Alzheimer Hastalığı ve Parkinson Hastalığı İçin MikroRNA'ları Hedeflemeye Dayalı Ortaya Çıkan Küçük Moleküllü Terapötik Yaklaşımlar

MikroRNA'ların nörodejeneratif hastalıkların ilerlemesindeki rolü: MikroRNA'lar (miRNA'lar), 3'çevrilmemiş bölgede (3') hedeflenen haberci RNA (mRNA) ile baz eşleşmesi yoluyla gen ekspresyonunu düzenleyen endojen, kodlayıcı olmayan ve kısa RNA nükleotitleridir. UTR). Böylece miRNA'lar, haberci RNA'ların inhibisyonunda veya bozulmasında temel bir rol oynar (Gebert ve MacRae, 2019). İki ribonükleaz (RNaz) III enzimi, miRNA'ların biyogenezini kontrol eder; Drosha ve Dicer. Biyogenezdeki ilk adım, hücre çekirdeğindeki birincil miRNA'ların (pri-miRNA'lar) Drosha tarafından bölünmesini içerir, bu da kısa kök halkalı pre-miRNA'ların oluşumuna yol açar. Daha sonra, bu pre-miRNA'lar sitoplazmaya taşınır ve Dicer tarafından daha fazla işlenerek olgun miRNA'lar elde edilir (O'Brien ve diğerleri, 2018).

Alzheimer hastalığı için tubulosa kapsülleri kesmek için tıklayın

Meme kanseri, lösemi, hepatoselüler karsinom ve kardiyovasküler ve nörodejeneratif hastalıklar gibi çok sayıda hastalık miRNA'ların anormal ekspresyonunu gösterir. 2000'den fazla miRNA'nın farklı nöronal süreçlerde miRNA'ların dahil olduğunu vurgulayan farklı nöronlarda anahtar rollere sahip olduğu tespit edilmiştir. Literatür, miRNA'ların nörodejeneratif hastalıkların ilerlemesinde doğrudan yer alan farklı yollarda yer aldığını ortaya koymaktadır (Şekil 1A). - Nörolojik bozukluklarda yer alan presinaptik bir protein olan sinüklein, doğası gereği düzensiz bir proteindir. Çözünmeyen fibriller ve Lewy cisimcikleri oluşturmak için -sinükleinin toplanması, Parkinson hastalığı ve Alzheimer hastalığı gibi nörolojik bozuklukların teşhisi için önemli bir patolojik özelliktir. -sinükleinin insan nöroblastoma hücrelerinde toplanması, miR-16-1 tarafından desteklenir ve bu, miR-16-1'nin ısı şoku proteini 70'i aşağı regüle etme yeteneğine atfedilir. Son zamanlarda, miR-153'nin yeteneği -sinükleini negatif olarak düzenlediği parkinson farelerinde gösterilmiştir (Cressatti ve diğerleri, 2019).

Ayrıca, Parkinson hastalığı olan hastalarda miR-34b'nin inhibisyonu, insan beyninde -sinüklein ekspresyonunu arttırdı. Mikrotübülle ilişkili bir protein olan Tau, olgun insan beyninde altı izoformda ifade edilir. Tau'nun anormal hiperfosforilasyonu ve olgun fibrillere agregasyonu, Alzheimer hastalığında ve ayrıca tauopatiler olarak adlandırılan diğer nörolojik bozukluklarda gözlenir. Alzheimer hastalığı olan hastaların nöral olarak türetilmiş plazma eksozomlarında miR-212 ve miR-132'nin aşağı regülasyonu tespit edildi (Cha ve diğerleri, 2019). Bu bulgulara dayanarak, hücre dışı veziküllerdeki miR212 ve miR-132 düzeylerinin değerlendirilmesi, Alzheimer hastalığı için ümit verici bir teşhis aracı olarak kabul edilir. Çok sayıda rapor, nörodejeneratif hastalıklar ile mitokondriyal dinamiklerdeki işlev bozukluğu arasındaki ilişkiyi, örneğin mitokondri boyutundaki değişiklik, değişmiş şekil, fisyon-füzyon ve mitokondri hareketi) göstermiştir. Bu bağlamda miR-27a'nın, mitofajide önemli bir oyuncu olan bir mitokondriyal serin/treonin kinaz olan PTEN kaynaklı varsayılan kinaz 1'in ifadesini baskıladığı bildirilmiştir. Bu nedenle, miR-27a, hasarlı mitokondrilerin otofajik temizliğinin kontrolünde önemli bir rol oynar.

