किडनी के विकास और रोग में माइक्रोआरएनए Ⅰ

परिचय

माइक्रोआरएनए (miRNAs) अंतर्जात छोटे गैर-कोडिंग आरएनए हैं जो आमतौर पर लंबाई में 19-22 न्यूक्लियोटाइड होते हैं। मानव जीनोम में 1917 एनोटेटेड हेयरपिन प्रीकर्सर और 2654 परिपक्व miRNAs (1) होते हैं, जो 60% से अधिक मानव प्रोटीन-कोडिंग जीन (2) को नियंत्रित करते हैं। MiRNAs ट्रांसलेशनल रिप्रेशन और mRNA अस्थिरता (3-5) दोनों के माध्यम से पोस्टट्रांसक्रिप्शनल स्तर पर जीन अभिव्यक्ति को नियंत्रित करते हैं। 1993 में नेमाटोड कैनोरहैबडाइटिस एलिगेंस में सेल वंश निर्णयों को विनियमित करने के लिए दिखाए गए पहले पहचाने गए miRNA के कार्य की खोज के बाद से, miRNAs को विभिन्न जैविक प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने के लिए प्रदर्शित किया गया है, जिसमें शामिल हैंगुर्दे का आकारिकी. miRNA अभिव्यक्ति का अनियमनगुर्दे के प्रारंभिक विकास को बाधित करता हैऔर विकासात्मक रोगजनन में शामिल किया गया हैगुर्दे की बीमारियाँइस समीक्षा में, हम miRNA जैवजनन, कार्य और लक्ष्यीकरण पर वर्तमान ज्ञान का सारांश प्रस्तुत करते हैं। फिर हम किडनी मॉर्फोजेनेसिस और में miRNAs की भूमिका पर ध्यान केंद्रित करते हैं।विकासात्मक गुर्दा रोग, शामिलजन्मजात विसंगतियांकीगुर्दे और मूत्र पथ(काकुट) औरविल्म्स ट्यूमरअनुसंधान के अतिरिक्त दिलचस्प क्षेत्र, जिसमें कई अन्य किडनी रोगों में miR NA की भूमिका शामिल है, जैसे कि तीव्र किडनी की चोट (8-10), पॉलीसिस्टिक किडनी रोग (11), और किडनी प्रत्यारोपण (10), अन्य हालिया समीक्षाओं में व्यापक रूप से संबोधित किया गया है। अंत में, हम संभावित रूप से नए बायोमार्कर और चिकित्सीय एजेंट के रूप में miRNA की उपयोगिता पर चर्चा करके निष्कर्ष निकालते हैं।

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miRNA जैवजनन और कार्य

miRNAs का जैवजनन नाभिक में शुरू होता है, जहाँ RNA पॉलीमरेज़ II miRNA-एनकोडिंग जीन को कैप्ड और पॉलीएडेनिलेटेड हेयरपिन ट्रांसक्रिप्ट में ट्रांसक्राइब करता है, जिन्हें प्राइमरी miRNAs या pri-miRNAs (चित्र 1) (12, 13) कहा जाता है। उनके जीनोमिक स्थान के आधार पर, miRNA-एनकोडिंग जीन को इंट्राजेनिक (होस्ट जीन के इंट्रॉन के भीतर स्थित; संदर्भ 14) या इंटरजेनिक (होस्ट जीन से स्वतंत्र रूप से ट्रांसक्राइब किए गए और उनके ट्रांसक्रिप्शनल विनियामक तत्व होने; संदर्भ 15) के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। इसके अलावा, कुछ miRNAs क्लस्टर में मौजूद होते हैं और पॉलीसिस्ट्रोनिक ट्रांसक्रिप्ट (16) के रूप में ट्रांसक्राइब किए जाते हैं।

