Novi terapijski pristupi malih molekula za Alchajmerovu bolest i Parkinsonovu bolest zasnovani na ciljanju mikroRNA

Uloga mikroRNA u progresiji neurodegenerativnih bolesti: MikroRNA (miRNA) su endogeni, nekodirajući i kratki RNA nukleotidi koji regulišu ekspresiju gena kroz uparivanje baza sa ciljanom glasničkom RNK (mRNA) u 3′netranslatiranoj regiji (3′ UTR). Dakle, miRNA igraju osnovnu ulogu u inhibiciji ili degradaciji glasničkih RNK ​​(Gebert i MacRae, 2019). Dva enzima ribonukleaze (RNase) III kontrolišu biogenezu miRNA; Drosha i Dicer. Prvi korak u biogenezi uključuje cijepanje primarnih miRNA (pri-miRNA) u ćelijskom jezgru od strane Droše, što dovodi do stvaranja kratkih pre-miRNA petlje stabla. Nakon toga, ove pre-miRNA se transportuju u citoplazmu i dalje obrađuju u Diceru, što rezultira zrelim miRNA (O'Brien et al., 2018).

Click to cistanche tubulosa kapsule za Alchajmerovu bolest

Brojne bolesti pokazuju abnormalnu ekspresiju miRNA, kao što su rak dojke, leukemija, hepatocelularni karcinom, te kardiovaskularne i neurodegenerativne bolesti. Utvrđeno je da više od 2000 miRNA ima ključnu ulogu u razlikovanju neurona, što naglašava uključenost miRNA u različite neuronske procese. Literatura otkriva da su miRNA uključene u različite puteve koji su direktno uključeni u progresiju neurodegenerativnih bolesti (slika 1A). -Sinuklein, presinaptički protein uključen u neurološke poremećaje, je intrinzično poremećen protein. Agregacija -sinukleina u formiranje netopivih fibrila i Lewyjevih tijela je ključni patološki znak za dijagnozu neuroloških poremećaja, kao što su Parkinsonova bolest i Alchajmerova bolest. Agregaciju -sinukleina u ćelijama humanog neuroblastoma promovira miR-16-1, što se pripisuje sposobnosti miR-16-1 da snizi regulaciju proteina toplotnog šoka 70. Nedavno je sposobnost miR-153 da negativno reguliše -sinuklein dokazano je kod miševa s parkinsonizmom (Cressatti et al., 2019).

Štaviše, inhibicija miR-34b kod pacijenata sa Parkinsonovom bolešću pojačala je ekspresiju -sinukleina u ljudskom mozgu. Tau, protein povezan s mikrotubulama, eksprimiran je u zrelom ljudskom mozgu u šest izoforma. Abnormalna hiperfosforilacija i agregacija taua u zrele fibrile opažene su kod Alchajmerove bolesti, kao i kod drugih neuroloških poremećaja, zvanih tauopatije. Smanjenje regulacije miR-212 i miR-132 otkriveno je u neuralno izvedenim plazma egzozomima pacijenata sa Alchajmerovom bolešću (Cha et al., 2019). Na osnovu ovih nalaza, procjena nivoa miR212 i miR-132 u ekstracelularnim vezikulama smatra se obećavajućim dijagnostičkim alatom za Alchajmerovu bolest. Brojni izvještaji su pokazali povezanost između neurodegenerativnih bolesti i disfunkcije u mitohondrijskoj dinamici, kao što su varijacije u veličini mitohondrija, promijenjeni oblik, fisija-fuzija i kretanje mitohondrija). U ovom kontekstu, prijavljeno je da miR-27a potiskuje ekspresiju pretpostavljene kinaze 1 izazvane PTEN-om, mitohondrijalne serin/treonin kinaze, koja je ključni igrač u mitofagiji. Dakle, miR-27a igra ključnu ulogu u kontroli autofagnog čišćenja oštećenih mitohondrija.

Mutacije u navodnoj kinazi 1 izazvane PTEN smatraju se glavnim faktorom koji doprinosi autosomno recesivnoj Parkinsonovoj bolesti. U tom smislu, miR-494 inducira oštećenje mitohondrija i oštećenje neurona izazvano oksidativnim stresom smanjujući ekspresiju proteina 7 Parkinsonove bolesti, inhibitora agregacije -sinukleina (Catanesi et al., 2020). Osim toga, novi miR-455- 3p pokazao je zaštitnu aktivnost protiv agregacije amiloida kontrolirajući ekspresiju mitohondrijalnih fisionih proteina i regulirajući mitohondrijalnu dinamiku (Kumar et al., 2019.). Poslednjih godina, -sekretaza 1 (BACE1) dobija sve veću pažnju kao kritična terapijska meta za Alchajmerovu bolest. BACE-1, također poznat kao enzim 1 koji cijepa protein prekursora amiloida, je glavna sekretaza uključena u proizvodnju amiloidnih peptida u ljudskom mozgu. Naknadna agregacija i fibrilizacija ovih peptida kako bi se formirali amiloidni plakovi su ključne dijagnostičke karakteristike Alchajmerove bolesti.