PTEN kaynaklı varsayılan kinaz 1'deki mutasyonların, otozomal resesif Parkinson hastalığına önemli bir katkıda bulunduğu düşünülmektedir. Bu hatlar boyunca miR-494, -sinüklein agregasyonunun bir inhibitörü olan Parkinson hastalığı proteini 7'nin ekspresyonunu azaltarak mitokondriyal hasarı ve oksidatif stresin neden olduğu nöronal hasarı indükler (Catanesi ve diğerleri, 2020). Ek olarak, yeni miR-455- 3p, mitokondriyal fisyon proteinlerinin ekspresyonunu kontrol ederek ve mitokondriyal dinamikleri düzenleyerek amiloid agregasyonuna karşı koruyucu aktivite gösterdi (Kumar ve diğerleri, 2019). Geçtiğimiz yıllarda, -sekretaz 1 (BACE1), Alzheimer hastalığı için kritik bir terapötik hedef olarak artan ilgi gördü. BACE-1, aynı zamanda -site amiloid öncü protein parçalayıcı enzim 1 olarak da bilinir, insan beyninde amiloid-peptitlerin üretiminde yer alan ana sekretazdır. Amiloid plaklar oluşturmak için bu peptitlerin müteakip agregasyonu ve fibrilizasyonu, Alzheimer hastalığının temel tanısal özellikleridir.

Ek olarak, çok sayıda kanıt, amiloid peptitlerin küçük oligomerlerinin nörotoksisitesini göstermiştir. MiR-298, yakın zamanda insan nöronal hücre kültürü modelinde bir BACE1 baskılayıcısı olarak tanımlandı ve miR298'in nörodejeneratif hastalıklar için terapötik potansiyelini ortaya çıkardı (Chopra ve diğerleri, 2020). Ayrıca, BACE-1 ifadesi, doğrudan BACE1 mRNA 3'-UTR'yi hedefleyerek işlev gören miR15b tarafından düzenlenir (Gong ve diğerleri, 2017). Bu bulgular, miRNA'ların, BACE-1 işlevini ve bunun nörodejeneratif hastalıkların patogenezindeki rolünü kontrol etmede kilit oyuncular olduğunu göstermektedir.

MiRNA'ları hedeflemeye dayalı nörodejeneratif hastalıklar için küçük moleküllerin geliştirilmesi:

Hastalığa neden olan miRNA'ları küçük moleküllerle hedeflemek, in vitro ve in vivo taramada umut verici sonuçlar ortaya koydu. Bu nedenle, potansiyel miRNA bağlama kabiliyetine sahip küçük moleküllerin tanımlanması ve tasarımı için yeni stratejilerin geliştirilmesine yönelik önemli araştırma çabaları yönlendirilmiştir. Bununla birlikte, miRNA'ların kısa sekansları, güçlü küçük moleküllü bağlayıcıların tanımlanmasını engellemiş ve odağı, daha uzun sekanslara sahip pre-miRNA'ları hedeflemeye kaydırmıştır. Inforna ve Inforna 2.0, yapılandırılmış RNA'ları hedefleyen küçük molekülleri tanımlamak için geliştirilmiş araçlardır. Bu yaklaşımlar, dizilerine dayalı olarak RNA'ların madencilik motiflerine (ikincil yapılar) dayanmaktadır.

