Az Alzheimer-kór és a Parkinson-kór új kismolekulájú terápiás megközelítései a célzott mikroRNS-ek alapján

A mikroRNS-ek szerepe a neurodegeneratív betegségek progressziójában: A mikroRNS-ek (miRNS-ek) endogén, nem kódoló és rövid RNS-nukleotidok, amelyek szabályozzák a génexpressziót a célzott hírvivő RNS-sel (mRNS) való bázispárosodás révén a 3′ nem transzlált régióban (3′). UTR). Így a miRNS-ek alapvető szerepet játszanak a hírvivő RNS-ek gátlásában vagy lebontásában (Gebert és MacRae, 2019). Két ribonukleáz (RNase) III enzim szabályozza a miRNS-ek biogenezisét; Drosha és Dicer. A biogenezis első lépése a primer miRNS-ek (pri-miRNS-ek) Drosha általi hasítása a sejtmagban, ami rövid szárhurok pre-miRNS-ek kialakulásához vezet. Ezt követően ezeket a pre-miRNS-eket a citoplazmába szállítják, és a Dicer tovább dolgozza fel, ami érett miRNS-eket eredményez (O'Brien et al., 2018).

Kattintson ide a cistanche tubulosa kapszulák Alzheimer-kórhoz

Számos betegség abnormális miRNS-expressziót mutat, mint például a mellrák, a leukémia, a hepatocelluláris karcinóma, valamint a szív- és érrendszeri és neurodegeneratív betegségek. Több mint 2000 miRNS-t azonosítottak, amelyek kulcsszerepet játszanak a neuronok differenciálásában, ami kiemeli a miRNS-ek szerepét a különböző neuronális folyamatokban. A szakirodalom feltárja, hogy a miRNS-ek különböző útvonalakban vesznek részt, amelyek közvetlenül részt vesznek a neurodegeneratív betegségek progressziójában (1A ábra). - A szinuklein, egy neurológiai rendellenességekben szerepet játszó preszinaptikus fehérje, egy belsőleg rendezetlen fehérje. A -synuclein oldhatatlan rostok és Lewy-testek aggregációja kulcsfontosságú patológiás jellemzője a neurológiai rendellenességek, például a Parkinson-kór és az Alzheimer-kór diagnózisának. A -synuclein aggregációját humán neuroblasztóma sejtekben a miR-16-1 segíti elő, ami a miR-16-1 azon képességének tulajdonítható, hogy csökkenti a 70-es hősokk-fehérjét. A közelmúltban a miR-153 kimutatták, hogy parkinson egerekben negatívan szabályozza a -synukleint (Cressatti et al., 2019).

Ezenkívül a miR{0}b gátlása Parkinson-kórban szenvedő betegeknél fokozta a -synuklein expresszióját az emberi agyban. A Tau, egy mikrotubulusokhoz kapcsolódó fehérje hat izoformában expresszálódik az érett emberi agyban. A tau rendellenes hiperfoszforilációja és érett rostokká történő aggregációja figyelhető meg Alzheimer-kórban, valamint más neurológiai rendellenességekben, amelyeket tauopátiáknak neveznek. Alzheimer-kórban szenvedő betegek idegi eredetű plazmaexoszómáiban a miR-212 és miR-132 downregulációját mutatták ki (Cha et al., 2019). Ezen eredmények alapján az extracelluláris hólyagokban a miR212 és miR{7}} szintjének felmérése ígéretes diagnosztikai eszköznek tekinthető az Alzheimer-kórban. Számos jelentés kimutatta az összefüggést a neurodegeneratív betegségek és a mitokondriális dinamika diszfunkciója között, mint például a mitokondriumok méretének változása, megváltozott alakja, hasadási fúziója és a mitokondriumok mozgása. Ebben az összefüggésben a miR-27a-ról számoltak be, hogy elnyomja a PTEN-indukált feltételezett kináz 1, egy mitokondriális szerin/treonin kináz expresszióját, amely kulcsszerepet játszik a mitofagiában. Így a miR{12}}a kulcsszerepet játszik a sérült mitokondriumok autofágiás kiürülésének szabályozásában.

A PTEN-indukált feltételezett kináz 1 mutációi az autoszomális recesszív Parkinson-kór fő tényezőjének tekinthetők. Ezen a vonalon a miR-494 mitokondriális károsodást és oxidatív stressz által kiváltott neuronális károsodást indukál azáltal, hogy csökkenti a Parkinson-kór fehérje 7 expresszióját, amely a -synuklein aggregációjának inhibitora (Catanesi et al., 2020). Ezenkívül az új miR-455- 3p protektív aktivitást mutatott az amiloid aggregáció ellen a mitokondriális hasadási fehérjék expressziójának szabályozásával és a mitokondriális dinamika szabályozásával (Kumar és mtsai, 2019). Az elmúlt években a -szekretáz 1 (BACE1) egyre nagyobb figyelmet kapott, mint az Alzheimer-kór kritikus terápiás célpontja. A BACE-1, más néven az 1-es amiloid prekurzor fehérjét hasító enzim, a fő szekretáz, amely részt vesz az amiloid-peptidek termelésében az emberi agyban. Ezeknek a peptideknek a későbbi aggregációja és fibrillációja amiloid plakkokat képezve az Alzheimer-kór kulcsfontosságú diagnosztikai jellemzői.

