СИСТЕМНИЙ АНАЛІЗ АКТИВНОСТІ мікроРНК ПРИ ПУХЛИННОМУ ЗРОСТАННІ

О. П. Мінцер; В. М.  Заліський; Е. А.  Малярчук

doi:10.11603/mie.1996-1960.2019.4.11018

Автор(и)

О. П. Мінцер Національна медична академія післядипломної освіти імені П. Л. Шупика https://orcid.org/0000-0002-7224-4886
В. М. Заліський Національна медична академія післядипломної освіти імені П. Л. Шупика
Е. А. Малярчук Національна медична академія післядипломної освіти імені П. Л. Шупика

DOI:

https://doi.org/10.11603/mie.1996-1960.2019.4.11018

Ключові слова:

некодуючі РНК, мікроРНК, транспозони, геномна нестабільність, альтерація генів онкосупресорів, активація онкогенів, мутації, математичне моделювання, епігенетика

Анотація

Концептуалізовано дані щодо ролі мікроРНК. При аналізі можливих стратегій відновлення нормального рівня р53 і р53-залежних від мікроРНК із метою профілактики злоякісних новоутворень висловлено припущення, що виявлені факти змінили розуміння експресії генів і створили прецедент для розроблення нових методів діагностики та лікування раку. Представляється важливим виявлення додаткових потенЦійних мішеней мікроРНК і розроблення безпечних методів лікування на основі мікроРНК із тим, щоб модуляція мікроРНК стала критичним методом для лікування раку. У цьому плані становить інтерес вивчення варіантів протиракової терапії, пов'язаних із одночасною гіперактивацією двох регуляторів апоптозу — р53 і мікроРНК. У рамках прийнятого математичного моделювання показано потенційно високу антибластомну терапію, мішенню якої є білок-інгібітор р53 як основна ланка петлі позитивного зворотного зв'язку р53 — мікроРНК, а також ініціації метастазування пухлин. Зроблено висновки: 1. МікроРНК являють собою найважливіші регулятори клітинного диференціювання, проліферації і виживання. Зміни в експресії мікроРНК явно пов'язані з прогресуванням численних захворювань людини, зокрема, раку. 2. МікроРНК виконують ключову роль у генезі пухлин як важливі модулятори/демодулятори в клітинних шляхах, регулюючи експресію гена цілі через репресію перекладу або погіршення mRNA. Отже, мікроРНК є привабливими кандидатами на роль прогностичних біомаркерів і терапевтичних мішеней при раку.

Посилання

Lee, R. C., Feinbaum, R. L., Ambros, V. (1993). The c. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell. 75, 843-54. DOI: https://doi.org/10.1016/0092-8674(93)90529-Y

Mattick, J. S., Gagen, M. J. (2001). The evolution of controlled multitasked gene networks: The role of introns and other noncoding RNAs in the development of complex organisms. Mol Biol Evol. 18, 1611-30. DOI: https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a003951

Azam, M. R., Fazal, S., Ullah, M., Bhatti, A. I. (2018). Systems-based strategies for p53 recovery. IET Syst boil, 12(3), 101-7.

Tao, G., Martin, J. F. (2013). MicroRNAs get to the heart of development. Elife, 2, 01710. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.01710

Menghini, R., Stohr, R, Federici, M. (2014). MicroRNAs in vascular aging and atherosclerosis. Ageing Res Rev., 17, 68-78. DOI: https://doi.org/10.1016/j.arr.2014.03.005

Timoneda, O., Nunez-Hernandez, F., Balcells, I. et al. (2014). The role of viral and host microRNAs in the Aujeszky's disease virus during the infection process. PLoS One, 9, 86965. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0086965

Calin, G. A., Sevignani, C., Dumitru, C. D. et al. (2004). Human microRNA genes are frequently located at fragile sites and genomic regions involved in cancers. Proc Natl Acad Sci USA, 101 (9), 2999-3004. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0307323101

Rodic, N., Burns, K. H. (2013). Long interested element (LINE-1): passenger of driver in human neoplasms? Plos Genetics, 9 (3), 1003402. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1003402

Scarola, M., Schoeftner, S., Schneider, C., Benetti, R. (2010). MIR-335 directly targets Rb 1 (PRb/p105) in a proximal connection to p53 — dependent stress response. Cancer Res., 70, 6925-33.

