بخشی از مقاله
چکیده
از زمان کشف اولین مولکول میکروRNA تا به امروز حدود 20 سال میگذرد و تحقیقات در این زمینه رشد قابل ملاحظه اي داشته است. میکروRNA ها مولکول هاي کوچکی هستند که در فرآیندهاي فیزیولوژیک ، پاتولوژیک ، رگزایی ، آپوپتوز و سرطان نقش کلیدي دارند. این مولکول ها 18-25 نوکلئوتید طول داشته و حفاظت شده هستند که از طریق مهار ترجمه یا القاء تجزیه mRNA مکانیسم خود را اعمال میکنند. میکروRNAها میتوانند به عنوان انکوژن یا مهارکننده تومور ایفاي نقش کنند. افزایش بیان میکروRNAها آپوپتوز و کاهش آنها سرطان را در پی دارد. امروزه از میکروRNAها به عنوان زیست مارکرهایی براي تشخیص و درمان سرطان با هدف جلوگیري از مراحل سخت درمانی در بیماران سرطانی استفاده میشود. در این مقاله مروري بیوژنز میکروRNAها و نقش آنها در آپوپتوز و تشخیص ، کنترل ، درمان و پیشگیري سرطان بررسی میشود.
کلمات کلیدي: میکروRNA ، آپوپتوز ، سرطان ، درمان ، بیان
مقدمه
کشف میکروRNAها در دهه 1900 منجر به انقلابی عظیم در تحقیقات زیستی شد (رینهارت و همکاران، (2000 اما با گذشت حدود 20 سال از این کشف تاریخی ، مکانیسم تنظیم ژنی این مولکول هاي کوچک همچنان بصورت سوالی اساسی مطرح میباشد (گایر و همکاران، .(2010 تا به امروز بیشتر از 1600 مقاله چاپ شده است که محورهاي اصلی تحقیقات بالینی و مولکولی را پوشش میدهد و نقش این مولکول هاي ارزشمند در تنظیم بیان ژن غیرقابل انکار است (لیم و همکاران، .(2005 یک مولکول میکروRNA میتواند به تنهایی با اتصال به ناحیه ترجمه نشدنی’ص 1 مانع از ترجمه صدها مولکول 2mRNA شود (بیک و همکاران، .(2008 مطالعات بیوانفورماتیک بیان کردند که میکروRNA ها یک سوم ژنوم انسانی را کنترل میکنند و تقریبا در تمام پروسه هاي زیستی دخیل هستند همچنین سبب القاء تکثیر، آپوپتوز، ارگانزایی و خیلی موارد دیگر میشوند (لویس و همکاران، .(2005 از سوي دیگر چنانچه فعالیت آپوپتوزي کاهش پیدا کند سلول به سمت سرطانی شدن پیش میرود (محمودي و همکاران، .(2010
میکروRNAها مولکولهاي 18-25 نوکلئوتیدي هستند (ریان و همکاران، .(2009 این مولکول هاي باعث مهار ترجمه mRNAها و یا القاء تجزیه آن ها از طریق اتصال به ناحیه ترجمه نشدنی 3' میگردند (کانلوپولو و همکاران، .(2008 بخشی از پردازش میکروRNAها در هسته و مابقی آن در سیتوپلاسم انجام میشود (وو وهمکاران، .(2010 میکروRNA ها براساس نقشی که در روند ایجاد سرطان دارند به دو گروه تقسیم میشوند. چنانچه در ایجاد و پیشرفت تومور نقش داشته باشند انکومیر3 و اگر نقش مهاري تومور داشته باشند ساپرسورمیر4 خوانده میشوند (اسکیولا، .(2006 هرگونه تغییر در سطح میکروRNA میتواند منجر به تومورزایی یا سرطان شود (کومار و همکاران، .(2007 ژن هاي میکروRNA ها میتوانند درون ژن هاي کد کننده پروتئین5 یا در بین ژنها6 باشند که میکروRNAهاي بین ژنی خود در چهار مکان اینترونی7 ، اگزونی8 ، 3'-UTR و 5'-UTR میتوانند قرار بگیرند (وي و همکاران، .(2008 قابل ذکر است که اکثر میکروRNAهاي انسانی شناخته شده در نواحی مرتبط با سرطان قرار دارند (کالین و همکاران، .(2004
در سال 1993 اولین مولکول میکروRNA به نام 9 Lin-4 در Caenorhabditis elegans شناسایی شد. در سال 2001 با کشف نمونه دیگري در همین گونه به نام Let-7 موفق شدند نقش این مولکول را به عنوان تنظیم کننده زیستی اعلام کنند (رینهارت و همکاران، .(2000 در سال 2001 تنها 5 مقاله در مورد میکروRNAها به چاپ رسید و تا سال 2008 در پایگاه داده هاي PubMed حدود 3500 مقاله چاپ شد. مطالعات اخیر ارتباط میکروRNA ها را در تشخیص، کنترل و درمان سرطان اعلام کرده اند که منجر به چاپ مقالات زیادي در این رابطه شده است (گایر و همکاران، .(2010 همچنین قابل ذکر است که استفاده از میکروRNA به عنوان زیست مارکر در بیماریهاي انسانی هنوز در مراحل اولیه میباشد (نوري دلوئی، .(1390 هدف از این مقاله پیشنهادي براي محققین براي استفاده وسیع از میکروRNAها در تشخیص، کنترل ، درمان و پیشگیري سرطان میباشد و همچنین این مقاله ساختمان و عملکرد میکروRNAها و نقش آنها در آپوپتوز و سرطان را بررسی میکند.
