secuenciación de miARN
La alteración de la expresión genética es una de las principales características del cáncer. De hecho, se ha demostrado que los cambios en la actividad del factor de transcripción son impulsores de algunos de los subtipos de cáncer más comunes. El ARN es fundamental para la expresión génica, ya sea en forma de ARN codificantes de proteínas (ARNm) o ARN no codificantes (ARNc o ARNsn) que participan y regulan la transcripción, el empalme (ARNsn) y la traducción (ARN ribosómicos, ARNt y microARN). . La evidencia reciente sugiere que el procesamiento del ARN está sistémicamente alterado en el cáncer, lo que demuestra el importante impacto del ARN en el inicio, el crecimiento y la progresión del tumor.
En octubre de 2020, investigadores de Australia publicaron una revisión titulada "ARN en el cáncer" en "Nature Reviews Cancer", en la que se analiza cómo los cambios en el procesamiento o la actividad del ARN codificante y no codificante promueven la aparición de tumores. , crecimiento y progresión, destacando las funciones establecidas (miARN y lncRNA) y emergentes (procesamiento selectivo de mRNA y circRNA) del ARN en el cáncer y sus mecanismos de acción sobre el cáncer.
Una vez que la ARN polimerasa II ha sintetizado el ARNm, primero debe cortarse y procesarse hasta obtener un transcrito maduro, que luego se exporta desde el núcleo al citoplasma para su conversión en proteína. Estos pasos de procesamiento interconectados son realizados por varios complejos macromoleculares, como el espliceosoma y los complejos de transcripción-exportación TREX y TREX2.
En condiciones fisiológicas, la expresión génica también puede estar regulada por algunos ARN no codificantes, incluidos miARN, lncRNA y circRNA. Generalmente, los miARN regulan negativamente la expresión génica al acelerar la desacetilación y la degradación de los genes diana, mientras que los lncARN regulan la expresión génica en cis o trans sirviendo como andamio para complejos de proteínas reguladoras, localizándose en el ADN genómico o cambiando la estructura del genoma.
Se ha descubierto que muchos miARN están asociados con el cáncer, ya sea como supresores de tumores u oncogenes.
El papel de los miARN: Los niveles de expresión de la mayoría de proteínas en las células humanas están regulados en cierta medida por uno o más miARN. Un solo miARN puede tener muchos objetivos de ARNm y un solo ARNm puede ser el objetivo de múltiples miARN. Aunque los miARN pueden actuar sinérgicamente para reprimir la expresión de objetivos con múltiples sitios de unión de miARN en la región no traducida (UTR) 3', la unión de solo un tipo de miARN al ARNm objetivo da como resultado una reducción relativamente leve de la expresión del gen objetivo. Se han detectado más de 1.000 miARN diferentes mediante secuenciación de ARN. Algunos miARN, como el supresor de tumores let-7, se expresan abundantemente en casi todos los tipos de células, mientras que otros tienen una expresión altamente específica del tipo de célula o están presentes en niveles muy bajos en ciertos tipos de células o no existen. Por lo tanto, se necesita precaución al examinar los posibles efectos de los miARN de baja expresión.
MiARN oncogénicos y supresores de tumores:
1. Los miARN que se dirigen a reguladores negativos de las vías oncogénicas pueden inhibir la señalización de RAS-MEK-ERK y los miR a través de múltiples objetivos cuando están desregulados -155. /miR-221, que se dirigen a SHIP1 (también conocido como INPP5D) y PTEN, respectivamente, los cuales son reguladores negativos de la señalización AKT.
2. El miARN reducido con mayor frecuencia en el cáncer es el miARN mutante let-7, que actúa como un importante supresor de tumores al atacar oncogenes potentes, incluidos MYC, KRAS y HMGA2. Por lo tanto, los miARN let-7 se consideran un objetivo terapéutico importante.