Khavinson, V. K. (2014). Peptides, genome, aging Adv. Gerontol., 27 (2), 257-64.

Tansizichaiya, S., Rahman, M. A., Roberts, A. P. (2019). The transposon register. Mol. DNA, 10, 40.

Blandino, G., Valenti, Sacconi, A., Di Agostino, S. (2019). Wild type-and mutant p53 proteins in mitohondrial dysfunction: emerging insights in cancer disease. Semin Cell Dev Biol., 1084.

Bisio, A., De Sanctis, V., Del Vescovo, V., Denti, M. A., Jegga, A. G., Inga, A., Ciribilli, Y. (2013). Identification of new p53 target microRNAs by bioinformatics and functional analysis. BMC Cancer. DOI: https://doi.org/10.1186/1471-2407-13-552

Ren, Z. J., Nong, X, Y., Lv., Y. R. et al. (2014). MIR-509-5 joins the Mdm2/p53 feedback loop and regulates cancer cell growth. Cell Death Dis., 5, 1387. DOI: https://doi.org/10.1038/cddis.2014.327

Xie, C., Chen, W., Zhang, M., Cai, Q., Xu, W., Li, X., Jiang, S. (2015). MDMN4 regulation by the let 7 miRNA family in the DNA damage response of glioma cells. FEBC left, 589 (15), 1958-65. DOI: https://doi.org/10.1016/j.febslet.2015.05.030

Neault, M., Couteau, F., Bonnean, E., De Guire, V., Mallette, F, A. (2017). Molecular regulation of cellular senescence by MicroRNAs: implications in cancer and age-related diseases. Int. Rev. Cell. Mol. Biol., 334, 27-98.

Issler, M. V. C., Mombach, J. C. M. (2017). Micro-RNA-16 feedback loop with p53 and Wip 1 can regulate cell fate determination between apoptosis and senescence in DNA damage response. PLoS ONE, 12, 18574. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0185794

Wang B., Li D., Sidler C. et al. (2015). A suppressive role of ionizing — responsive MIR-29.c in the development of liver carcinoma via targeting VIP 1 Oncotarget., 6, 9937-50.

Neault, M., Couteau, F., Bonnean, E., De Guire, V., Mallette, F. A. (2017). Molecular regulation of cellular senescence by MicroRNAs: implications in cancer and age-related diseases. Int. Rev. Cell. Mol. Biol., 334, 27-98. DOI: https://doi.org/10.1016/bs.ircmb.2017.04.001

Rahman M., Lovat F., Romano G. et al. (2014). MIR 15b/16-2 regulates factors that promotes p53 phosphorylation and augments the DNA damage response following radiation in the lung. J. Biol. Chem., 289 (1), 26406-416. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M114.573592

Pichiorri, F., Snh, S. S., Rocci, A. et al (2010). Downregulation of p53 — inducible micro-RNAs 192, and 215 impairs the p53/ MDM2 autoregulatory loop in multiple myeloma evelopment. Cancer Cell, 18, 367-81. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ccr.2010.09.005

Formari, F., Millaz, M., Calass, M., et al. (2014). p53/ mdm 2 feedback loop sustains miR-221 expression and distances the response to anticancer treatments in hepatocellular carcinoma. Mal. Cancer Res., 12, 203-16. DOI: https://doi.org/10.1158/1541-7786.MCR-13-0312-T

Scarola, M., Schoeftner, S., Schneider, C. et al (2010). MIR-335 directly targets Rb 1 (PRb/p105) in a proximal connection to p53 — dependent stress response. Cancer Res., 70, 6925-33. DOI: https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-10-0141

Suzuki, H. I., Yamagata, K., Sngimoto, K. et al. (2009)/ Modulation of microRNA processing by p53. Nature, 460, 529-33. DOI: https://doi.org/10.1038/nature08199

