Uued väikesemolekulilised terapeutilised lähenemisviisid Alzheimeri tõve ja Parkinsoni tõve jaoks, mis põhinevad mikroRNA-de sihtimisel

MikroRNA-de roll neurodegeneratiivsete haiguste progresseerumisel: MikroRNA-d (miRNA-d) on endogeensed, mittekodeerivad ja lühikesed RNA nukleotiidid, mis reguleerivad geeniekspressiooni läbi aluste sidumise sihtmärgiks oleva messenger-RNA-ga (mRNA) 3'-mittetransleeritavas piirkonnas (3'). UTR). Seega mängivad miRNA-d olulist rolli messenger-RNA-de pärssimisel või lagunemisel (Gebert ja MacRae, 2019). Kaks ribonukleaasi (RNase) III ensüümi kontrollivad miRNA-de biogeneesi; Drosha ja Dicer. Biogeneesi esimene samm hõlmab primaarsete miRNA-de (pri-miRNA-de) lõhustamist raku tuumas Drosha poolt, mis viib lühikese tüviahelaga pre-miRNA-de moodustumiseni. Seejärel transporditakse need pre-miRNA-d tsütoplasmasse ja Dicer töötleb neid edasi, mille tulemuseks on küpsed miRNA-d (O'Brien et al., 2018).

Klõpsake Alzheimeri tõve kapslite cistanche tubulosa saamiseks

Paljude haiguste puhul ilmneb miRNA-de ebanormaalne ekspressioon, nagu rinnavähk, leukeemia, hepatotsellulaarne kartsinoom ning kardiovaskulaarsed ja neurodegeneratiivsed haigused. On tuvastatud, et enam kui 2000 miRNA-l on võtmeroll neuronite eristamisel, mis tõstab esile miRNA-de osaluse erinevates neuronaalsetes protsessides. Kirjandusest selgub, et miRNA-d on seotud erinevate radadega, mis on otseselt seotud neurodegeneratiivsete haiguste progresseerumisega (joonis 1A). -Sünukleiin, neuroloogiliste häiretega seotud presünaptiline valk, on olemuslikult korrastamata valk. Sünukleiini agregatsioon lahustumatute fibrillide ja Lewy kehade moodustamiseks on neuroloogiliste häirete, nagu Parkinsoni tõbi ja Alzheimeri tõbi, diagnoosimisel peamine patoloogiline tunnus. -sünukleiini agregatsiooni inimese neuroblastoomi rakkudes soodustab miR-16-1, mis on tingitud miR-16-1 võimest reguleerida alla kuumašoki valku 70. Hiljuti on miR-153 -sünukleiini negatiivset reguleerimist on näidatud parkinsonismi hiirtel (Cressatti et al., 2019).

Veelgi enam, miR-34b pärssimine Parkinsoni tõvega patsientidel suurendas -sünukleiini ekspressiooni inimese ajus. Tau, mikrotuubulitega seotud valk, ekspresseerub küpses inimese ajus kuues isovormis. Tau ebanormaalset hüperfosforüülimist ja agregatsiooni küpseteks fibrillideks täheldatakse Alzheimeri tõve ja teiste neuroloogiliste häirete, mida nimetatakse tauopaatiateks, korral. Alzheimeri tõvega patsientide neuraalsetes plasmaeksosoomides tuvastati miR-212 ja miR-132 alareguleerimine (Cha et al., 2019). Nende leidude põhjal peetakse miR212 ja miR-132 taseme hindamist ekstratsellulaarsetes vesiikulites paljulubavaks Alzheimeri tõve diagnostikavahendiks. Arvukad aruanded on näidanud seost neurodegeneratiivsete haiguste ja mitokondriaalse dünaamika düsfunktsiooni vahel, nagu mitokondrite suuruse varieerumine, muutunud kuju, lõhustumine ja mitokondrite liikumine. Selles kontekstis on teatatud, et miR-27a pärsib PTEN-indutseeritud oletatava kinaasi 1, mitokondriaalse seriini/treoniini kinaasi, mis on mitofagia võtmetegelane, ekspressiooni. Seega mängib miR{12}a võtmerolli kahjustatud mitokondrite autofaagilise kliirensi kontrollimisel.

PTEN-indutseeritud oletatava kinaasi 1 mutatsioone peetakse autosomaalse retsessiivse Parkinsoni tõve peamiseks soodustajaks. Samamoodi indutseerib miR-494 mitokondriaalseid kahjustusi ja oksüdatiivsest stressist põhjustatud neuronite kahjustusi, vähendades Parkinsoni tõve valgu 7 ekspressiooni, mis on sünukleiini agregatsiooni inhibiitor (Catanesi et al., 2020). Lisaks näitas uudne miR-455- 3p kaitsvat toimet amüloidi agregatsiooni vastu, kontrollides mitokondriaalse lõhustumise valkude ekspressiooni ja reguleerides mitokondriaalset dünaamikat (Kumar et al., 2019). Viimastel aastatel on -sekretaas 1 (BACE1) saanud Alzheimeri tõve kriitilise terapeutilise sihtmärgina üha enam tähelepanu. BACE-1, tuntud ka kui amüloidi prekursorvalku lõhustav ensüüm 1, on peamine sekretaas, mis on seotud amüloidpeptiidide tootmisega inimese ajus. Nende peptiidide hilisem agregatsioon ja fibrillatsioon amüloidnaastude moodustamiseks on Alzheimeri tõve peamised diagnostilised tunnused.

