गुर्दे के विकास और रोग में माइक्रोआरएनए Ⅲ

विल्म्स ट्यूमर में MiRNAs

विल्म्स ट्यूमर,यानेफ्रोब्लास्टोमा, सबसे आम बचपन हैगुर्दे का कैंसर, उत्तरी अमेरिका में 10,000 बच्चों में से 1 की घटना के साथ (111)। यह मुख्य रूप से एक छिटपुट बीमारी है, हालांकि पारिवारिक रूप लगभग 1%-2% मामलों में पाए जाते हैं (112, 113)। विल्म्स ट्यूमर असामान्य नेफ्रोजेनेसिस से उत्पन्न होते हैं, जहां प्लुरिपोटेंट भ्रूण गुर्दे के अग्रदूत विभेदित होने और बने रहने में विफल होते हैंप्रसवोत्तर जीवन में असामान्य रूप से(111, 114, 115)। ये ट्यूमर हिस्टोलॉजिकल रूप से मिलते जुलते हैंविकासशील गुर्देके साथबाधित आकारिकी(116), और भ्रूण नेफ्रोजेनेसिस में शामिल जीनों में उत्परिवर्तन, जिसमें WT1 (117–119), CTNNB1 (120), SIX1/2 (121, 122), और TP53 (123, 124) शामिल हैं, लगभग 40% विल्म्स ट्यूमर से जुड़े हैं (125)। विल्म्स ट्यूमर के पूरे जीनोम और पूरे एक्सोम अनुक्रमण का उपयोग करने वाले हाल के अध्ययनों ने कैंसर जोखिम जीन (REST, CHEK2, PALB2) (126, 127), नेफ्रोजेनेसिस (BCOR, MAP3K4) (126) के दौरान हिस्टोन संशोधनों की मध्यस्थता करने वाले प्रोटीन को एन्कोड करने वाले जीन और miRNA-प्रसंस्करण जीन (121, 122, 128, 129) में नए उत्परिवर्तन की पहचान की।

किडनी रोग के रोगियों के लिए सिस्टान्चे को काम करने में कितना समय लगता है?

miRNA-प्रसंस्करण जीनों में, DROSHA, DGCR8, DICER1, TARBP2, और XPO5 (एक्सपोर्टिन 5 को एनकोड करता है) में उत्परिवर्तन उपचार-रहित और नियोएडजुवेंट कीमोथेरेपी-उपचारित विल्म्स ट्यूमर (चित्र 3) (121, 122, 128, 129) में रिपोर्ट किए गए हैं। जांचे गए विल्म्स ट्यूमर में से लगभग 33% miRNA-प्रसंस्करण मार्ग के जीनों में हानिकारक उत्परिवर्तन प्रदर्शित करते हैं (128)। DROSHA के RNase IIIb डोमेन के मेट अल-बाइंडिंग (Mg2+) अवशेष में एक आवर्ती हॉटस्पॉट उत्परिवर्तन (E1147K), जो विल्म्स ट्यूमर के लिए अद्वितीय प्रतीत होता है, इस डोमेन की उत्प्रेरक गतिविधि को समाप्त कर देता है, जिसके परिणामस्वरूप pri-miRNAs का अधूरा विभाजन होता है और miRNA परिपक्वता कम हो जाती है (128)। DICER1 के RNase IIIb डोमेन को प्रभावित करने वाले दैहिक हॉटस्पॉट उत्परिवर्तन 5p miRNAs (जो प्री-miRNA हेयरपिन के 5'-आर्म से प्राप्त होते हैं) (129) के प्रसंस्करण को बाधित करते हैं और अक्सर "दूसरे हिट" उत्परिवर्तन के रूप में पाए जाते हैं जो DICER1 जर्मलाइन उत्परिवर्तन के साथ मिलकर DICER1 सिंड्रोम (एक विकार जो विभिन्न ट्यूमर के लिए संवेदनशीलता बढ़ाता है) में विल्म्स ट्यूमरजनन को प्रेरित करता है (130-132)। यह स्पष्ट नहीं है कि विल्म्स ट्यूमर में बिगड़ा हुआ DICER1 फ़ंक्शन लगातार और असामान्य नेफ्रोजेनेसिस का परिणाम क्यों देता है, माउस नेफ्रॉन पूर्वजों में Dicer1 के नुकसान के विपरीत, जो एपोप्टोसिस को बढ़ाता है और नेफ्रोजेनेसिस की समयपूर्व समाप्ति (72-75) का कारण बनता है। कुछ संभावित संभावनाओं में शामिल है कि जीन खुराक गतिविधि कोशिका अस्तित्व को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण हो सकती है या RNase IIIb डोमेन में उत्परिवर्तन DICER1 द्वारा miRNA बाइंडिंग की विशिष्टता को प्रभावित कर सकता है।

