МікроРНК та цукровий діабет - Маленькі структури - значні ефекти медицининауки

Шарлотта Хіно 1, 2, 3, Олів'є Дюмортьє 1, 2 та Еммануель Ван Обберген 1, 2, 3 *

1 Інститут досліджень раку та старіння (IRCAN), CNRS UMR7284, Inserm U1081, «Команда старіння та діабету; », Медичний факультет, 28, проспект Валомброза, 06107 Ніцца, Франція
2 Університет Ніцци-Софії Антіполіс, Франція
3 Біохімічна лабораторія, університетський лікарняний центр, Ніцца, Франція

Незабаром після їх відкриття мікроРНК (miРНК) отримали визнання як природні регулятори експресії генів. Хоча складні механізми дії та впливу мікроРНК на розвиток, фізіологію та захворювання не ясні, помітний прогрес був досягнутий у розшифровці ролі деяких з них у секреції та дії інсуліну. Тут ми розглядаємо тісний взаємозв’язок між міРНК та вуглеводним обміном. Ми також обговорюємо потенційну роль мікроРНК у патофізіології діабету, а також їх потенційну корисність як біомаркерів цієї хвороби.

Незабаром після їх відкриття мікроРНК (miРНК) виникла як центральний природний регулятор експресії генів. Хоча складні механізми дії та впливу мікроРНК на розвиток, фізіологію та захворювання все ще залишаються незрозумілими, досягнуто значного прогресу у розшифровці ролі деяких мікроРНК у секреції та дії інсуліну. Тут ми розглядаємо тісний взаємозв’язок між метаболізмом мікроРНК та глюкози, а також їх передбачувану роль у патогенезі цукрового діабету та їх можливу користь як біомаркерів цієї хвороби.

Ця стаття є частиною тематичного випуску "Діабет: нові терапевтичні підходи".

Цукровий діабет є одним із найпоширеніших хронічних захворювань і є серйозною проблемою для охорони здоров'я. Характеризується хронічною гіперглікемією внаслідок недостатності підшлункової залози при цукровому діабеті 1 типу (T1D), а також поєднанням інсулінорезистентності та недостатньої секреції гормону у випадку діабету 1 типу. Цукровий діабет 2 типу (T2DM). Етіологія діабету має генетичну та екологічну складові.

За останні два десятиліття новий клас некодуючих РНК, званих мікроРНК (miРНК), доповнив складні механізми регуляції вуглеводного гомеостазу. МіРНК - це сімейство одноланцюгових генних продуктів із приблизно 20 - 22 нуклеотидами. Сьогодні у людини виявлено більше тисячі мікроРНК. Більшість взаємодіють зі специфічними послідовностями в 3 'нетранслируемой частині РНК (3'UTR) (Фігура 1). Сполучення міРНК з цільовими мРНК призводить до трансляційної репресії та/або деградації мРНК [1]. Згідно з прогнозами біоінформатики, близько 30% людських генів може перебувати під контролем мікроРНК. Зміни експресії мікроРНК пов'язані з багатьма патологічними станами, такими як рак [35], серцево-судинні захворювання та діабет.

Хоча складність механізмів дії міРНК не зрозуміла, досягнуто значного прогресу у визначенні точної ролі певних мікроРНК у визначених біологічних контекстах. У цьому огляді ми підсумуємо останні досягнення в розумінні ролі мікроРНК у контролі вуглеводного обміну та початку діабету.

Регуляція секреції та дії інсуліну мікроРНК

Інсулін - єдиний в організмі гіпоглікемічний гормон, який відіграє важливу роль у регуляції вуглеводного гомеостазу. Наявність гормону та чутливість тканин-мішеней необхідні для створення відповідної біологічної програми. МіРНК беруть участь у регуляції експресії ключових молекул, що регулюють секрецію та дію інсуліну (Малюнок 2). І навпаки, інсулін модулює експресію певних мікроРНК, створюючи таким чином функціональний двонаправлений зв'язок.

мікроРНК, які беруть участь у секреції та дії інсуліну з відповідними мішенями в чутливих до інсуліну клітинах. МіРНК, які беруть участь у діабеті, підкреслюються.

Окрім впливу на секрецію інсуліну, мікроРНК регулюють експресію багатьох молекул, критичних для складної мережі сигналізації гормону. Мінімалістично, більшість метаболічних дій інсуліну включають PI3K (фосфатидилінозитол-3-кіназу) та PKB (протеїнкіназа В), тоді як його вплив на диференціювання та ріст клітин проходить через шлях MAPK (мітоген-активована протеїнкіназа).