Bu motifler daha sonra bilinen RNA motifi-küçük molekül bağlama partnerlerinin veri tabanı ile karşılaştırılır. Inforna daha sonra veri tabanındaki motifi ve hedef RNA'yı bildirir. Informa son zamanlarda bileşik 1'in (Şekil 1B) bir -sinüklein ekspresyonu inhibitörü olarak tanımlanmasında kullanılmıştır (Zhang ve diğerleri, 2020). Bileşik 1, -sinüklein mRNA 5' UTR'yi hedefler ve polisomlara yüklenen SNCA mRNA miktarını azaltarak a-sinüklein seviyelerini düşürür. Son zamanlarda, RIBOTAC'lar (kimeraları hedefleyen ribonükleaz), miRNA'lar ve mRNA'lar dahil olmak üzere çeşitli RNA sınıflarını hedefleyebilen yeni bir küçük molekül sınıfı olarak gelişti (Dey ve Jaffrey, 2019). RIBOTAC'ların tasarımı, RNA bağlayıcı molekülleri, hedef RNA'nın bozulmasına neden olan gizli bir ribonükleaz olan RNA L'yi aktive eden küçük bir moleküle bağlamaya dayanır.

miRNA'lara odaklanan nörodejeneratif hastalıklar için çok hedefli yönlendirilmiş ligandlar (MTDL'ler):

MTDL'ler, çok yönlü özelliklerinden dolayı nörolojik bozuklukların ilerlemesinde yer alan birden fazla yola müdahale etmek üzere tasarlanmış ligandlardır. MTLD'lerin, nörodejeneratif hastalık modellerinde in vitro ve in vivo etkinliği olan küçük moleküllerin tanımlanmasındaki dikkate değer başarısı, MTDL'lerin tasarımı için yeni araçların geliştirilmesinde devam eden çabalarla sonuçlanmıştır. Bu bağlamda, yakın zamanda nörodejeneratif hastalıklar için MTDL'lerin tanımlanmasına yönelik, asetilkolinesterazın ikili inhibisyonuna ve miRNA'ların biyogenezine dayanan yeni bir strateji rapor edilmiştir (Gabr ve Brogi, 2020). Asetilkolinesterazın ve miR{3}}b'nin biyogenezinin ikili bir inhibitörü olan Bileşik 2 (Şekil 1B), SH-SY5Y nöroblastoma hücrelerini amiloid-beta kaynaklı sitotoksisiteden korumada donepezil ve anti-miR-15'den daha etkiliydi .

Ayrıca, nörolojik bozuklukların (ör. miRNA-146a) ilerlemesinde yer alan miRNA'ların tau oligomerizasyonunun ve biyogenezinin ikili inhibisyonunun, MTDL'lerin tasarımı için umut verici bir strateji olduğu bildirilmiştir (Gabr ve Barbault, 2020). Bu yaklaşımın sonucu, bir tau agregasyonu inhibitörü olan miRNA146a antagomir ve MK-886'ye karşı üstün nöroprotektif aktiviteye sahip olan bileşik 3'ü (Şekil 1B) sağladı. Bu çalışmalar ayrıca, miRNA'ların biyogenezinin inhibisyonuna odaklanan MTDL'lerin tasarımının, tek hedefli terapötiklere kıyasla tercihli bir terapötik profil gösterdiğini göstermektedir. Bu nedenle, nörodejeneratif hastalıkların in vivo modellerini kullanarak bu yaklaşımların sonucunun daha fazla taranması, gelecekteki optimizasyon için kritik olacaktır.

Gelecekteki yönlendirmeler:

MiRNA'ları seçici olarak bağlayabilen küçük molekülleri tanımlamak için etkili stratejilerin geliştirilmesi, nörodejeneratif hastalıklarda yer alan proteinlerin ekspresyonunu kontrol etme yeteneği üzerinde dikkate değer bir etkiye sahip olacaktır. Drosha ve Dicer'in küçük molekül inhibitörleri, miRNA'ların biyogenezini inhibe etme araçları olarak kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Bununla birlikte, çok sayıda Dicer ve Drosha inhibitörü, hücresel ortamda zayıflatılmış miRNA bağlanma afinitesi ve ayrıca miRNA olgunlaşmasını bloke edememe sergiler.