Lisaks on mitmed tõendid näidanud amüloidpeptiidide väikeste oligomeeride neurotoksilisust. MiR-298 tuvastati hiljuti inimese neuronaalse rakukultuuri mudelis BACE1 repressorina, mis näitab miR298 terapeutilist potentsiaali neurodegeneratiivsete haiguste korral (Chopra et al., 2020). Veelgi enam, BACE-1 ekspressiooni reguleerib otseselt miR15b, mis toimib BACE1 mRNA 3'-UTR sihtimisega (Gong et al., 2017). Need leiud näitavad, et miRNA-d on võtmetegurid BACE{11}} funktsiooni ja selle rolli kontrollimisel neurodegeneratiivsete haiguste patogeneesis.

Väikeste molekulide arendamine neurodegeneratiivsete haiguste jaoks, mis põhinevad miRNA-de sihtimisel:

Väikeste molekulidega haigusi põhjustavate miRNA-de sihtimine on näidanud paljutõotavat tulemust nii in vitro kui ka in vivo sõeluuringul. Seega on märkimisväärsed uurimistööd suunatud uute strateegiate väljatöötamisele potentsiaalse miRNA sidumisvõimega väikeste molekulide tuvastamiseks ja kujundamiseks. MiRNA-de lühikesed järjestused on aga takistanud tugevate väikesemolekuliliste sideainete tuvastamist ja nihutanud fookuse pikemate järjestustega pre-miRNA-de sihtimisele. Inforna ja Inforna 2.0 on tööriistad, mis on välja töötatud struktureeritud RNA-sid sihtivate väikeste molekulide tuvastamiseks. Need lähenemisviisid põhinevad RNA-de kaevandamismotiividel (sekundaarsed struktuurid), mis põhinevad nende järjestustel.

Neid motiive võrreldakse seejärel teadaolevate RNA motiivide-väikeste molekulide sidumispartnerite andmebaasiga. Seejärel teatab Inforna nii andmebaasis olevast motiivist kui ka siht-RNA-st. Informat on hiljuti kasutatud ühendi 1 (joonis 1B) kui sünukleiini ekspressiooni inhibiitori tuvastamiseks (Zhang et al., 2020). Ühend 1 on suunatud -sünukleiini mRNA 5' UTR-ile ja vähendab a-sünukleiini taset, vähendades polüsoomidesse laetud SNCA mRNA kogust. Hiljuti on RIBOTAC-id (ribonukleaasi sihtivad kimäärid) arenenud uute väikeste molekulide klassina, mis võivad sihtida erinevaid RNA klasse, sealhulgas miRNA-sid ja mRNA-sid (Dey ja Jaffrey, 2019). RIBOTACide disain põhineb RNA-d siduvate molekulide sidumisel väikese molekuliga, mis aktiveerib RNA L, latentse ribonukleaasi, mille tulemuseks on siht-RNA lagunemine.

MiRNA-dele keskendunud neurodegeneratiivsete haiguste multisihtmärgilised ligandid (MTDL-id):

MTDL-id on ligandid, mis on loodud häirima mitmeid neuroloogiliste häirete progresseerumisega seotud radasid nende mitmetahulise omaduse tõttu. MTLD-de märkimisväärne edu in vitro ja in vivo efektiivsusega väikeste molekulide tuvastamisel neurodegeneratiivsete haiguste mudelites on toonud kaasa jätkuvaid jõupingutusi uute MTDL-ide kujundamise tööriistade väljatöötamiseks. Sellega seoses teatati hiljuti uudsest strateegiast neurodegeneratiivsete haiguste MTDL-de tuvastamiseks, mis põhineb atsetüülkoliinesteraasi kahekordsel inhibeerimisel ja miRNA-de biogeneesil (Gabr ja Brogi, 2020). Ühend 2 (joonis 1B), atsetüülkoliinesteraasi ja miR-15b biogeneesi kahekordne inhibiitor, oli SH-SY5Y neuroblastoomirakkude kaitsmisel amüloid-beeta indutseeritud tsütotoksilisuse eest tõhusam kui donepesiil ja anti-miR-15. .

