MikroRNA a ledviny


MicroRNAs and kidneys

MicroRNAs are short non-coding ribonucleic acid molecules that regulate gene expression at the post-transcriptional level thus affecting important physiological as well as pathophysiological processes in the organism, for example cell differentiation, proliferation, apoptosis, and metabolism. They are involved in pathogenesis of many diseases including cancer. Many microRNAs are tissue or organ-specific which implies their possible potential as biomarkers or maybe even therapeutical agents as documented by microRNA research interest rising exponentially during last years. Among all, microRNAs are important also for physiological function of the kidney and they are involved in various renal disorders. Today research is focused mainly on renal and urinary tract carcinogenesis, acute kidney injury, chronic renal diseases (polycystic kidney disease) or renal complications of systemic diseases such as diabetic or hypertension nephropathy and autoimmune kidney injury including acute allograft rejection after kidney transplantation. The review summarizes current information about microRNA effect on kidney development and function and also on the most common kidney diseases.

Keywords:
microRNA – acute kidney injury – diabetic nephropathy – gene expression profiles – biomarkers


Autoři: Jana Stříteská 1;  Jana Nekvindová 2;  Vladimír Černý 3;  Vladimír Palička 4
Působiště autorů: Ústav molekulární a translační medicíny, Lékařská fakulta Univerzity Palackého, Olomouc ;  Univerzita Karlova v Praze, Lékařská fakulta v Hradci Králové ;  Dalhousie University, Department of Anesthesia, Pain Management and Perioperative Medicine, Halifax, Canada ;  Univerzita Karlova v Praze, Lékařská fakulta, Hradec Králové ;  Klinika anesteziologie, resuscitace a intenzivní medicíny, Fakultní nemocnice, Hradec Králové 1;  Ústav klinické biochemie a diagnostiky, Fakultní nemocnice, Hradec Králové 2;  Klinika anesteziologie, resuscitace a intenzivní medicíny, Fakultní nemocnice, Hradec Králové 3;  Ústav klinické biochemie a diagnostiky, Fakultní nemocnice Hradec Králové 4
Vyšlo v časopise: Čas. Lék. čes. 2014; 153: 187-192
Kategorie: Přehledové články

Souhrn

MikroRNA jsou krátké nekódující molekuly ribonukleové kyseliny, které působí jako regulátory genové exprese na post-transkripční úrovni. Regulací genové exprese zasahují do důležitých fyziologických i patofyziologických dějů v organismu, např. buněčné diferenciace, proliferace, apoptózy, metabolismu, a patogeneze mnoha onemocnění včetně karcinogeneze. Mnohé mikroRNA jsou tkáňově či orgánově specifické. Současný výzkum se zabývá možnostmi využití mikroRNA jako biomarkerů, případně terapeutik. Důležitou roli mají mikroRNA nejen pro správné fyziologické funkce a vývoj ledvin, ale i v patogenezi onemocnění ledvin. Intenzivní výzkum v této oblasti je zaměřen zejména na nádorová onemocnění ledvin a močového ústrojí, akutní poškození ledvin, chronická onemocnění ledvin (polycystická choroba ledvin), případně renální komplikace systémových onemocnění (diabetická a hypertenzní nefropatie, imunitní poškození ledvin včetně akutní rejekce transplantované ledviny). V přehledu jsou uvedeny základní informace o ovlivnění vývoje a funkce ledvin a patogeneze nejčastějších onemocnění ledvin prostřednictvím mikroRNA.

Klíčová slova:
mikroRNA – akutní poškození ledvin – diabetická nefropatie – genová exprese – biomarkery

ÚVOD

MikroRNA (miRNA) jsou endogenní molekuly ribonukleové kyseliny (RNA), dlouhé přibližně 18–25 nukleotidů, které v organismech regulují expresi genů na post-transkripční úrovni. První miRNA, označená lin-4, byla objevena Ambrosem a kolegy v roce 1993 u háďátka obecného (Caenorhabditis elegans) z kmene hlístic (Nematoda). V pořadí druhá miRNA (let-7) byla u stejného živočicha objevena v roce 2000, na rozdíl od lin-4 však byla nalezena napříč živočišným spektrem od hmyzu po člověka (1). Tyto objevy spustily intenzivní výzkum miRNA, které jako regulátory genové exprese zcela zásadním způsobem zasahují do procesů buněčné diferenciace, proliferace, apoptózy, metabolismu a patofyziologie mnoha onemocnění (1).