Osim toga, višestruki dokazi su pokazali neurotoksičnost malih oligomera amiloidnih peptida. MiR-298 je nedavno identificiran kao represor BACE1 u modelu kulture ljudskih neurona, otkrivajući terapeutski potencijal miR298 za neurodegenerativne bolesti (Chopra et al., 2020). Štaviše, ekspresiju BACE-1 direktno reguliše miR15b, koji funkcioniše tako što cilja BACE1 mRNA 3′-UTR (Gong et al., 2017). Ovi nalazi ilustriraju da su miRNA ključni igrači u kontroli funkcije BACE-1 i njegove uloge u patogenezi neurodegenerativnih bolesti.

Razvoj malih molekula za neurodegenerativne bolesti zasnovan na ciljanju miRNA:

Ciljanje miRNA koje izazivaju bolesti sa malim molekulima otkrilo je obećavajući ishod in vitro kao i in vivo skrininga. Stoga su značajni istraživački napori usmjereni ka razvoju novih strategija za identifikaciju i dizajn malih molekula s potencijalnom sposobnošću vezivanja miRNA. Međutim, kratke sekvence miRNA ometale su identifikaciju moćnih veziva malih molekula i pomjerile fokus na ciljanje pre-miRNA sa dužim sekvencama. Inforna i Inforna 2.0 su alati razvijeni za identifikaciju malih molekula koji ciljaju strukturirane RNK. Ovi pristupi se zasnivaju na rudarskim motivima (sekundarnim strukturama) RNK na osnovu njihovih sekvenci.

Ovi motivi se zatim uspoređuju sa bazom podataka poznatih partnera koji se vezuju za RNA motiv i male molekule. Inforna zatim prijavljuje motiv u bazi podataka kao i ciljnu RNK. Informa je nedavno korištena u identifikaciji spoja 1 (slika 1B) kao inhibitora ekspresije -sinukleina (Zhang et al., 2020). Spoj 1 cilja na -sinukleinsku mRNA 5′ UTR i smanjuje nivoe a-sinukleina smanjenjem količine SNCA mRNA učitane u polizome. Nedavno su RIBOTAC (ribonukleaza ciljane himere) evoluirala kao nova klasa malih molekula koje mogu ciljati različite RNK klase, uključujući miRNA i mRNA (Dey i Jaffrey, 2019). Dizajn RIBOTAC-a zasniva se na povezivanju molekula koji se vezuju za RNK sa malim molekulom koji aktivira RNA L, latentnu ribonukleazu, što rezultira degradacijom ciljne RNK

Višeciljani usmjereni ligandi (MTDL) za neurodegenerativne bolesti fokusirane na miRNA:

MTDL su ligandi koji su dizajnirani da ometaju višestruke puteve uključene u progresiju neuroloških poremećaja zbog njihove višestruke karakteristike. Izvanredan uspjeh MTLD-a u identifikaciji malih molekula sa in vitro i in vivo efikasnošću u modelima neurodegenerativnih bolesti rezultirao je kontinuiranim naporima u razvoju novih alata za dizajn MTDL-a. U tom kontekstu, nedavno je objavljena nova strategija za identifikaciju MTDL-a za neurodegenerativne bolesti, koja se temelji na dvostrukoj inhibiciji acetilkolinesteraze i biogenezi miRNA (Gabr i Brogi, 2020). Jedinjenje 2 (Slika 1B), dvostruki inhibitor acetilholinesteraze i biogeneze miR-15b, bio je efikasniji od donepezila i anti-miR-15 u zaštiti SH-SY5Y neuroblastomskih ćelija od citotoksičnosti izazvane amiloid-beta .