प्रतिलेखन के बाद, प्री-miRNA को माइक्रोप्रोसेसर कॉम्प्लेक्स सबयूनिट DGRC8 के साथ राइबोन्यूक्लिअस III-जैसे एंजाइम DROSHA द्वारा एक 70-न्यूक्लियोटाइड हेयरपिन संरचना में विभाजित किया जाता है, जिसे प्री-miRNA (17–20) कहा जाता है। एक्सपोर्टिन 5/GTP-बाइंडिंग न्यूक्लियर प्रोटीन RAN प्री-miRNA को साइटोप्लाज्म (21, 22) में निर्यात करता है, जहाँ प्री-miRNA अपने टर्मिनल लूप को RNase III DICER और TRBP (या TARBP2) द्वारा विभाजित करके गाइड और पैसेंजर स्ट्रैंड (क्रमशः miRNA:miRNA*) से युक्त एक 22-न्यूक्लियोटाइड miRNA डुप्लेक्स बनाता है। अगले चरण में, miRNA डुप्लेक्स को RISC (23) बनाने के लिए एक आर्गोनॉट (AGO) प्रोटीन पर लोड किया जाता है। स्ट्रैंड चयन और अनवाइंडिंग के बाद, पैसेंजर स्ट्रैंड को छोड़ दिया जाता है और विघटित कर दिया जाता है (24), जबकि गाइड स्ट्रैंड RISC में रहता है और वॉटसन-क्रिक बेस पेयरिंग के माध्यम से लक्ष्य mRNA पहचान को संचालित करता है

चित्र 1. miRNAs का जैवजनन। MiRNA-एनकोडिंग जीन को RNA पॉलीमरेज़ II द्वारा प्राथमिक miRNA (pri-miRNA) में ट्रांसक्राइब किया जाता है। इसके बाद, RNA-बाइंडिंग प्रोटीन DGRC8 और RNase III एंजाइम ड्रोशा द्वारा निर्मित एक कॉम्प्लेक्स pri-miRNA को विभाजित करता है, जिससे पूर्ववर्ती miRNA (प्री-miRNA) उत्पन्न होता है, जिसे एक्सपोर्टिन 5 के माध्यम से कोशिका द्रव्य में निर्यात किया जाता है। कोशिका द्रव्य में एक बार, डिसर/TRBP कॉम्प्लेक्स प्री-miRNA को विभाजित करता है, जिससे परिपक्व miRNA निकलता है। अंत में, परिपक्व miRNA को RISC पर लोड किया जाता है, जो वाटसन-क्रिक बेस पेयरिंग के माध्यम से लक्ष्य mRNA पहचान को आगे बढ़ाता है, जो अनुवाद दमन या mRNA गिरावट के माध्यम से जीन साइलेंसिंग में परिणत होता है। DGRC8, डिजॉर्ज सिंड्रोम क्रिटिकल रीजन 8; RISC, RNA-प्रेरित साइलेंसिंग कॉम्प्लेक्स; TRBP, TAR RNA-बाइंडिंग प्रोटीन। BioRender.com के साथ बनाया गया।

अधिकांश अध्ययनों से पता चलता है कि miRNAs के 5′ छोर पर डोमेन (जिसे बीज अनुक्रम कहा जाता है, जो न्यूक्लियोटाइड स्थिति 2 से 7 तक फैला हुआ है) अपने लक्ष्य mRNAs के 3′ अनट्रांसलेटेड क्षेत्र (3′UTR) पर एक विशिष्ट क्षेत्र के साथ बातचीत करता है, जिससे अनुवाद संबंधी दमन और/या mRNA डेडेनिलेशन और क्षय (3–5) होता है। हालाँकि, miRNA बाइंडिंग साइट्स की पहचान अन्य क्षेत्रों में भी की गई है, जिसमें 5′UTR (25, 26), कोडिंग अनुक्रम (27), और जीन प्रमोटर (28–30) शामिल हैं। हालाँकि miRNAs मुख्य रूप से जीन दमन से जुड़े होते हैं, लेकिन miRNAs द्वारा पोस्टट्रांसक्रिप्शनल अपग्रेडेशन भी कुछ परिस्थितियों में हो सकता है (28, 31–33)।