Regulační síť miRNA je jednou z hlavních oblastí rozsáhlého regulačního systému kontroly genové exprese v organismech prostřednictvím mechanismů tzv. RNA interference (RNAi), jejíž podstatou je post-transkripční útlum genové exprese (tzv. „gene silencing“) (2). Mechanismus RNAi poprvé popsali v roce 1998 Andrew Z. Fire a Craig C. Mello a za tento objev jim byla v roce 2006 udělena Nobelova cena za fyziologii a medicínu (3).

RNAi je evolučně konzervovaný mechanismus, přirozeně se vyskytující u rostlin, živočichů i člověka. Primární funkcí RNAi byla zřejmě protivirová ochrana a suprese potenciálně nebezpečných segmentů genomu, jako jsou transpozony, později se mechanismy RNAi rozšířily na regulaci endogenních transkriptů (4). Existuje mnoho speciálních typů malých regulačních RNA, které v současnosti řadíme do tří hlavních skupin: 1. miRNA, 2. small interfering RNA (siRNA) a 3. poněkud odlišně působící a delší Piwi-interacting RNA (piRNA). Mezi miRNA a siRNA existuje několik zásadních rozdílů: Endogenní miRNA jsou kódovány přímo miRNA geny, jejichž transkripcí vznikají vlásenkové prekurzory miRNA, zatímco siRNA jsou generovány štěpením exogenní (např. virové) nebo dlouhé endogenní dvouvláknové RNA (double stranded RNA, dsRNA) (5). Komplementarita siRNA a cílové messenger RNA (mRNA) je úplná a vede k degradaci mRNA, zatímco miRNA obvykle vykazují pouze částečnou komplementaritu s cílovou mRNA a častěji vedou k útlumu translace mRNA než její degradaci (5, 6).

BIOGENEZE A VÝZNAM mikroRNA

MiRNA regulují expresi genů na post-transkripční úrovni. U člověka se předpokládá existence několika tisíc miRNA genů, z nichž se asi 70 % nachází v intronech a exonech a zbývajících 30 % v intergenových oblastech (7). Biogeneze miRNA začíná v buněčném jádře, kde vznikají primární miRNA transkripcí miRNA genů (působením RNA polymerázy II). Tyto primární miRNA jsou následně štěpeny na kratší prekurzory vlásenkové pre-miRNA, a to působením komplexu endonukleázy zvané Drosha a kofaktoru DGCR8 (DiGeorge syndrome critical region 8) (1, 7). Proces vzniku zralých miRNA pokračuje v cytosolu buňky, kam jsou pre-miRNA transportovány prostřednictvím transportního faktoru exportin-5. V cytosolu jsou pre‑miRNA štěpeny RNA polymerázou III zvanou Dicer na konečnou zralou formu miRNA (dvouvláknovou RNA) (1, 8, 9).

Vedoucí vlákno zralé miRNA je po rozvolnění duplexu rozpoznáno a navázáno aktivní ribonukleázou (RNázou), tzv. RISC komplexu (= RNA induced silencing complex) za vzniku miRNA-RISC spojení. Po vazbě miRNA-RISC komplexu na cílovou mRNA dojde k post-transkripční inhibici exprese genů jedním ze dvou možných mechanismů – buď degradací cílové mRNA (při úplné shodě sekvencí), nebo – ve většině případů – inhibicí translace mRNA (při neúplné shodě) (1, 7).

Z výsledků dosavadního výzkumu vyplývá, že každá jednotlivá miRNA může potenciálně regulovat translaci velkého počtu různých mRNA, a naopak, každá mRNA může mít mnohočetná vazebná místa pro různé miRNA – je to dáno skutečností, že specificita miRNA je determinována hlavně komplementaritou bází na jejím 5´-konci. Předpokládá se, že více než 60 % lidských genů je regulováno prostřednictvím miRNA (1). Množství miRNA objevených během posledního desetiletí významně vzrůstá, existují pravidelně aktualizované databáze miRNA, např. http://www.mirbase.org (8), http://www.mir2disease.org/ (7). V prozatím poslední aktualizaci databáze miRBase je u člověka popsáno 2578 zralých miRNA (10).