miRNA-प्रसंस्करण जीन में उत्परिवर्तन miR-200 (121) और let-7 परिवारों (चित्र 3) (121, 129) के सदस्यों सहित महत्वपूर्ण miRNAs के डाउनरेगुलेशन से जुड़े हैं। Let-7 miRNAs और RNA-बाइंडिंग प्रोटीन Lin28 संभवतः वृद्धि-प्रवर्तक जीन Igf2 (133) के विनियमन के माध्यम से, म्यूरिन नेफ्रोजेनेसिस की समाप्ति के समय को नियंत्रित करने के लिए मिलकर काम करते हैं। गुर्दे के विकास के दौरान Lin28 की अधिक अभिव्यक्ति नेफ्रोजेनिक पूर्वजों के विस्तार का कारण बनती है, उनके विभेदन की अंतिम लहर को बाधित करके, जो नियोप्लास्टिक परिवर्तन में परिणत होती है जो मानव विल्म्स ट्यूमर (134) की बहुत याद दिलाती है। LIN28B की बढ़ी हुई डीएनए प्रतिलिपि संख्या और let-7a की डीएनए प्रतिलिपि हानि क्रमशः 25% और 46% मानव विल्म्स ट्यूमर नमूनों में देखी जाती है (126)। इन अवलोकनों के अनुरूप, मानव DISL3L2 जीन में जर्मलाइन उत्परिवर्तन, जो लेट-7 के पूर्व-संसाधित रूपों को नष्ट करने के लिए जिम्मेदार एक एक्सोरिबोन्यूक्लिऐस को एनकोड करता है, पर्लमैन सिंड्रोम और विल्म्स ट्यूमर के लिए पूर्वधारणा का कारण बनता है (135, 136)। पर्लमैन सिंड्रोम एक जन्मजात अतिवृद्धि सिंड्रोम है, जिसकी विशेषता मैक्रोसोमिया, पॉलीहाइड्रमनिओस, चेहरे की विकृति, गुर्दे का डिसप्लेसिया और नेफ्रोब्लास्टोमैटोसिस (विल्म्स ट्यूमर के लिए एक पूर्ववर्ती घाव) है (137)। पर्लमैन सिंड्रोम वाले शिशुओं में जो नवजात अवधि से आगे जीवित रहते हैं, उनमें से 64% में विल्म्स ट्यूमर विकसित होता है (138)। दिलचस्प बात यह है कि जांचे गए छिटपुट विल्म्स ट्यूमर में से लगभग 30% में पूर्ण या आंशिक DISL3L2 विलोपन पाया गया (136)।

हाल ही में किए गए एक अध्ययन ने विल्म्स ट्यूमर के एटियलजि में miRNA विनियामक नेटवर्क के महत्व को मजबूत किया है। लेखकों ने पाया कि प्लीओमॉर्फिक एडेनोमा जीन 1 (PLAG1) विल्म्स ट्यूमर में miRNA-प्रसंस्करण जीन में उत्परिवर्तन के साथ सबसे लगातार अपग्रेड किए गए जीनों में से एक है (125)। विकासशील माउस किडनी में PLAG1 की एक्टोपिक अभिव्यक्ति नियोप्लासिया का कारण बनती है, जो इसके लक्ष्य जीन, विल्म्स ट्यूमर ऑन्कोजीन IGF2 के ट्रांसएक्टिवेशन के साथ होती है। miR-16 और miR-34, जो विल्म्स ट्यूमर में डाउनरेगुलेटेड होते हैं, PLAG1 अभिव्यक्ति के संभावित विनियामकों के रूप में पहचाने गए (125)। तालिका 2 अन्य अध्ययनों का सारांश देती है जिन्होंने विल्म्स ट्यूमर के एटियलजि से जुड़े विशिष्ट miRNAs की असामान्य अभिव्यक्ति की सूचना दी है। दिलचस्प बात यह है कि ये miRNAs अपने लक्ष्यों की प्रकृति के आधार पर विल्म्स ट्यूमर के विकास की सेटिंग में ऑन्कोजीन (ऑन्कोमिर्स कहलाते हैं) या ट्यूमर सप्रेसर्स के रूप में कार्य कर सकते हैं।