Нижче за течією від PI3K, PDK1 (фосфоїнозитидзалежна кіназа-1) відіграє важливу роль в активації ПКБ. Ми показали в клітинах INS-1E, що miR-375 взаємодіє безпосередньо з мРНК PDK1, яка бере участь у регуляції глюкози експресії інсуліну та росту клітин [4]. На противагу цьому, здається, жодна міРНК не зв'язує мРНК PKB. Далі наші результати показують, що miR-139 зв'язується безпосередньо з мРНК FOXO-1 (коробка вилок O1) у клітинах печінки [17].

Таким чином, регулюючи експресію ключових молекул у секреції інсуліну та сигнальних шляхах, мікроРНК регулюють ключові аспекти вуглеводного гомеостазу. І навпаки, інсулін здатний модулювати експресію певних мікроРНК, створюючи тим самим перехресну регуляцію. Наприклад, у людини інсулін зменшує експресію 39 міРНК у скелетних м’язах [18].

Змінена експресія міРНК при діабеті 1 і 2 типу

Враховуючи сильний вплив мікроРНК на секрецію та дію інсуліну, думка про те, що зміни в їх експресії можуть бути пов’язані з патофізіологією діабету, з’явилася швидко (Малюнок 2).

T1D - це аутоімунне захворювання, що характеризується руйнуванням β-клітин. Експресія різних мікроРНК змінюється на острівцях підшлункової залози мишей, які страждають на T1D. Наприклад, miR-21, miR-29a/b/c та miR-34a збільшені на острівцях NOD (не ожиріння діабетик) [9, 19]; ці мікроРНК відповідно націлені на супресор пухлини PDCD4 (запрограмований білок загибелі клітин 4) [20], антиапоптотичні білки MCL1 (послідовність мієлоїдно-клітинного лейкозу 1) [9] та Bcl2 [21], які беруть участь у загибелі β-клітин. Крім того, експресія miR-34a змінюється в печінці мишей, які отримували стрептозотоцин, іншу мишачу модель T1D [22].

Крім того, Клотінг та ін. [26] спостерігав кореляцію між експресією певних мікроРНК, інфільтрацією макрофагів у жировій тканині, збільшенням розміру адипоцитів та певними ключовими метаболічними параметрами, такими як рівень цукру в крові натще, а також рівнем лептину, адипонектину та ІЛ-6 (інтерлейкін 6). Зовсім недавно аналіз людських острівців показав, що miR-21 та miR-375 значно збільшуються у хворих на цукровий діабет порівняно зі здоровими [27, 28].

Хоча модуляції експресії мікроРНК у хворих на цукровий діабет, здається, існують, нечисленні наявні дані на сьогоднішній день не дають переконливої картини. Важливі обмеження існують через недостатній розмір когорт, відсутність стандартизації методів вимірювання міРНК або існування таких заважаючих факторів, як різниця у віці, індексі маси тіла та статі [29]. З іншого боку, слід зазначити, що зміна експресії мікроРНК у хворих на цукровий діабет може брати участь у патофізіології захворювання або просто бути наслідком [30].

позаклітинні міРНК

Хоча важливість ролі мікроРНК у клітинах, де вони виробляються, безперечна, відкриття мікроРНК у крові свідчить про те, що вони можуть відігравати роль поза клітиною, яка їх виробляє [31]. Відкриття мікроРНК, які можуть діяти на відстані, відкриває нові перспективи щодо біологічної ролі останніх. Циркулюючі мікроРНК можуть вироблятися органами або тканинами або виділятися апоптотичними або некротичними клітинами. Хоча механізм секреції міРНК залишається незрозумілим, для їх транспортування запропоновані різні сценарії. Згідно з першим сценарієм, циркулюючі мікроРНК будуть інтегровані в мікровезикули, які називаються екзосомами або пов'язані з ЛПВЩ (ліпопротеїни високої щільності). Другий сценарій стверджує, що мікроРНК плазми не інкапсульовані, а навпаки, пов’язані з білками, що зв’язують мРНК, такими як Ago2 (Argonaute 2) або NPM1 (нуклеофосмін 1).

