dari lncRNA linier (dinamai secara default sebagai lncRNA) dan RNA sirkular (circRNA). ncRNA kecil lebih pendek dari 200 nukleotida, yang meliputi microRNA (miRNA), RNA kecil yang mengganggu (siRNA), RNA yang berinteraksi piwi (piRNA), transfer siRNA kecil yang diinduksi stres yang diturunkan dari RNA (siRNA), asam ribonukleat nuklir kecil (snRNA) , RNA nukleolar kecil (snoRNA), RNA interferensi kecil terkait berulang (siRNA), RNA spesifik tubuh Cajal kecil (scaRNA) dan lain-lain. Di antara mereka, miRNA adalah ncRNA kecil yang paling banyak diselidiki, di mana garis miRNA pertama-4 diidentifikasi di Caenorhabditis elegans pada tahun 1993 [3]. MiRNA memainkan peran penting dalam perkembangan dan patogenesis berbagai penyakit, seperti kanker, diabetes, penyakit kardiovaskular, dan penyakit ginjal [4]. MiRNA yang tidak teratur adalah target terapi potensial penyakit manusia [5]. Mengingat bahwa miRNA dalam cairan tubuh stabil dan mudah dideteksi, dan memiliki profil ekspresi yang diperkaya jaringan, mereka telah dilaporkan digunakan sebagai biomarker diagnostik dan prognostik yang potensial [5].

Penyakit ginjal turunan, yang terdiri dari kelainan ginjal monogenik dan poligenik, memiliki risiko yang signifikan untuk perkembangan penyakit ginjal stadium akhir (ESRD). Penyakit ginjal monogenik dihasilkan dari mutasi patogenik dari satu gen penyebab (Tabel 1) dan lebih banyak gen nefropati monogenik terus-menerus diidentifikasi dengan sekuensing seluruh exome dan sekuensing seluruh genom [6]. Sekitar 450 gangguan ginjal monogenik merupakan 30 persen kasus penyakit ginjal kronis (CKD) pada kohort pediatrik dan 5-30 persen pada kohort dewasa [6]. Penyakit ginjal polikistik dominan autosomal (ADPKD) disebabkan oleh mutasi pada gen PKD1 atau PKD2 dan merupakan kelainan ginjal monogenik yang paling umum [7]. Sel-sel epitel lapisan kista PKD bersifat hiperproliferatif dan hipersekresi, yang menyebabkan pertumbuhan dan perluasan kista progresif, dan akhirnya menyebabkan ESRD [7]. Bukti terbaru menunjukkan bahwa, selain mutasi gen yang mendasari, regulator epigenetik memodulasi pertumbuhan kista dan bertindak sebagai target terapi potensial [8]. Salah satu contohnya adalah peran pensinyalan yang dimediasi miRNA dalam mempromosikan pembentukan kista [9]. Tinjauan ini berfokus pada kemajuan terbaru dalam pemahaman tentang peran ncRNA dalam patogenesis PKD dan membahas aplikasi potensial ncRNA sebagai target terapi PKD. Selain itu, ulasan ini juga merangkum temuan ncRNA pada penyakit ginjal monogenik umum lainnya, termasuk penyakit ginjal terkait HNF1 -, sindrom Alport, kelainan kongenital ginjal dan saluran kemih (CAKUT), von Hippel–Lindau (VHL ) penyakit, dan penyakit Fabry.