संभावित बायोमार्कर और चिकित्सीय एजेंट के रूप में MiRNAs

अपने अंतरकोशिकीय स्थान के अलावा, miRNAs रक्त, प्लाज्मा, मूत्र, स्तन दूध और लार सहित जैविक तरल पदार्थों में भी महत्वपूर्ण मात्रा में मौजूद होते हैं (139)। ये परिसंचारी miRNAs माइक्रोपार्टिकल्स (एक्सोसोम, माइक्रोवेसिकल्स और एपोप्टोटिक बॉडीज) (140, 141) में पैक किए गए पाए जाते हैं, जो AGO (142) या न्यूक्लियोफोसमिन 1 प्रोटीन (143) के साथ संयुग्मित होते हैं, या HDL (144) में लोड किए जाते हैं, जो उन्हें प्रतिकूल परिस्थितियों में भी उल्लेखनीय रूप से स्थिर बनाते हैं, जैसे कि उबलना, pH में अत्यधिक भिन्नता, विस्तारित भंडारण और कई फ्रीज-थॉ चक्र (145, 146)। इस प्रकार, जैविक तरल पदार्थों में miRNA हस्ताक्षर शारीरिक या रोग स्थितियों (147) के साथ जुड़ाव को दर्शा सकते हैं। साथ में, ये विशेषताएं परिसंचारी miRNAs को रोग निदान और रोग निदान के लिए गैर-आक्रामक बायोमार्कर के रूप में उपयोग के लिए आकर्षक बनाती हैं।

परिसंचारी miRNAs को व्यावसायिक रूप से उपलब्ध निष्कर्षण किट (148) या TRIzol (149) का उपयोग करके अविभाजित जैविक द्रव या बाह्यकोशिकीय लार पुटिका तैयारियों से सीधे निकाला जा सकता है। अलगाव के बाद, miRNAs को -70 डिग्री पर संग्रहीत किया जा सकता है और 1 वर्ष तक स्थिर रह सकता है (148)। miRNA प्रोफाइलिंग के लिए कई प्लेटफ़ॉर्म उपलब्ध हैं, जिनमें माइक्रोएरे हाइब्रिडाइजेशन, qPCR और अगली पीढ़ी की अनुक्रमण (150) शामिल हैं। माइक्रोएरे और qPCR ज्ञात miRNAs (151) की अभिव्यक्ति की जांच करने के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली पद्धतियाँ हैं। दोनों विधियों के उपयोग में सरल होने, RNA लेबलिंग से डेटा निर्माण तक अपेक्षाकृत तेज़ होने और अपेक्षाकृत लागत प्रभावी होने के लाभ हैं (152)। हालाँकि, वे जांच और प्राइमर डिज़ाइन (150) के लिए डेटाबेस में miRNA अनुक्रमों की उपलब्धता और सटीक एनोटेशन पर निर्भर करते हैं। हालाँकि अधिक महंगा है, अगली पीढ़ी की अनुक्रमण ज्ञात और नवीन miRNA प्रजातियों दोनों का एक साथ पता लगाने की अनुमति देता है और उच्च संवेदनशीलता प्रदान करता है (153)। इसके अलावा, अगली पीढ़ी के अनुक्रमण का एकल-न्यूक्लियोटाइड संकल्प आइसोमिरों की पहचान को सक्षम बनाता है, जो परिपक्व miRNA आइसोफॉर्म हैं जो लंबाई, अनुक्रम या दोनों में विहित आइसोफॉर्मों से भिन्न होते हैं (154, 155), जो miRNA की लक्ष्यीकरण विशिष्टता को बदलते हैं (156)।