تاریخچه میکروRNAها
در سال 1993 اولین میکروRNA در کرم نماتود Caenorhabditis elegans شناسایی شد. ژن این میکروRNA به نام Lin-4 گزارش شد که از طریق اتصال ناکامل به ناحیه ’-UTRص موجب مهار ترجمه میشود (آفن و همکاران، .(2000 تا سال 2001 تنها 5 مقاله در مورد میکروRNAها چاپ شد که یکی از این مقالات که توسط رواکان10 و همکارانش منتشر شده بود میکروRNA دیگري را به نام Let-7 در همان کرم شناسایی و نقش آنرا به عنوان تنظیم کننده زیستی اعلام کردند (بوسی و گروشا، .(2008 تا سال 2008 حدود 3500 مقاله منتشر شد که فقط 1500 مقاله مربوط به سال 2008 بود و این مطالعات همولوگ هایی از Let-7 را در جانوران دیگر مثل مگس سرکه، موش و انسان کشف کردند که گویاي حفاظت شده بودن Let-7 از کرم نماتود تا پستانداران بود (چو، .(2010 همچنین مطالعات دیگر بیان کردند که میکروRNAها در اکثر پروسه هاي سلولی از قبیل رشد نمو، آپوپتوز، ارگانزایی، ترشح انسولین، خون سازي و خیلی موارد دیگر دخالت دارند (سیلوستر و همکاران، .(2007 بررسی ارتباط میکروRNA با سرطان در سال هاي اخیر 2008) تا (2014 سبب رشد سریع مقالات در این زمینه شده است (نوري دلوئی، .(1390
میکروRNAها
میکروRNAها زیرگروه بزرگی از خانواده RNAهاي غیر کد کننده 18-25 نوکلئوتیدي هستند (ریان و همکاران، ( 2009 که بیان ژن را پس از رونویسی از طریق القاء تجزیه یا مهار ترجمه mRNA از طریق مکانیسم 11RNAi القاء میکنند (نگرینی و همکاران، RNAi .(2009 نوعی مکانیسم خاموش کننده پس از رونویسی میباشد که با اتصال جزئی میکروRNA به ناحیه ’-UTRص در mRNA هدف سبب مهار ترجمه یا تجزیه آن میشود. بطور مثال میکروRNA ، 22نوکلئوتیدي حاصل از Lin-4 در C.elegans با اتصال به ’-UTRص-Lin-14 سبب مهار ترجمه میشود (روکو و شومون، .(2011
چیدمان ژن هاي میکروRNA بر روي کروموزوم
اکثر ژن هاي میکروRNAها بصورت خوشه اي12 بر روي کروموزوم ها قرار گرفته اند. تا به امروز تحقیقات زیادي بیان کرده اند که خوشه هاي گوناگونی بر روي کروموزوم هاي مختلف وجود دارند. برخی از این خوشه ها بصورت چند سیسترونی هستند و در موارد دیگر پس از پردازش از روي چندین میکروRNA تنها یک رونوشت اولیه تهیه میشود که به چندین میکروRNA تبدیل میگردد (میشل و همکاران، .(2008 مطالعات دیگري انجام شده است که که ژن هاي میکروRNA را در دوگروه بین ژنی13 و درون ژنی14 تقسیم میکنند و گروه دوم خود به چهار زیرگروه تقسیم میشوند ( وانگ و همکاران، .(2010 (جدول و نمودار(1
پایداري میکروRNAها
آزمایشات زیادي نشان داده است که برخلاف mRNAها ، میکروRNAها در دماي اتاق و همچنین در چرخه هاي پیاپی انجماد-ذوب 15 میتوانند پایدار بمانند (میشل و همکاران، .(2008 فرضیه هاي گوناگونی براي بیان این پایداري میکروRNAها مطرح شده است که اولین آنها پایداري میکروRNAها را به خاطر طول کوچک آنها میداند . در اوایل فرض براین بود که میکروRNA ها با طول 20 نوکلئوتید میتوانند تجزیه نشوند (گایر و همکاران، .(2010 میشائیل16 و همکارانش با طراحی آزمایش هاي گوناگون نشان دادند که این موضوع صحیح نمیباشد زیرا اضافه کردن میکروRNAهاي سنتز شده یا خالص شده به پلاسما سبب القاء تجزیه آنها میگردد. علاوه براین آریو17 و همکارانش بیان کردند که مهار فعالیت RNAآز18 قبل از اضافه کردن میکروRNAهاي خالص شده سبب مهار تجزیه آنها میشود (بارتل، .(2004 از اینرو طول کوچک میکروRNAها نمیتوانند عامل پایداري آنها باشد (سیلوستر و همکاران، .(2007 بنابراین علت پایداري میکروRNAها هنوز یک سوال باقی مانده و نیازمند تحقیقات بیشتري است.