2. miRNA

miRNAs, molekul RNA panjang 20- hingga 22-nukleotida, terutama menurunkan regulasi ekspresi gen pasca transkripsi [10]. Sebagian besar miRNA diproses oleh jalur biogenesis miRNA kanonik [11]. MiRNA primer (pri-miRNAs) ditranskripsi dari gennya oleh enzim RNA polimerase II, yang kemudian dibelah menjadi pra-miRNA oleh kompleks mikroprosesor yang terdiri dari protein pengikat RNA DiGeorge Syndrome Critical Region 8 (DGCR8) dan ribonuclease III, DROSHA [12]. Pre-miRNA diekspor keluar dari nukleus oleh kompleks exportin 5/RanGTP [12]. Pre-miRNA sitoplasma diproses oleh Pemain Dadu endonuklease RNase III, menghasilkan pembentukan 22-nukleotida beruntai ganda matangmiRNA[13]. Dupleks miRNA yang matang dimuat ke dalam keluarga protein Argonaute (AGO) dengan cara yang bergantung pada ATP, untuk membentuk kompleks pembungkaman yang diinduksi miRNA (miRISC) [14]. Kejaksaan Agung memilih untai "pemandu" yang sebagian didasarkan pada stabilitas termodinamika pada 50 ujung dupleks miRNA [15]. Untai panduan memiliki stabilitas 5 0 yang lebih rendah yang secara istimewa dimuat ke AGO [15]. Untai yang dibongkar menjadi untai penumpang yang dibelah oleh AGO2 dan didegradasi oleh mesin seluler [15]. Beberapa jalur biogenesis miRNA non-kanonik, termasuk jalur Drosha/DGCR8-independen dan Dicer-independen, telah dijelaskan. Dalam jalur independen Drosha/DGCR8-, pre-miRNA menyerupai substrat Dicer tanpa pembelahan Drosha [11]. Di sisi lain, di jalur Dicer-independent, miRNA diproses oleh Drosha dan dapat dimuat ke AGO tanpa pembelahan Dicer [11].

MiRISC berinteraksi dengan 30 UTR mRNA target melalui elemen respons miRNA (MRE), urutan komplementer MREa yang terdiri dari 2-8 nukleotida yang terletak di 50 ujung miRNA. Telah dilaporkan bahwa miRNA juga berinteraksi dengan wilayah lain, termasuk 50 UTR, urutan pengkodean, dan promotor gen [16]. Pengikatan miRNA dengan MRE pada 30 UTR mRNA target menghasilkan deadenylation dan decapping mRNA, pembelahan mRNA dengan aktivasi endonuklease AGO2, dan represi translasi [17-19]. Pengikatan miRNA ke 50 UTR dan wilayah pengkodean mRNA menurunkan regulasi ekspresi gen [20,21], sedangkan pengikatan miRNA ke wilayah promotor telah dilaporkan menginduksi transkripsi [22].

Telah dilaporkan bahwa miRNA memainkan peran penting dalam perkembangan ginjal, mempertahankan homeostasis, cedera ginjal akut (AKI), dan perkembangan fibrosis tubulointerstitial [9,23,24]. Penghapusan Dicer yang dimediasi oleh Enam2-Cre pada progenitor epitel nefron menginduksi apoptosis dan penghentian dini nefrogenesis [25], di mana penghapusan Dicer pada progenitor nefron menginduksi apoptosis selama perkembangan ginjal yang diatur melalui peningkatan ekspresi pro-apoptosis protein Bim [26]. Bim ditargetkan oleh beberapa miRNA, termasuk miR-10a, miR-106b, dan miR-17-5p, pada progenitor nefron [26]. Hilangnya Pemain Dadu yang dimediasi oleh HoxB7-Cre di epitel kuncup ureter juga meningkatkan proliferasi sel dan apoptosis serta mengganggu ciliogenesis, yang mengarah pada perkembangan kista [25]. Karena miRNA secara luas terlibat dalam patogenesis AKI dan CKD, mereka harus memiliki potensi diagnostik dan terapeutik yang menjanjikan [27,28].

3. LncRNA

Tidak seperti penyelidikan ekstensif miRNA selama dekade terakhir, informasi mengenai fungsi lncRNA terbatas. lncRNA dikategorikan sebagai sense, antisense, intronic, intergenic, bidirectional, dan enhancer-associated berdasarkan lokasi mengenai gen penyandi protein [29]. Bukti yang berkembang menunjukkan bahwa lncRNA adalah pemain sentral dalam regulasi epigenetik homeostasis jaringan selama perkembangan dan penyakit [30,31]. lncRNA diperkaya dalam nukleus dan terkait dengan kompleks remodeling kromatin, sehingga mengatur arsitektur kromatin gen baik di cis (dekat situs transkripsinya), atau di trans (di situs yang jauh dari situs transkripsinya) [32]. lncRNA juga mengatur perekrutan pengubah kromatin dan transkripsi melalui berbagai mekanisme [32].IncRNAjuga dapat diekspor ke sitoplasma untuk mengatur stabilitas mRNA, memodulasi translasi dan mengganggu modifikasi posttranslasional [32]. Lebih banyak penelitian dalam lima tahun terakhir telah berfokus pada peran fungsional lncRNA dalam penyakit ginjal, seperti penyakit glomerulus, penyakit tubulointerstitial, fibrosis ginjal, dan cedera ginjal akut.