विविध अध्ययनों ने बाल चिकित्सा किडनी रोगों (157-160) के लिए बायोमार्कर के रूप में परिसंचारी miRNAs की क्षमता की जांच की है। उदाहरण के लिए, एक अध्ययन ने 14 miRNAs की पहचान की जो विल्म्स ट्यूमर वाले रोगियों के सीरम में काफी हद तक अपग्रेड किए गए थे। दिलचस्प बात यह है कि miR-100-5p और miR-130-3p अभिव्यक्ति पर आधारित एक हस्ताक्षर इन रोगियों को सटीकता, संवेदनशीलता और विशिष्टता के साथ स्वस्थ नियंत्रण से अलग कर सकता है (159)। हालाँकि इस अध्ययन और कई अन्य अध्ययनों के निष्कर्षों ने बायोमार्कर के रूप में परिसंचारी miRNAs की क्षमता का पता लगाने के लिए आकर्षक प्रेरणा प्रदान की है, लेकिन व्यापक नैदानिक ​​अनुप्रयोग से पहले क्षेत्र में कई बाधाओं को दूर करने की आवश्यकता है। सबसे पहले, अध्ययनों के बीच आम सहमति की सापेक्ष कमी है जो संभवतः शुद्धिकरण (161) और नमूनों के विश्लेषण के लिए मानकीकृत पद्धति की अनुपस्थिति के कारण है (उदाहरण के लिए, miRNA प्रोफाइलिंग प्लेटफ़ॉर्म में अंतर, संदर्भ 162, 163; या smRNA-Seq लाइब्रेरी तैयारी विधियों में अंतर, संदर्भ 164)। दूसरा, बड़े-नमूना-आकार के अध्ययनों और विशिष्ट पर विस्तृत जांच की कमी है।रोग।एक अन्य महत्वपूर्ण पहलू यह है कि miRNA प्रोफाइल पर आयु, लिंग और बाहरी कारकों (जैसे, तंबाकू, शराब, आदि) जैसे भ्रामक चरों के प्रभाव का पूरी तरह से पता नहीं लगाया गया है (गहन समीक्षा के लिए, कृपया संदर्भ 165 देखें)।

चिकित्सीय पक्ष पर, कई miRNA-आधारित दवाएँ वर्तमान में नैदानिक ​​परीक्षणों में हैं, लेकिन उन्हें अभी तक FDA की स्वीकृति नहीं मिली है (166, 167)। miRNA थेरेपी के लिए मुख्य दृष्टिकोण miRNA नकल का उपयोग करके miRNA के स्तर की बहाली, या एंटीगोमिआर का उपयोग करके विशिष्ट miRNA का निषेध (168) शामिल हैं। miRNA-आधारित चिकित्सा के विकास से जुड़ी चुनौतियों में से एक प्रत्येक रोग के लिए miRNA उम्मीदवारों की पहचान है। चूँकि प्रत्येक रोग में कई miRNAs का विनियमन नहीं होता है, इसलिए इन विट्रो और इन विवो परख के साथ संयोजन में रोगी के नमूनों का सावधानीपूर्वक विश्लेषण किया जाना चाहिए जो कि संबंधित miRNAs द्वारा प्रभावित पैथोफिज़ियोलॉजिकल तंत्रों को संबोधित करते हैं, ताकि चिकित्सीय हस्तक्षेप के लिए उम्मीदवार miRNAs को कम किया जा सके (168, 169)। एक अन्य चुनौती में न्यूनतम विषाक्तता और ऑफ-टारगेट प्रभावों के साथ इन विवो स्थिरता और साइट-विशिष्ट दवा वितरण में सुधार करने के लिए रणनीतियों का विकास शामिल है। पेंटोस रिंग पर 2'-हाइड्रॉक्सिल समूह की उपस्थिति के कारण RNA अणु रासायनिक रूप से अस्थिर होते हैं। सीरम या कोशिकाओं के एंडोसाइटिक कम्पार्टमेंट में मौजूद न्यूक्लिऐसेस से उच्च स्थिरता और सुरक्षा प्रदान करने के लिए, बायोटेक कंपनियों ने अपने बैकबोन में रासायनिक संशोधनों (2'-O-मिथाइल समूह, फॉस्फोरोथियोएट, या लॉक किए गए न्यूक्लिक एसिड) के साथ RNA अणु उत्पन्न किए हैं (166)। इन विवो डिलीवरी के लिए, प्रौद्योगिकियों में लिपिड-आधारित (जैसे, लिपिड नैनोपार्टिकल और न्यूट्रल लिपोसोम) और कई अन्य रणनीतियों के अलावा एक लक्ष्यीकरण भाग से संयुग्मित डेंड्रिमर्स शामिल हैं। miRNA डिलीवरी सिस्टम से जुड़ी प्रमुख चुनौतियाँ इम्यूनोटॉक्सिसिटी और बीमारी वाली जगह के प्रति लक्ष्य-विशिष्ट आत्मीयता हैं (170)। प्रशासन के विभिन्न तरीकों (इंट्रापेरिटोनियल, अंतःशिरा और उपचर्म इंजेक्शन) या किडनी-विशिष्ट और प्रेरित प्रमोटर युक्त वैक्टर का उपयोग करके डिलीवरी रणनीतियों का चयनात्मक किडनी लक्ष्यीकरण के लिए और अन्य ऊतकों और अंगों में संभावित प्रतिकूल प्रभावों से बचने के लिए सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है (171, 172)।