3. También se ha informado que un gran número de miARN limitan la metástasis y/o la resistencia a la quimioterapia al limitar o revertir la transición epitelial-mesenquimatosa (EMT), entre los cuales el más eficaz es la familia miR-200.
Mecanismo de desregulación de los miARN: los genes de los miARN son transcritos por la ARN polimerasa II y, por tanto, están sujetos al mismo tipo de regulación epigenética que los genes codificadores de proteínas. De hecho, muchos genes de miARN provienen de intrones de genes codificadores de proteínas. Hay muchos informes sobre la desregulación epigenética de los miARN en el cáncer. Un patrón de regulación negativa generalizada de los niveles de expresión de miARN en el cáncer resulta de la reducción inducida por la hipoxia en los niveles de expresión de Drosha y Dicer en las células cancerosas, así como de la fosforilación de AGO2, que a su vez reduce Dicer y AGO2 e inhibe la transferencia de Procesamiento de miARN desde precursor a miARN maduro. Sin embargo, no todos los miARN están regulados negativamente por la hipoxia. Por ejemplo, la inducción transcripcional de miR-210 puede anular la reducción del procesamiento inducida por la hipoxia e inhibir el inicio del crecimiento tumoral en ratones inmunodeficientes, pero también puede promover el crecimiento celular en los tumores. Adaptación y supervivencia en ambientes de estrés hipóxico. Otro mecanismo para la regulación negativa de los miARN puede ser la reducción de la exportación nuclear debido a mutaciones genéticas o cambios en los niveles de fosforilación del transportador exportina 5 de pre-miARN (XPO5).
Se ha descubierto que los LncRNA tienen funciones oncogénicas o supresoras de tumores.
El papel de los lncRNA: los lncRNA se refieren a ARN que tienen más de 200 nucleótidos de longitud y no codifican proteínas. Al igual que los ARNm, se transcriben mediante la ARN polimerasa II, pero a diferencia de los ARNm, muchos ARNc se localizan preferentemente en el núcleo. Tienen diversas funciones, incluidas funciones nucleares como la regulación de la expresión génica en cis o trans, la regulación del empalme y la nucleación de dominios claros de subunidades. En 2010, lncRNA HOTAIR promovió la metástasis del cáncer de mama al participar en la remodelación de la cromatina y, posteriormente, se descubrió que muchos lncRNA tenían funciones que afectan el desarrollo o la progresión del cáncer. Algunos lncRNA pueden tener múltiples funciones aparentemente no relacionadas. Por ejemplo, lincRNA-p21 se identificó originalmente como el supresor de tumores inducido por p53 lncRNA80 y se demostró que media la unión de la ribonucleoproteína K heterogénea (HNRNPK) a su gen vecino CDKN1A (que codifica p21) y aumenta su transcripción.
lncRNA oncogénicos y supresores de tumores:
1. Un estudio reciente reveló que la expresión de lncRNA-REG1CP frecuentemente está regulada positivamente en el cáncer colorrectal. REG1CP promueve el crecimiento de tumores de xenoinjertos de cáncer colorrectal uniendo la helicasa FANJ al promotor del gen adyacente REG3A86.
2. PCAT19 es un lncRNA oncogénico que activa genes trans y promueve el crecimiento, la invasión y la metástasis del cáncer de próstata.
3. Los lncRNA citoplasmáticos también pueden ser oncogenes. El lncRNA linc0255, sobreexpresado en el neuroblastoma amplificado con MYCN, activa específicamente la traducción de E2F1 mediante la interacción con la proteína ribosómica RPL35.
4. Los lncRNA también pueden servir como supresores de tumores. El lncRNA DIRC3 nuclear afecta la estructura de la cromatina local y activa la transcripción de genes vecinos que codifican el supresor de tumores IGFBP5.
5. Los lncRNA también pueden inhibir tumores regulando señales en el citoplasma. El lncRNA-DRAIC citoplásmico está regulado negativamente en el cáncer de próstata avanzado resistente a la castración e inhibe su progresión al inhibir la activación del factor nuclear κB (NF-κB) al interferir con el inhibidor de la actividad de la NF-κB quinasa (IKK).