جدول -1 طبقه بندي ژن هاي میکروRNA براساس موقعیت قرارگیري در ژنوم (نوري دلوئی و وندرجب پور، (1390
ردیف نام گروه نام زیرگروه
1 میکروRNAهاي بین ژنی -
2 میکوRNAهاي درون ژنی میکروRNAهاي اینترونی
میکروRNAهاي اگزونی
میکروRNAهاي ناحیه UTR'3
میکروRNAهاي ناحیه UTR'5
درصد
46.5
44
7
1.5
1
نمودار-1موقعیت قرارگیري ژن هاي میکروRNA بر روي ژنوم. ( نوري دلوئی و وندرجب پور، (1390
پردازش و تولید((Biogenesis میکروRNAها
فرآیند پردازش میکروRNAها طی 5 مرحله شکل میگیرد که بخشی از آن در هسته و مابقی در سیتوپلاسم انجام میشود (کیم، .(2005
مراحل عبارتند از:
آنزیم RNAپلیمراز I یا II در هسته رشته میکروRNA اولیه19 با طولی حدود هزار نوکلئوتید را تولید میکنند (والادي و همکاران، .(2007 رشته مذکور ساختار ساقه و حلقه با دم پلیA و کلاهک 5' دارد (نوري دلوئی، .(1384 معمولا در Pri-miRNA هایی که ناحیه رونویسی بزرگی دارند ، رونویسی به کمک RNAپلیمرازII انجام میشود (والادي و همکاران، .(2007 این دسته معمولا میکروRNAهاي اینترونی هستند که پروموتور ، عناصر تنظیمی و ژنی را که در آن قرار دارند بصورت یک رونوشت تولید میکنند (کاي و همکاران، .(2004
Dorsha دو نسخه Pri-miRNA حاصله را پردازش میکند تا با خروج نواحی اینترونی آن یک میکروRNA پیش ساز اولیه20 حاصل گردد (کیم، Pre-miRNA .(2005 طولی حدود 60 -110 نوکلئوتید و ساختار ساقه و حلقه با دم پلیA و کلاهک 5’ دارد (کیم، .(2005 کمپلکس آنزیمی شامل یک RNAپلیمرازIII برش دهنده RNA دو رشته اي غیر وابسته به مسیر((Drosha و پروتئین متصل شونده به RNA دو رشته اي 21DGCR8/Pasha قابل ذکر است که نواحی mitron حاصل از نواحی اینترونی هستند که تشکیل ساختار ساقه و حلقه میدهند و در مسیري جانبی پردازش میشوند که نیازي به استفاده از مسیر پردازشی مذکور ندارد (می و همکاران، .(2012
مرحله سوم با انتقال Pre-miRNAها از هسته به سیتوپلاسم با کمک فاکتور صادر کننده هسته اي22 و فاکتور کمکی وابسته به انتقال دهنده نوکلئوتیدي/ سیتوپلاسمی23 صورت میگیرد (میرندا و همکاران، .(2006 با انتقال Pre-miRNA به سیتوپلاسم RanGTP به RanGDP تبدیل شده که سبب رهاسازي Pre-miRNA در سیتوپلاسم میشود(وو وهمکاران، .(2010