तालिका 2. विल्म्स ट्यूमर में परिवर्तित miRNAs की सूची

miRNAs की सूची, विश्लेषण किए गए नमूने/नमूने, इन नमूनों/नमूनों में देखे गए miRNA के स्तर की उचित नियंत्रणों से तुलना, लक्ष्य जीन, miRNA परिवर्तनों के परिणाम, और संदर्भ। CAMKK2, कैल्शियम/कैल्मोडुलिन-निर्भर प्रोटीन काइनेज काइनेज 2; CDC7, कोशिका विभाजन चक्र 7; CDH1, कैडहेरिन 1; CREB1, cAMP-प्रतिक्रिया तत्व-बंधन प्रोटीन 1; EYA1, आंखें अनुपस्थित होमोलॉग 1; E2F3, E2F प्रतिलेखन कारक 3; FRS2, FGF रिसेप्टर सब्सट्रेट 2; Glut1, ग्लूकोज ट्रांसपोर्टर 1; IGF1R, IGF1 रिसेप्टर; Jag1, jagged1; MET, मेसेनकाइमल-एपिथेलियल संक्रमण; MKNK1 p73, ट्यूमर प्रोटीन p73; SIX1, साइनोकुलिस होमोबॉक्स होमोलॉग 1; TGFBR1, TGF- रिसेप्टर 1; WT, विल्म्स ट्यूमर।

सारांश

1993 में miRNAs की प्रारंभिक खोज के बाद से miRNA बायोजेनेसिस, miRNA अभिव्यक्ति के विनियमन और miRNA फ़ंक्शन के बारे में जानकारी का विस्फोट हुआ है (6, 7)। इसके साथ ही इस बात की समझ भी लगातार बढ़ रही है कि miRNAs सामान्य शरीर क्रिया विज्ञान और कई बीमारियों के पैथोफिज़ियोलॉजी दोनों में कैसे काम करते हैं। यह स्पष्ट हो गया है कि miRNA अभिव्यक्ति का असंयम प्रारंभिक किडनी विकास को बाधित करता है और CAKUT और विल्म्स ट्यूमर जैसे विकासात्मक किडनी रोगों के रोगजनन में शामिल है। बायोमार्कर और नए ड्रग टारगेट के रूप में miRNAs के उपयोग में हाल के विकास के साथ, यह समझना महत्वपूर्ण है कि miRNAs किडनी के विकास और बीमारी को कैसे नियंत्रित करते हैं, यह समझने के लिए कि इन बीमारियों के लिए नए निदान और उपचारात्मक तरीकों में उनका उपयोग कैसे किया जा सकता है। इन प्रयासों को पूरी तरह से साकार करने के लिए, किडनी के विकास में विशिष्ट miRNAs के कार्य की पहचान करने वाले भविष्य के अध्ययन महत्वपूर्ण हैं, साथ ही किडनी के लिए छोटे ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड उपचारों को लक्षित करने के लिए प्रौद्योगिकियों का अनुकूलन करना भी महत्वपूर्ण है।

स्वीकृतियाँ

जेएच की प्रयोगशाला को एनआईएच नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ डायबिटीज एंड डाइजेस्टिव एंड किडनी डिजीज (R01DK125015 और R01DK102843) से अनुदान प्राप्त होता है। डीएमसी को नेफ्रोटिक सिंड्रोम स्टडी नेटवर्क कैरियर डेवलपमेंट अवार्ड और पिट्सबर्ग के चिल्ड्रन हॉस्पिटल रिसर्च एडवाइजरी काउंसिल पोस्टडॉक्टरल फेलोशिप द्वारा समर्थन दिया गया था। एमटी को पिट्सबर्ग विश्वविद्यालय समर रिसर्च इंटर्नशिप प्रोग्राम (R25DK119180) द्वारा समर्थन दिया गया था। आंकड़े BioRender.com के साथ बनाए गए थे। पत्राचार का पता: जैकलीन हो, नेफ्रोलॉजी विभाग, बाल रोग विभाग, यूपीएमसी चिल्ड्रन हॉस्पिटल ऑफ पिट्सबर्ग, रंगोस रिसर्च सेंटर, 4401 पेन एवेन्यू, पिट्सबर्ग, पेनसिल्वेनिया 15224, यूएसए। फोन: 412.692.9440; ईमेल: jacqueline.ho2@chp.edu.

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