Štaviše, dvostruka inhibicija tau oligomerizacije i biogeneze miRNA uključenih u progresiju neuroloških poremećaja (npr. miRNA-146a) prijavljena je kao obećavajuća strategija za dizajn MTDL-a (Gabr i Barbault, 2020). Rezultat ovog pristupa je dao jedinjenje 3 (Slika 1B) koje je pokazalo superiornu neuroprotektivnu aktivnost u odnosu na antagomir miRNA146a i MK-886, inhibitor tau agregacije. Ove studije dalje ilustruju da je dizajn MTDL-a fokusiran na inhibiciju biogeneze miRNA pokazao preferencijalni terapeutski profil u odnosu na monociljane terapeutike. Stoga će daljnji skrining ishoda ovih pristupa korištenjem in vivo modela neurodegenerativnih bolesti biti kritičan za buduću optimizaciju

Buduci pravci:

Razvoj efikasnih strategija za identifikaciju malih molekula koji mogu selektivno vezati miRNA imat će izvanredan učinak na sposobnost kontrole ekspresije proteina uključenih u neurodegenerativne bolesti. Inhibitori malih molekula Drosha i Dicer su opsežno proučavani kao alati za inhibiciju biogeneze miRNA. Međutim, brojni inhibitori Dicera i Drosha pokazuju oslabljeni afinitet vezivanja miRNA u ćelijskom okruženju, kao i nesposobnost da blokiraju sazrijevanje miRNA.

Ovi rezultati se pripisuju promiskuitetnom ciljanju ovih malih molekula, kao i njihovoj konkurenciji sa drugim makromolekulama u vezivanju miRNA. Stoga je uspostavljanje novih pristupa za selektivno vezivanje miRNA vrlo poželjno. Kinetička meta vođena sinteza (KTGS) je pristup otkrivanja lijekova zasnovan na fragmentima u kojem biološka meta bira svoje bidentatne ligande sastavljajući ih iz skupa malih reaktivnih fragmenata.

U KTGS-u, biološka meta ubrzava formiranje kovalentne veze između građevnih blokova sa komplementarnim reaktivnim funkcionalnim grupama putem poboljšanog vremena rezonancije. Nakon odvajanja od mete, KTGS pogoci se mogu detektovati u medijumu tečnom hromatografijom-masenom spektrometrijom. Potencijalni put za identifikaciju selektivnih veziva miRNA bi bio korištenje KTGS-a za identifikaciju malih molekula veziva ciljne miRNA.

Reference

Catanesi M, D'Angelo M, Tupone MG, Benedetti E, Giordano A, Castelli V, Cimini A (2020) Disregulacija mikroRNA i mitohondrijalna disfunkcija u neurodegenerativnim bolestima. 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 i miR-132 su smanjeni u neuronski izvedenim egzosomi plazme pacijenata oboljelih od Alchajmerove bolesti. 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.) MikroRNA-298 smanjuje nivoe humanog amiloidnog prekursorskog proteina ( APP), -site APP pretvarajući enzim 1 (BACE1) i specifične tau proteinske dijelove.

Mol Psychiatry doi:10.1038/s41380-019- 0610-2.

Cha D, Mengel D, Mustapić 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 potiskuje ekspresiju BACE1 kod sporadične Alchajmerove bolesti. Oncotarget 8:91551-91557.

Cressatti M, Song W, Turk AZ, Garabed LR, Benchaya JA, Galindez C, Liberman A, Schipper HM (2019) Glijalna ekspresija HMOX1 potiče centralnu i perifernu disregulaciju sinukleina i patogenost kod miševa s parkinsonizmom. Glia 67:1730-1744.

Dey SK, Jaffrey SR (2019) RIBOTACs: Ciljna RNA malih molekula za razgradnju. Cell Chem Biol 26:1047-1049.

Kumar S, Reddy AP, Yin X, Reddy PH (2019.) Nova mikroRNA-455-3p i njen zaštitni efekat protiv abnormalne obrade APP-a i amiloidne beta toksičnosti kod Alchajmerove bolesti. Biochem Biophys Acta Mol Basis Dis 1865:2428-2440.

O'Brien J, Hayder H, Zayed Y, Peng C (2018) Pregled biogeneze mikroRNA, mehanizama djelovanja i cirkulacije. Front Endocrinol 9:402.

Gabr MT, Barbault F (2020.) Prvo dvostruko vezivo mikroRNA146a i monomernog taua: Novi pristup višeciljanoj terapiji neurodegenerativnih bolesti. Chem Commun 56:9695-9698.

Gabr MT, Brogi S (2020) Višeciljni pristup baziran na mikroRNA za Alchajmerovu bolest: Otkriće prvog u klasi dvostrukog inhibitora acetilholinesteraze i mikro-RNA-15b biogeneze. J Med Chem 63:{7}}.

Gebert LFR, MacRae IJ (2019) Regulacija funkcije mikroRNA kod životinja. 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) Prijevod suštinskog poremećeni protein a-sinuklein inhibira mali molekul koji cilja na njegovu strukturu

za više informacija:ali.ma@wecistanche.com