6. Algunos lncRNA aún pueden codificar proteínas pequeñas. De hecho, el lncRNA LINC00908 produce un péptido de 60 aminoácidos que está regulado negativamente en el tejido de cáncer de mama triple negativo en comparación con muestras de tejido normal y se asocia con una supervivencia general deficiente.
Múltiples efectos opuestos de los lncRNA: Uno de los ejemplos más ilustrativos del impacto de los genes lncRNA en el cáncer es considerar el papel de los genes lncRNA en la expresión de potentes oncogenes, que también pueden reflejar el papel de MYC. en la conducción Desempeñando un papel clave en la respuesta transcripcional a las señales de proliferación y crecimiento, la transcripción del gen MYC está regulada por la transcripción de múltiples genes de lncRNA vecinos. Esto también resalta que los loci de lncRNA pueden producir ARN con funciones diferentes o incluso opuestas. La interpretación comparativa de los estudios de eliminación de genes en una gran cantidad de lncRNA de MALAT1 en ratones enfatiza aún más la complejidad de los efectos de los lncRNA en la expresión génica.
Nuevas funciones de los circRNA: los circRNA se expresan esencialmente en todas las células y tejidos y pueden estar mal regulados en el cáncer. El circRNA es principalmente el producto de un evento de empalme inverso, que empalma un exón con el exón anterior en lugar del exón posterior, formando así una molécula de circRNA valentemente cerrada. Se ha informado que algunos circRNA se encuentran en el núcleo y regulan la transcripción, pero la mayoría de los circRNA se encuentran en el citoplasma. Una sola célula puede expresar miles de ARNcirc y, mediante una secuenciación profunda del ARN de la línea celular tumoral y cancerosa del paciente, se detectaron más de 200.000 ARNcirc diferentes en total. Se descubrió que algunos circRNA estaban sobreexpresados en el cáncer en comparación con los tejidos normales correspondientes, lo que aumenta su potencial como biomarcadores de enfermedades. Es posible que los circRNA funcionen como oncogenes o supresores de tumores, posiblemente actuando como esponjas para los miRNA, y una prueba de eliminación sugiere que algunos circRNA muy abundantes en las células de cáncer de próstata son fundamentales para la máxima proliferación celular, aunque se necesita más trabajo. para identificar circRNA oncogénicos o supresores de tumores. Los circRNA también pueden actuar como factores nucleares o componentes de complejos multiproteicos.
ARNcirc desregulados: ¿Qué causa la desregulación del ciclo celular en el cáncer? Las alteraciones en el número de copias de genes o en la transcripción del precursor de circRNA sin duda alteran sus niveles en algunos cánceres. Sin embargo, dado que la mayoría de los circRNA son productos empalmados alternativamente de genes que codifican proteínas, los efectos de estos cambios deben distinguirse cuidadosamente de los de los cambios en los niveles de proteínas homólogas. Otra forma en que cambian los niveles de circRNA es a través de cambios en los niveles de factores de empalme involucrados en la biosíntesis de circRNA.
El empalme del pre-ARNm para eliminar intrones y unir exones de diferentes maneras es la base de la expresión génica. De hecho, el empalme alternativo puede promover la diversidad del transcriptoma y del proteoma generando isoformas proteicas selectivas. Este proceso lo logra el espliceosoma principal, que realiza la mayoría de las reacciones de corte y empalme del ARN y está asociado con más de 300 proteínas diferentes.