Ezenkívül számos bizonyíték igazolta az amiloid-peptidek kis oligomereinek neurotoxicitását. A MiR-298-t a közelmúltban a BACE1 represszoraként azonosították a humán neuronális sejttenyészet modelljében, ami feltárja a miR298 terápiás potenciálját neurodegeneratív betegségekben (Chopra és mtsai, 2020). Ezenkívül a BACE{5}} expresszióját közvetlenül szabályozza a miR15b, amely a BACE1 mRNS 3′-UTR-t célozza meg (Gong et al., 2017). Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a miRNS-ek kulcsszerepet játszanak a BACE{11}} működésének szabályozásában és a neurodegeneratív betegségek patogenezisében betöltött szerepében.

A neurodegeneratív betegségek kis molekuláinak fejlesztése miRNS-ek megcélzása alapján:

A betegséget okozó miRNS-ek kis molekulákkal történő megcélzása ígéretes eredményt mutatott mind in vitro, mind in vivo szűrés során. Így jelentős kutatási erőfeszítések irányultak új stratégiák kidolgozására a potenciális miRNS-kötő képességgel rendelkező kis molekulák azonosítására és tervezésére. A miRNS-ek rövid szekvenciái azonban megnehezítették az erős kis molekulájú kötőanyagok azonosítását, és a fókuszt a hosszabb szekvenciákkal rendelkező pre-miRNS-ek megcélzása felé tolták el. Az Inforna és az Inforna 2.0 olyan eszközök, amelyeket a strukturált RNS-eket megcélzó kis molekulák azonosítására fejlesztettek ki. Ezek a megközelítések az RNS-ek szekvenciáin alapuló bányászati ​​motívumain (másodlagos szerkezetein) alapulnak.

Ezeket a motívumokat azután összehasonlítják egy ismert RNS-motívum-kis molekula kötőpartnerek adatbázisával. Az Inforna ezután jelenti a motívumot az adatbázisban, valamint a cél RNS-t. Az Informa-t a közelmúltban használták az 1-es vegyület (1B. ábra) azonosítására, mint a szinuklein expresszió inhibitoraként (Zhang és mtsai, 2020). Az 1. vegyület az -synuclein mRNS 5′ UTR-t célozza meg, és csökkenti az a-synuclein szintjét azáltal, hogy csökkenti a poliszómákba betöltött SNCA mRNS mennyiségét. A közelmúltban a RIBOTAC-ok (ribonukleázt célzó kimérák) a kis molekulák új osztályaként fejlődtek ki, amelyek különféle RNS-osztályokat, köztük miRNS-eket és mRNS-eket képesek megcélozni (Dey és Jaffrey, 2019). A RIBOTAC-ok tervezése azon alapul, hogy az RNS-kötő molekulákat egy kis molekulához kapcsolják, amely aktiválja az RNS L-t, egy látens ribonukleázt, ami a cél RNS lebomlását eredményezi.

Többcélú irányított ligandumok (MTDL) neurodegeneratív betegségekhez, amelyek a miRNS-ekre összpontosítanak:

Az MTDL-ek olyan ligandumok, amelyeket arra terveztek, hogy sokrétű tulajdonságuk miatt a neurológiai rendellenességek progressziójában részt vevő több útvonalat zavarjanak. Az MTLD-k figyelemreméltó sikere az in vitro és in vivo hatékonyságú kis molekulák azonosításában a neurodegeneratív betegségek modelljeiben, folyamatos erőfeszítéseket eredményezett az MTDL-ek tervezésére szolgáló új eszközök kifejlesztésében. Ebben az összefüggésben a közelmúltban egy új stratégiáról számoltak be a neurodegeneratív betegségek MTDL-einek azonosítására, amely az acetilkolinészteráz kettős gátlásán és a miRNS-ek biogenezisén alapul (Gabr és Brogi, 2020). A 2. vegyület (1B. ábra), az acetilkolinészteráz és a miR-15b biogenezisének kettős inhibitora, hatékonyabb volt, mint a donepezil és az anti-miR-15 az SH-SY5Y neuroblasztóma sejteknek az amiloid béta által kiváltott citotoxicitástól való védelmében. .