Одне з важливих поділів, пов’язане з відкриттям позаклітинних мікроРНК, стосується їх можливого використання як біомаркерів захворювання. Дійсно, численні дослідження виявили модифікований профіль експресії циркулюючої міРНК при різних метаболічних захворюваннях, включаючи T2DM. Наприклад, Зампетакі та ін. [32] виявив особливий підпис плазмових міРНК у діабетиків 2 типу, з яких 12 міРНК суттєво корелюють із захворюванням. Серед них рівень miR-126 у плазмі крові поступово знижується з настанням непереносимості глюкози. miR-126 зазвичай дуже багатий в ендотеліальних клітинах, де він відіграє важливу роль у підтримці цілісності судин, формуванні судин та відновленні судин. T2D є важливим фактором ризику серцево-судинних захворювань і пов'язаний з дисфункцією ендотелію та численними мікро- та макросудинними ускладненнями. Зниження miR-126 у плазмі діабетиків може відображати дисфункцію ендотелію і, отже, мати прогностичне значення для розвитку судинних пошкоджень.

Нещодавно Конг та ін. [33] опублікували, що сім мікроРНК (miR-9, miR-29a, miR-30d, miR-34a, miR-124a, miR-146a та miR-375), які беруть участь у секреції та дії інсуліну, значно збільшуються в сироватка пацієнтів з діабетом типу 2. З них miR-375 є мікроРНК з найвищою експресією на мишачих та людських острівцях. Таким чином, високий рівень miR-375 у крові діабетиків може надходити з пошкоджених β-клітин. Отже, вимірювання miR-375 у крові може бути неінвазивним способом оцінки маси клітин β у пацієнтів з резистентністю до інсуліну і, отже, служити прогностичним маркером недостатності підшлункової залози. Справді, на думку Еренера та ін. [34], масивна втрата β-клітин пов’язана з підвищенням рівня циркуляції miR-375 у NOD або мишей, оброблених стрептозотоцином.

Підводячи підсумок, демонстрація міРНК у тілесних рідинах, таких як кров, відкриває перспективний шлях для відкриття нових біомаркерів для метаболічних захворювань та/або пов'язаних з ними ускладнень. Останній аспект був би особливо корисним у випадку діабету, для якого не було виявлено жодних ознак ускладнень, таких як недостатність підшлункової залози та пошкодження серцево-судинної системи. Однак використання циркулюючих мікроРНК як біомаркерів, пов’язаних із захворюваннями, повинно враховувати кілька міркувань. Технічно відсутність стандартизації методів визначення циркулюючих мікроРНК є обмежуючим для перевірки профілів, отриманих різними лабораторіями. Використання miRNA як біомаркерів також вимагає стандартизації підготовки аналітичних зразків, що занадто часто залишається поза увагою. Нарешті, залишається визначити, чи позаклітинні мікроРНК просто відображають стан захворювання та/або беруть активну участь у розвитку хвороби.

Висновки та перспективи

Сучасні дослідження дозволять визначити потенційну корисність міРНК для лікування патологій як терапевтичних засобів або цілей лікування. З огляду на великий потенціал цих молекул, необхідні мультидисциплінарні зусилля для встановлення їх належного місця в терапевтичному арсеналі людських патологій, включаючи діабет.

Посилання, що цікавлять

Е. Ван Обберген заявляє, що бере участь у конференціях/колоквіумах для компаній Servier та Lilly.

К. Хіно та О. Дюмортьє заявляють, що не мають жодного інтересу щодо даних, опублікованих у цій статті.

Дякую

Наше дослідження підтримується Інсермом, Університетом Ніцци Софія-Антиполіс, Університетською лікарнею Ніцци, Регіональною радою PACA, Генеральною радою Альп-Приморських, Національним агентством досліджень (ANR blanc n ° RPV12004AAA) та Європейським фондом дослідження діабету (EFSD/Lilly; Європейська програма досліджень діабету, 2011). Ми просимо вибачення у деяких авторів за те, що вони не цитували їх роботи через брак місця.

"Репресія міотрофіну може запобігти деполімеризації актинових ниток і, таким чином, запобігти злиття гранул інсуліну з плазматичною мембраною" (відтворено в [36]).

Список літератури

Список малюнків

Поточні показники використання показують сукупний підрахунок переглядів статей (повнотекстові перегляди статей, включаючи перегляди HTML, завантаження PDF та ePub, відповідно до наявних даних) та подання тез на платформі Vision4Press.

Дані відповідають використанню на платформі після 2015 року. Поточні показники використання доступні через 48–96 годин після публікації в Інтернеті та оновлюються щодня по днях тижня.

Початкове завантаження метрик може зайняти деякий час.