Una vez que los ARNm se empalman y poliadenilan, deben exportarse desde el sitio de transcripción y procesamiento en el núcleo al citoplasma para su traducción. La exportación eficiente de ARNm se logra acoplando procesos anteriores en la vía de expresión génica (es decir, transcripción, empalme y poliadenilación) a la exportación de ARNm. El ARNm se transporta continuamente a través de los canales internos del complejo de poros nucleares, lo que permite que las proteínas y moléculas atraviesen la membrana nuclear. Los acoplamientos extensos entre la transcripción, el empalme y la poliadenilación del ARN y la exportación del ARNm tienen implicaciones importantes para la tumorigénesis.
Nuevas funciones para el empalme de ARNm: Históricamente, el empalme de ARNm se ha considerado un proceso controlado internamente y crítico para la expresión de genes multiexones, pero hallazgos recientes han demostrado el potencial regulador de la maquinaria de empalme de ARN. ¿Cómo los mecanismos de empalme de ARNm alterados promueven la tumorigénesis? Las mutaciones en SRSF2, SF3B1 y U2AF1 afectan el reconocimiento del sitio de empalme 3 'en diversos grados. Este empalme alterado puede afectar la estabilidad de las transcripciones que codifican proteínas que promueven la transformación.
Escisión selectiva y poliadenilación: Las alteraciones en los pasos posteriores del procesamiento del ARNm, como la escisión y la poliadenilación de pre-ARNm, también se observan ampliamente en los tumores. Por ejemplo, la región 3' UTR está acortada tanto en líneas celulares tumorales como en muestras tumorales.
El papel emergente de la exportación selectiva de ARNm: Uno de los pasos terminales de la vía de expresión génica, la exportación nuclear de ARNm, también está alterado en el cáncer. Aunque la exportación de ARNm se considera una vía universal predeterminada en la expresión génica, se pueden regular vías biológicas específicas mediante la exportación selectiva de ARNm, priorizando ciertos ARNm sobre otros. La producción selectiva de ARNm puede regular procesos biológicos críticos para el desarrollo del cáncer, como la proliferación celular y la integridad del genoma. Las células cancerosas pueden aprovechar el potencial regulador de este mecanismo de exportación de ARNm para mantener la proliferación.
Durante los últimos años, numerosos estudios han revelado con gran detalle hasta qué punto el ARN se altera sistemáticamente en el cáncer. Las amplias alteraciones de los ARN codificantes y no codificantes en el cáncer afectan múltiples aspectos de la tumorigénesis.
Estas diferentes isoformas de ARN y las proteínas que las procesan tienen propiedades mecanísticas implicadas en el desarrollo del cáncer, proporcionando oportunidades de intervención terapéutica. Por ejemplo, algunos compuestos que se dirigen a la maquinaria central del espliceosoma, como el E7107 que se une al complejo SF3B, afectan el empalme del ARN in vivo pero exhiben una toxicidad significativa cuando se administran por vía intravenosa en ensayos clínicos de fase I. Estudios recientes han demostrado que en neoplasias malignas hematológicas avanzadas con mutaciones de espliceosoma, un modulador disponible por vía oral del complejo SF3B H3B-8800 mostró actividad antitumoral preferencial en un modelo de ratón con dosis bien toleradas. Otros estudios han intentado modular factores de empalme selectivos y reguladores, como RBM39, mediante el uso de compuestos que median su degradación proteasomal como medios farmacológicos alternativos para interferir con el empalme, con éxito en modelos de leucemia mieloide aguda en ratones. La alteración generalizada del ARN en el cáncer brindará una gran cantidad de nuevas oportunidades de tratamiento. Esclarecer aún más los mecanismos fundamentales por los cuales el procesamiento alterado del ARN promueve la iniciación, el crecimiento y la progresión del tumor será fundamental para garantizar que las terapias contra el cáncer se dirijan específicamente al procesamiento del ARN con un impacto mínimo en las células normales.
Primera cuenta pública: Plataforma Nacional de Big Data del Banco de Genes
Referencias
Goodall, G.J., Wickramasinghe, V.O. RNA in cancer.?Nat Rev Cancer?( 2020) https://doi.org/10.1038/s41568-020-00306-0.