Ezen túlmenően a neurológiai rendellenességek progressziójában szerepet játszó miRNS-ek (pl. miRNS-146a) tau oligomerizációjának és biogenezisének kettős gátlásáról számoltak be, mint ígéretes stratégia az MTDL-ek tervezésében (Gabr és Barbault, 2020). Ennek a megközelítésnek az eredménye a 3. vegyület (1B. ábra), amely jobb neuroprotektív aktivitást mutatott, mint a miRNA146a antagomir és az MK-886, a tau aggregáció gátlója. Ezek a tanulmányok továbbá azt mutatják, hogy az MTDL-ek tervezése, amely a miRNS-ek biogenezisének gátlására összpontosít, előnyös terápiás profilt mutatott a monocélzott terápiákhoz képest. Ezért ezen megközelítések eredményének további szűrése a neurodegeneratív betegségek in vivo modelljei segítségével kritikus lesz a jövőbeli optimalizálás szempontjából.

Jövőbeli irányok:

A miRNS-ekhez szelektíven kötődni képes kis molekulák azonosítására szolgáló hatékony stratégiák kidolgozása figyelemre méltó hatással lesz a neurodegeneratív betegségekben szerepet játszó fehérjék expressziójának szabályozására. A Drosha és Dicer kis molekulájú inhibitorait alaposan tanulmányozták a miRNS-ek biogenezisének gátlására. A Dicer és Drosha számos inhibitora azonban gyengített miRNS-kötési affinitást mutat a sejtes környezetben, valamint nem képes blokkolni a miRNS érését.

Ezek az eredmények e kis molekulák szerény célzásának, valamint más makromolekulákkal való versengésüknek tulajdoníthatók a miRNS-ek megkötésében. Ezért nagyon kívánatos új megközelítések kidolgozása a miRNS-ek szelektív kötésére. A kinetic target irányított szintézis (KTGS) egy fragmentum-alapú gyógyszerkutatási megközelítés, amelyben a biológiai célpont úgy választja ki kétfogú ligandumait, hogy összeállítja azokat kis reaktív fragmensekből.

A KTGS-ben a biológiai célpont megnövelt rezonanciaidővel felgyorsítja a kovalens kötés kialakulását a komplementer reaktív funkciós csoportokkal rendelkező építőelemek között. A célponttól való disszociáció után folyadékkromatográfiás tömegspektrometriával a KTGS találatok kimutathatók a közegben. A miRNS-ek szelektív kötőinek azonosításának lehetséges módja a KTGS használata a cél miRNS kis molekulájú kötőinek azonosítására.

Hivatkozások

Catanesi M, D'Angelo M, Tupone MG, Benedetti E, Giordano A, Castelli V, Cimini A (2020) MicroRNAs diszreguláció és mitokondriális diszfunkció neurodegeneratív betegségekben. 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 és miR-132 neurális eredetűek. Alzheimer-kóros betegek plazma exoszómái. 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) A mikroRNS{1}} csökkenti az emberi amiloid-prekurzor fehérje szintjét ( APP), -helyi APP konvertáló enzim 1 (BACE1) és specifikus tau fehérjerészek.

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 elnyomja a BACE1 expressziót sporadikus Alzheimer-kórban. Oncotarget 8:91551-91557.

Cressatti M, Song W, Turk AZ, Garabed LR, Benchaya JA, Galindez C, Liberman A, Schipper HM (2019) A glial HMOX1 expresszió elősegíti a központi és perifériás szinuklein diszregulációt és patogenitást parkinson egerekben. Glia 67:1730-1744.

Dey SK, Jaffrey SR (2019) RIBOTACs: Kis molekulájú cél-RNS a lebontáshoz. Cell Chem Biol 26:1047-1049.

Kumar S, Reddy AP, Yin X, Reddy PH (2019) Új mikroRNS-455-3p és védő hatása az abnormális APP-feldolgozás és amiloid béta-toxicitás ellen Alzheimer-kórban. Biochem Biophys Acta Mol Basis Dis 1865:2428-2440.

O'Brien J, Hayder H, Zayed Y, Peng C (2018) A mikroRNS-biogenezis, a hatásmechanizmusok és a keringés áttekintése. Front Endocrinol 9:402.

Gabr MT, Barbault F (2020) A mikroRNS146a és a monomer tau első kettős kötője: Új megközelítés a neurodegeneratív betegségek többcélú terápiájához. Chem Commun 56:9695-9698.

Gabr MT, Brogi S (2020) MikroRNS-alapú többcélú megközelítés az Alzheimer-kórhoz: Az acetilkolinészteráz és a mikro-RNS{5}b biogenezis első osztályú kettős inhibitorának felfedezése. J Med Chem 63:9695- 9704.

Gebert LFR, MacRae IJ (2019) A mikroRNS-funkció szabályozása állatokban. 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) A lényeg fordítása A rendezetlen fehérje a-synucleint egy kis molekula gátolja, amely a szerkezetét célozza meg

további információ:ali.ma@wecistanche.com