4. RNA Nonkode pada Penyakit Ginjal Polikistik

4.1. miRNA dan lncRNA di ADPKD

Banyak miRNA telah diselidiki dalam sel PKD dan model murine, dan manusiaADPKD. MiRNA yang tidak teratur memodulasi pertumbuhan kista dan fibrosis interstitial melalui berbagai mekanisme, termasuk secara langsung menekan ekspresi gen PKD, mengatur proliferasi sel kistik, apoptosis, dan autophagy, mempromosikan transisi epitel-mesenkimal (EMT) dan peradangan, dan menyebabkan kerusakan pada mitokondria. metabolisme dan sitoskeleton aktin (Gambar 2). Pada bagian berikut, kami membahas disregulasi berbagai miRNA di ADPKD (Tabel 2).

4.1.1. mIR-17–92 Kluster

miR-17–92cluster adalah cluster miRNA onkogenik yang dilestarikan secara evolusioner, yang mengkodekan enam miRNA (miR-17, miR-18a, miR-19a, miR-19b-1, miR20a, dan miR-92a-1). Penghapusan wilayah kromosom 13 yang mencakup MIR17HG, pengkodean klaster miR-17–92 manusia, menyebabkan sindrom Feingold tipe 2 [49]. Sindrom Feingold tipe 2 bersifat autosomal dominan, dan ditandai dengan kelainan jari tangan dan kaki, gangguan pendengaran, perawakan pendek, atau kelainan ginjal atau jantung [49]. Tikus dengan penghapusan germlinemiR- 17–92mematikan perinatal dengan hipoplasia paru dan defek septum ventrikel, dan defek maturasi sel B [50]. KO bersyarat miR17-92 pada nenek moyang nefron mengurangi jumlah nefron yang berkembang, yang menyebabkan albuminuria, penipisan proses kaki podosit, dan glomerulosklerosis pada tikus dewasa [51]. Namun, penghapusan miR- 17–92 yang diinduksi pada tikus dewasa tidak menyebabkan kelainan yang jelas [52], dan knockout miR-17–92 khusus ginjal tidak menyebabkan perubahan apa pun pada morfologi dan histologi ginjal [ 33].

Telah dilaporkan bahwa klaster miR17–92 diregulasi dalam ginjal dari beberapa model ortologis PKD dan ADPKD manusia melalui c-Myc yang secara langsung berikatan dengan situs pengikatan Myc yang dikonservasi pada promotor klaster miR17–92 [33,34]. Onkogen c-Myc diregulasi dalam PKD dan untuk mempromosikan perkembangan kista, dan tikus transgenik c-Myc mengembangkan kista ginjal [53,54]. Penghambatan c-Myc melalui penargetan regulator epigenetik hulu BRD4 melalui penghambat bromodomain JQ1 memperlambat pertumbuhan kista pada model tikus PKD [54]. Mirip dengan tikus transgenik c-Myc, ekspresi berlebih transgenik spesifik ginjal dari miR-17–92 mengembangkan kista ginjal. KO bersyarat miR-17–92 dalam model PKD memperlambat pertumbuhan kista, mempertahankan fungsi ginjal, dan memperpanjang kelangsungan hidup tikus tersebut melalui penghambatan proliferasi sel. Selain itu, anti-miR-17 melemahkan pertumbuhan kista pada dua model hewan PKD dan mengurangi pertumbuhan kista model in vitro dari ADPKD manusia. Analisis bioinformatik mengungkapkan bahwa 30 UTR mRNA PKD1 dan PKD2 berisi situs pengikatan yang dilestarikan untuk miR-17, dan 30 UTR HNF-1b mRNA berisi situs pengikatan miR-92 [33, 55]. Faktor transkripsi faktor nuklir hepatosit-1 (HNF-1 ) dikodekan oleh HNF-1b, yang secara langsung mengatur transkripsi PKD2 dan PKHD1 [56]. Mir-17–92 yang diregulasi secara negatif mengatur ekspresi gen PKD (PKD1, PKD2, dan HNF-1b) dengan cara posttranskripsi [33]. Keparahan penyakit PKD dikaitkan dengan dosis PC1 fungsional yang disarankan oleh temuan pada model tikus hipomorfik PKD1 p.R3277C [57]. Dengan demikian, mekanisme potensial dimana miR17-92 mendorong pertumbuhan kista mungkin melalui penurunan ekspresi gen PKD.