Bu sonuçlar, bu küçük moleküllerin rastgele hedeflenmesinin yanı sıra miRNA'ları bağlamada diğer makromoleküllerle rekabet etmelerine atfedilir. Bu nedenle, miRNA'ların seçici bağlanması için yeni yaklaşımların oluşturulması oldukça arzu edilir. Kinetik hedef kılavuzlu sentez (KTGS), biyolojik bir hedefin iki dişli ligandlarını küçük reaktif fragmanlardan oluşan bir havuzdan birleştirerek seçtiği, fragman bazlı bir ilaç keşif yaklaşımıdır.

KTGS'de biyolojik hedef, geliştirilmiş rezonans süresi aracılığıyla tamamlayıcı reaktif fonksiyonel gruplara sahip yapı blokları arasındaki kovalent bağ oluşumunu hızlandırır. Hedeften ayrıldıktan sonra, sıvı kromatografisi-kütle spektrometresi ile ortamda KTGS isabetleri tespit edilebilir. miRNA'ların seçici bağlayıcılarının tanımlanması için potansiyel bir yol, hedef miRNA'nın küçük molekül bağlayıcılarını belirlemek için KTGS kullanmak olacaktır.

Referanslar

Catanesi M, D'Angelo M, Tupone MG, Benedetti E, Giordano A, Castelli V, Cimini A (2020) Nörodejeneratif hastalıklarda MicroRNAs disregülasyon ve mitokondriyal disfonksiyon. 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 ve miR-132 sinirsel olarak türetilmiş Alzheimer hastalarının plazma eksozomları. Front 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, human amyloid-precursor protein seviyelerini azaltır ( APP), -site APP dönüştürücü enzim 1 (BACE1) ve spesifik tau protein parçaları.

Mol Psikiyatri 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 sporadik Alzheimer hastalığında BACE1 ekspresyonunu baskılar. Oncotarget 8:91551-91557.

Cressatti M, Song W, Turk AZ, Garabed LR, Benchaya JA, Galindez C, Liberman A, Schipper HM (2019) Glial HMOX1 ekspresyonu, parkinson farelerinde merkezi ve periferik -sinüklein düzensizliğini ve patojeniteyi teşvik eder. Glia 67:1730-1744.

Dey SK, Jaffrey SR (2019) RIBOTAC'lar: Bozunma için küçük moleküllü hedef RNA. Hücre Kimyası Biol 26:1047-1049.

Kumar S, Reddy AP, Yin X, Reddy PH (2019) Yeni mikroRNA-455-3p ve Alzheimer hastalığında anormal APP işlemeye ve amiloid beta toksisitesine karşı koruyucu etkisi. Biochem Biophys Acta Mol Basis Dis 1865:2428-2440.

O'Brien J, Hayder H, Zayed Y, Peng C (2018) MikroRNA biyogenezine, etki mekanizmalarına ve dolaşıma genel bakış. Ön Endokrinol 9:402.

Gabr MT, Barbault F (2020) MikroRNA146a ve monomerik tau'nun ilk ikili bağlayıcısı: Nörodejeneratif hastalıklar için çok hedefli terapötikler için yeni bir yaklaşım. Kimya Komün 56:9695-9698.

Gabr MT, Brogi S (2020) Alzheimer hastalığı için MicroRNA tabanlı çok hedefli yaklaşım: Asetilkolinesteraz ve mikro-RNA-15b biyojenezinin sınıfının birinci ikili inhibitörünün keşfi. J Med Chem 63:9695- 9704.

Gebert LFR, MacRae IJ (2019) Hayvanlarda mikroRNA fonksiyonunun düzenlenmesi. Nat Rev Mol Cell Biol 20:21-37.

Zhang P, Park HJ, Zhang J, Junn E, Andrews RJ, Velagapudi SP, Abegg D, Vishnu K, Costales MG, Childs-Disney JL, Adibekian A, Moss WN, Mouradian MM, Disney MD (2020) düzensiz protein a-sinüklein, yapısını hedef alan küçük bir molekül tarafından inhibe edilir

daha fazla bilgi için:ali.ma@wecistanche.com