Z výsledků studií expresního profilování miRNA v organismech za různých okolností vyplývá, že některé miRNA jsou specifické pro určité tkáně a orgány. Dalšími zásadními vlastnostmi pro využití miRNA v medicíně je jejich strukturní jednoduchost a významná stabilita ve tkáních a biologických tekutinách včetně séra, kde jsou chráněny proti endogenním RNázám jednak díky jejich malé velikosti, jednak díky jejich uložení v exozomech (příp. jiných mikročásticích) nebo ve vazbě na vysokodenzitní lipoproteiny (high-density lipoprotein, HDL) či v komplexech s proteiny. Díky těmto charakteristickým vlastnostem se molekulymiRNA jeví jako ideální kandidáti na biomarkery pro diagnostiku a monitorování progrese některých onemocnění. Potenciální hodnota miRNA jako biomarkerů některých typů nádorů byla již demonstrována, byla popsána i možnost predikce odpovědi některých nádorů na chemoterapii (1, 11, 12).

Zajímavou a slibnou oblastí výzkumu je možnost využít miRNA jako terapeutický cíl při některých chorobách. Inhibice miRNA lze v principu dosáhnout přerušením její biosyntézy, bohužel nespecifický charakter této metody vede k nežádoucímu celkovému snížení funkce miRNA v orga-nismu. Selektivněji působí tzv. antagomiRs (antisense oligonucleotides, ASO) komplementární k miRNA. Pro miRNA redukované při určitých onemocněních se nabízí možnost obnovení jejich funkce užitím tzv. miRNA mimetik, výzkum zatím probíhá pouze na experimentální úrovni (7, 13).

FYZIOLOGIE, VÝVOJ LEDVIN A mikroRNA

MiRNA hrají významnou úlohu ve vývoji ledvin, ale i v udržení jejich správné funkce. Expresní profilování prokázalo několik miRNA specificky se vyskytujících v ledvinách (tzv. „kidney-specific“): miR-146a, miR-886, miR-192, miR-194, miR-204, miR-215, miR-216. Jiné miRNA se v ledvinách exprimují preferenčně (tzv. „kidney-enriched“), např. miR-196a-b, miR-10a-b, miR-872 a miR-200a (7, 14, 15). Zastoupení jednotlivých miRNA v ledvině je odlišné v kůře a ve dřeni, což pravděpodobně odráží rozdílné fyziologické funkce těchto kompartmentů (9, 15).

Jak bylo uvedeno, přítomnost miRNA je nezbytná pro správnou funkci ledviny, což dokazují výsledky některých experimentálních studií na pokusných zvířatech – selektivní vyřazení RNA polymerázy zvané Dicer, specifické pro podocyty ledvin, vede k časnému rozvoji proteinurie a následnému rozvoji terminálního selhání ledvin a úmrtí zvířete během několika týdnů. Podocyty, buňky podílející se na filtrační funkci kapilár glomerulů, potřebují pro svoji správnou strukturu a funkci miRNA patřící do rodiny miR-30. Proteinurie je spojena se signifikantním snížením exprese členů rodiny miR-30 (miR-30a, miR-30d a miR-30c) a akumulací jejich prekurzorů (7, 15, 16).

MiRNA jsou esenciální i pro správný vývoj ledvin. Ačkoliv je inhibice translace mRNA působením miRNA účinná pouze z 30-50%, je pravděpodobně dostačující pro snížení exprese např. transkripčních faktorů pod práh účinnosti. MiRNA zasahují až do pozdějších fází vývoje ledvin (zejména terminální diferenciace), podílejí se na časové i prostorové regulaci genové exprese ve vyvíjejících se ledvinách.

Stěžejním prvkem v časové regulaci genové exprese je interakce mezi lhx1 a členy rodiny miR-30. lhx1 je klíčovým faktorem několika úrovní vývoje ledviny, za normálních okolností je down-regulován až do terminální diferenciace; při absenci rodiny miR-30 je však udržována vysoká hladina lhx1 s negativním dopadem na vývoj ledvin (17). V prostorové regulaci genové exprese hraje významnou roli mezenchymální-epiteliální tranzice (MET), která je ovlivněna členy rodiny miR-200. Vysoké hladiny miR-200 chrání epiteliální buňky ledvin před jejich spontánní dediferenciací (17).

V experimentech na zvířecích modelech, u nichž byla vyřazena funkce enzymu Diceru v jednotlivých typech renálních buněk, bylo prokázáno, že snížená funkce miRNA vede k útlumu proliferace, chybnému vývoji a snížení počtu nefronů a k opožděné diferenciaci ledvinných tubulů. MiRNA pravděpodobně ovlivňují uvedené pochody proapoptotickým působením (17, 18).