Sebuah studi baru-baru ini telah mengidentifikasi lebih lanjut bahwa miR-17 adalah miRNA patogen utama untuk mendorong pertumbuhan kista dalam keluarga miR17–92 melalui skrining in vivo anti-miRNA yang menargetkan miR-17, miR-18 , miR-19 atau miR-25 satu per satu [35]. Pengobatan anti-miR-17 memperlambat pertumbuhan kista pada Pkd1flflox/RC: tikus Ksp-Cre, model tikus yang membawa alel flflox dan alel mutan R3277C dari gen Pkd1, melalui pengaturan metabolisme mitokondria, jalur mTOR, dan inflamasi [ 35]. Secara khusus, miR-17 menghambat ekspresi peroxisome proliferator-activated receptor- (PPAR ) dengan mengikat 30 -UTR mRNA-nya. miR-17 menurunkan regulasi ekspresi gen target PPAR dalam ginjal kistik, termasuk Pparg, Ppargc1a, Sod2, Me, Oxct1, Pdk4, Etfa, Etfb, Etfdh, Cd36, Slc27a2, dan Cpt2. PPAR adalah pengatur utama fosforilasi oksidatif mitokondria (OXPHOS) dan oksidasi asam lemak (FAO), menunjukkan bahwa miR-17 mendorong pertumbuhan kista dengan memengaruhi metabolisme mitokondria dalam sel epitel ginjal. Temuan ini juga menunjukkan bahwa disfungsi mitokondria yang dimediasi sumbu miR-17-PPAR adalah salah satu perubahan yang mengarah pada pemrograman ulang metabolik pro-proliferatif epitel kista, selain metabolisme glukosa yang rusak dan metabolisme lipid dan asam amino yang tidak teratur [58 –60]. Lee dkk. telah mengidentifikasi RGLS4326 dengan menyaring pustaka oligonukleotida anti-miR-17 yang beragam secara kimiawi [61]. RGLS4326 adalah oligonukleotida pendek beruntai tunggal, dimodifikasi secara kimiawi, dengan sembilan nukleotida yang melengkapi urutan benih miR-17 [61]. Keamanan RGLS4326 didukung oleh fakta bahwa tidak ada toksisitas hematopoietik dan ginjal yang teramati pada monyet [61]. RGLS4326 menunjukkan distribusi ginjal preferensial dan terutama terdapat pada tubulus proksimal dan saluran pengumpul pada ginjal kistik model tikus ADPKD [61]. Pengobatan dengan RGLS4326 menekan pertumbuhan kista pada model ADPKD manusia secara in vitro dan memperlambat pertumbuhan kista pada tikus knockout bersyarat Pkd2 (Pkd2flflox/flflox: Pkhd1-Cre) serta tikus Pcy/CD1 dan Pcy/DBA yang mengembangkan penyakit ginjal polikistik dengan mutasi pada NPHP3 (nephronophthisis 3) dan digunakan sebagai model tikus untuk pengobatan jangka panjang [61]. Dengan memindahkan miR-17 dari fraksi polisom yang aktif secara translasi, RGLS4326 menekan ekspresi gen target miR-17, termasuk PKD1 dan PKD2 [61]. Pengobatan RGLS4326 juga menormalkan jalur metabolisme yang tidak teratur dan menghambat jalur pro-proliferatif pada ginjal kistik [61]. RGLS4326 adalah kandidat obat potensial untuk ADPKD, karena keamanan, stabilitas, dan efisiensi terapeutiknya dalam model PKD. Uji klinis Fase 1b dirancang untuk mengevaluasi keamanan, tolerabilitas, farmakokinetik, dan farmakodinamik RGLS4326 pada pasien dengan ADPKD (Clinical Trials.gov identifier NCT04536688).

Tanya lebih lanjut: david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501