miRNA-मध्यस्थ जीन विनियमन (34, 35) से जुड़ी कई अनूठी विशेषताएं हैं। सबसे पहले, एक एकल miRNA सैकड़ों mRNA को लक्षित और दबा सकता है, हालांकि आमतौर पर प्रत्येक लक्ष्य के लिए अपेक्षाकृत हल्के स्तर पर। इस प्रकार, miRNA को जीन अभिव्यक्ति को ठीक करने के लिए कार्य करने के लिए माना जाता है। हालाँकि, चूँकि प्रत्येक mRNA समान या अलग miRNA के लिए कई बंधन स्थलों को शामिल कर सकता है, इसलिए परिणामी संयुक्त प्रभाव अधिक शक्तिशाली होता है (36–38)। इसके अलावा, किसी दिए गए सिग्नलिंग मार्ग के भीतर कई घटकों को व्यक्तिगत miRNA या miRNA क्लस्टर द्वारा संशोधित किया जा सकता है (39, 40)। दूसरा, miRNA-मध्यस्थ दमन अपेक्षाकृत तेज़ी से होता है, क्योंकि miRNA राइबोसोम स्तर पर प्रोटीन संश्लेषण को अवरुद्ध करता है (41)। तीसरा, miRNA को साइट-विशिष्ट प्रोटीन अनुवाद को विनियमित करने के लिए विशिष्ट उपकोशिकीय डिब्बों में केंद्रित किया जा सकता है (42, 43)। अंत में, miRNA का एक छोटा उपसमूह विभिन्न कोशिका प्रकारों में कुल miRNA पूल पर हावी होता है, जो यह सुझाव देता है कि ये मास्टर miRNA के रूप में कार्य कर सकते हैं (44)। इस विचार को ध्यान में रखते हुए, सबसे प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले miRNAs में से कुछ में कई प्रकार की कोशिकाओं में AGO प्रोटीन द्वारा मध्यस्थता वाले पोस्टट्रांसक्रिप्शनल विनियमन का बहुमत शामिल होता है (44, 45)। उदाहरण के लिए, अमर मानव भ्रूण किडनी सेल लाइन (HEK293T) में, miRNAs जो 100-1000 रीड प्रति मिलियन से कम व्यक्त किए गए थे, उन्होंने उच्च-थ्रूपुट miRNA सेंसर लाइब्रेरी (45) का उपयोग करके दमनकारी गतिविधि का प्रदर्शन नहीं किया।

विभिन्न सेलुलर संकेतों के जवाब में उचित miRNA अभिव्यक्ति सुनिश्चित करने के लिए miRNAs का जैवजनन सख्त स्थानिक और लौकिक नियंत्रण में होता है। miRNA जैवजनन का विनियमन कई स्तरों पर होता है, जिसमें miRNA जीन के प्रवर्धक और/या प्रवर्तकों के लिए प्रतिलेखन कारक बंधन, pri-miRNAs की DROSHA प्रक्रिया, प्री-miRNAs की DICER प्रक्रिया, RNA मिथाइलेशन, miRNA अग्रदूतों का संपादन, एडेनिलेशन, यूरिडिलेशन, RNA क्षय और कई अन्य तंत्र शामिल हैं। गहन समीक्षा के लिए, कृपया हा और किम (46) को देखें। हाल ही में, सुपर-एन्हांसर भी प्रतिलेखन और DROSHA/DGCR8-मध्यस्थ pri-miRNA प्रसंस्करण दोनों को बढ़ाकर miRNA जैवजनन को नियंत्रित करने वाले विनियामक तत्वों के एक नए वर्ग के रूप में उभरे हैं। एक व्यापक H3K4me3 हस्ताक्षर के संयोजन में, सुपर-एन्हांसर गतिविधि ऊतक-विशिष्ट miRNA अभिव्यक्ति पैटर्न और कार्यों को आकार देती है (47)।