Veelgi enam, tau oligomerisatsiooni ja neuroloogiliste häirete progresseerumisega seotud miRNA-de biogeneesi (nt miRNA-146a) kahekordne pärssimine on MTDL-de kujundamisel paljulubav strateegia (Gabr ja Barbault, 2020). Selle lähenemisviisi tulemusel saadi ühend 3 (joonis 1B), millel oli parem neuroprotektiivne toime kui miRNA146a antagomiir ja MK-886, mis on tau agregatsiooni inhibiitor. Need uuringud illustreerivad veelgi, et miRNA-de biogeneesi inhibeerimisele keskendunud MTDL-ide disain on näidanud eelistatavat terapeutilist profiili võrreldes monosihtotstarbeliste ravimitega. Seetõttu on nende lähenemisviiside tulemuste edasine sõelumine neurodegeneratiivsete haiguste in vivo mudelite abil tulevase optimeerimise jaoks kriitilise tähtsusega

Edasised suunad:

Tõhusate strateegiate väljatöötamisel väikeste molekulide tuvastamiseks, mis võivad selektiivselt siduda miRNA-sid, on märkimisväärne mõju võimele kontrollida neurodegeneratiivsete haigustega seotud valkude ekspressiooni. Drosha ja Diceri väikeste molekulidega inhibiitoreid on laialdaselt uuritud kui vahendeid miRNA-de biogeneesi pärssimiseks. Paljudel Diceri ja Drosha inhibiitoritel on aga nõrgenenud miRNA sidumisafiinsus rakukeskkonnas ning võimetus blokeerida miRNA küpsemist.

Need tulemused on tingitud nende väikeste molekulide valimatust sihtimisest ja nende konkurentsist teiste makromolekulidega miRNA-de sidumisel. Seetõttu on väga soovitav uute lähenemisviiside loomine miRNA-de selektiivseks sidumiseks. Kineetiline sihtmärk juhitud süntees (KTGS) on fragmendipõhine ravimite avastamise lähenemisviis, mille käigus bioloogiline sihtmärk valib oma kahehambalised ligandid, koondades need väikeste reaktiivsete fragmentide kogumist.

KTGS-is kiirendab bioloogiline sihtmärk kovalentse sideme moodustumist täiendavate reaktiivsete funktsionaalrühmadega ehitusplokkide vahel suurendatud resonantsiaja kaudu. Pärast sihtmärgist dissotsieerumist saab KTGS-i tabamusi avastada meedias vedelikkromatograafia-massispektromeetria abil. Potentsiaalne viis miRNA-de selektiivsete sideainete tuvastamiseks oleks KTGS-i kasutamine sihtmärk-miRNA väikeste molekulidega sideainete tuvastamiseks.

Viited

Catanesi M, D'Angelo M, Tupone MG, Benedetti E, Giordano A, Castelli V, Cimini A (2020) MikroRNA-de düsregulatsioon ja mitokondriaalne düsfunktsioon neurodegeneratiivsete haiguste korral. 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 ja miR-132 on närvisüsteemis allareguleeritud Alzheimeri tõvega patsientide plasmaeksosoomid. 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 vähendab inimese amüloidi prekursorvalgu taset ( APP), -saidi APP konverteeriv ensüüm 1 (BACE1) ja spetsiifilised tau valgu fragmendid.

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 pärsib BACE1 ekspressiooni juhusliku Alzheimeri tõve korral. Oncotarget 8:91551-91557.

Cressatti M, Song W, Turk AZ, Garabed LR, Benchaya JA, Galindez C, Liberman A, Schipper HM (2019) Glial HMOX1 ekspressioon soodustab kesk- ja perifeerset sünukleiini düsregulatsiooni ja patogeensust parkinsonismi hiirtel. Glia 67:1730-1744.

Dey SK, Jaffrey SR (2019) RIBOTACid: väikese molekuliga siht-RNA lagundamiseks. Cell Chem Biol 26:1047-1049.

Kumar S, Reddy AP, Yin X, Reddy PH (2019) Uus mikroRNA-455-3p ja selle kaitsev toime ebanormaalse APP töötlemise ja amüloid-beetatoksilisuse vastu Alzheimeri tõve korral. Biochem Biophys Acta Mol Basis Dis 1865:2428-2440.

O'Brien J, Hayder H, Zayed Y, Peng C (2018) Ülevaade mikroRNA biogeneesist, toimemehhanismidest ja vereringest. Eesmine Endokrinool 9:402.

Gabr MT, Barbault F (2020) MikroRNA146a ja monomeerse tau esimene topeltsideaine: uudne lähenemisviis neurodegeneratiivsete haiguste mitmesuunalisele ravile. Chem Commun 56:9695-9698.

Gabr MT, Brogi S (2020) MikroRNA-l põhinev mitme sihtmärgiga lähenemisviis Alzheimeri tõve jaoks: oma klassis esimese atsetüülkoliinesteraasi ja mikro-RNA{5}b biogeneesi topeltinhibiitori avastamine. J Med Chem 63:9695- 9704.

Gebert LFR, MacRae IJ (2019) MikroRNA funktsiooni reguleerimine loomadel. 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) Sisemise tõlge korrastamata valgu a-sünukleiini inhibeerib väike molekul, mis on suunatud selle struktuurile

lisateabe saamiseks:ali.ma@wecistanche.com