Wee, E. J., Peters, K., Nair, S. S. et al. (2012). Mapping the regulatory sequences controlling 93 breast cancer-associated miRNA genes leads to the identification of two functional promoters of the Has-mir-200b cluster, methylation of which is associated with metastasis or hormone receptor status in advanced breast cancer. Oncogene, 31, 4182-95. DOI: https://doi.org/10.1038/onc.2011.584

Rothe, F., Ignatiadis, M., Chaboteaux, C. et al. (2011). Global microRNA expression profiling identifies MiR-210 associated with tumor proliferation, invasion and poor clinical outcome in breast cancer. PLoS One. 6, 20980. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0020980

Yang, M., Shen, H., Qiu, C., Ni, Y, Wang, L., Dong, W., Liao, Y., Du, J. (2013). High expression of miR-21 and miR-155 predicts recurrence and unfavourable survival in non-small cell lung cancer. Eur J Cancer, 49, 604-15. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ejca.2012.09.031

Zhu, J., Feng, Y., Ke, Z., Yang, Z., Zhou, J., Huang, X., Wang, L. (2012). Down-regulation of miR-183 promotes migration and invasion of osteosarcoma by targeting Ezrin. Am J Pathol., 180, 2440-51. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ajpath.2012.02.023

Toiyama, Y., Hur, K., Tanaka, K., Inoue, Y., Kusunoki, M., Boland, C. R., Goel, A. (2014). Serum miR-200c is a novel prognostic and metastasis-predictive biomarker in patients with colorectal cancer. . Ann Surg., 259, 735-743. DOI: https://doi.org/10.1097/SLA.0b013e3182a6909d

Zhao, C., Zhang, Y., Popel, A. S. (2019). Mechanistic computational models of microRNA — mediated signaling networks in human diseases Int J. Mol. Sci. 20(2), doi: 10. 3390 / ijms 20020421

Khamin, R., Vincio, V. (2008). Complitional Melling of Post-transcriptional gene regulation by microRNAs J. Complitional. Biol., 15 (3), 305-16.

Zinovyev, A., Morozova, N., Gorban, A. et al. (2013). Mathematical modeling of microRNA — mediated mechanisms of translocation repression. Adv., Exp. Med Biol., 774, 189-224. DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-007-5590-1_11

Lai, X., Bhattacharya, A., Scwitz, V. et al. (2013). A systems biology approach to study microRNA — regulated gene regulatory networks. Bio med. Res. International Ast., 703849.

Lai, X., Wolkenhauer, O., Vera, Jn. (2016). Understanding microRNA — mediated gene regulatory networks through mathematical modellity. Nucleic Acides Rees., 44(13), 6019-35. DOI: https://doi.org/10.1093/nar/gkw550

Luo, Z., Azencott, R., Zhao, Y. (2014). Modelling MicroRNA — MicroRNA interactions: tithing chemical kinetics equations to microarray data. BMC Systems Biol., 8 (19). DOI: https://doi.org/10.1186/1752-0509-8-19

Ooi, H. K., Ma, L. (2015). Integral Control Feedback Circuit for the Reactivation of Malfunctioning p53 Pathway. G — bio. MN.

Azam, M. R., Fazal, S., Ulcah, M., et al. (2018). Systems-based strategies for p53 recovery. IET Syst boil, 12 (3), 101-7. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-syb.2017.0025

Moore, R., Ooi, H. K., Kang, T. et al. (2015). Mir-192 — weidated positive feedback loop controls the robnethess of stress — induced p53 oscillations breast cancer cells. Plos Computational Biol., 11 (12), 1004652. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1004653

Varopaeva, O. F., Lysachev, P. D., Senotrusova, S. D. et al. (2019). n/modelyrovanye varyantov protyvoopukholevoi terapyy. [Hyperactivation of the p53 signaling pathway and micro RNA: Mathematical modeling of antitumor therapy options.]. Matematycheskaia byolohyia y byoynformatyka, Vol. 14 (1), 355-72. [In Russian].

Chumakov, P. M. (2007). Belok r53 y eho unyversalnbie funktsyy v mnohokletochnom orhanyzme. [The p53 protein and its universal functions in a multicellular organism]. Usp. byol. fyzyky, 47, 3-52. [In Russian].