MikroRNA A CHOROBY LEDVIN

Diabetická nefropatie

Diabetická nefropatie (DN) je jednou z nejčastějších příčin chronického renálního selhání, nezřídka vyžadujícího dialyzační léčbu. Incipientní a manifestní diabetickou nefropatii dělí hranice ztráty 300 mg albuminu močí za 24 hodin. Kromě hyperglykémie, která je rozhodujícím faktorem, se na vzniku a progresi DN podílejí i genetické faktory (19). Histologicky je DN charakterizována zesílením bazální membrány glomerulů, hypertrofií a expanzí mezangia, zmnožením extracelulární matrix (ECM) a setřením struktury podocytů. Na zmnožení ECM, tedy i na vzniku diabetické nefropatie, se podílejí proteiny, regulační enzymy a růstové faktory (např. transforming growth factor beta (TGF-ß) nebo angiotenzin II). Klíčová role TGF-ß vyvolávajícího patologickou syntézu kolagenu a hypertrofii buněk byla prokázána v mnoha experimentech, tento růstový faktor je indukován chronickou hyperglykémií. TGF-ß působí v buňkách mezangia několika různými mechanismy, jejichž výsledným efektem je zvýšené přežívání a hypertrofie mezangiálních buněk s následnou progresí DN (19, 20–22).

MiRNA hrají v patogenezi DN nepochybně důležitou, byť ne zcela probádanou, úlohu. Regulují patofyziologické pochody v buňkách mezangia, v podocytech i v buňkách epitelu proximálních tubulů. Vliv hyperglykémie a TGF-ß na expresi miRNA v rozdílných typech buněk ledvin byl studován na buněčných kulturách i zvířecích modelech. Centrální úlohu při vzniku a progresi DN hraje miR-192. U experimentálních myší s diabetem byly nalezeny zvýšené hladiny miR-192 v glomerulech. MiR-192 reguluje geny ovlivňující produkci kolagenu, její inhibice vede ke snížení exprese genů pro kolagen v mezangiálních buňkách a kůře ledvin (23). Uvedená zjištění však byla v některých studiích zpochybněna – u člověka na rozdíl od experimentálních zvířat vykazovaly biopsie ledvin pacientů s DN signifikantní snížení miR-192; snížená exprese miR-192 přímo korelovala s mírou tubulointersticiální fibrózy a sníženou glomerulární filtrací. Lze tedy uvažovat o odlišném regulačním efektu miR-192 v mezangiálních buňkách a v buňkách proximálních tubulů prostřednictvím TGF-ß. Přesný mechanismus vysvětlující tyto rozdíly není zatím zcela objasněn (22).

Experimentálně byla zjištěna upregulace některých dalších miRNA v procesu vzniku diabetické nefropatie, např. miR-377, miR-21, miR-216 a miR-217; zvyšují produkci proteinu fibronektinu, byť každá z uvedených miRNA jiným mechanismem (23). Členové rodiny miR-200 ovlivňují (jako regulátory epitelového fenotypu, viz vývoj ledvin) interakce miRNA s TGF-ß a epiteliálně-mezenchymální tranzici (EMT). TGF-ß snižuje expresi rodiny miR-200 v tubulárních epiteliálních buňkách, negativní zpětnou vazbou pakmiR-200a down-reguluje TGF-ß2, čímž dochází k progresi renální fibrózy (23).

Vzhledem k tomu, že se na složitém procesu vzniku diabetické nefropatie účastní mnoho různých faktorů, narůstá množství objevených miRNA, které do tohoto procesu na různých úrovních zasahují. Patři k nim např. i miR-93, která reguluje expresi vaskulárního endoteliálního růstového faktoru (vascular endothelial growth factor, VEGF). Hyperglykémie snižuje expresi miR-93 v podocytech, což zpětně vede k represi VEGF, indukci kolagenu a fibronektinu, a progresi renální fibrózy (23).

Neméně důležitým článkem v patogenezi DN jsou již zmíněné podocyty, pro jejichž vývoj a správnou funkci je miRNA esenciální (viz výše). Cílené vyřazení Diceru v podocytech způsobilo u pokusných zvířat proteinurii, rychlý rozvoj terminálního stadia onemocnění ledvin a úmrtí během několika týdnů (15).

Jiné nefropatie

K chronickým nefropatiím patří (mimo diabetické) i hypertenzní nefroskleróza a polycystická choroba ledvin.

Při profilování exprese miRNA u hypertenzní nefrosklerózy (hypertenzní nefropatie) byly nalezeny zvýšené hladiny několika miRNA (miR-200a, miR-200b, miR-141, miR-429, miR-205 a miR-192) (24). S uvedenou prací jsou ve shodě výsledky studie Wanga et al. (25), ve které byla prokázána upregulace rodiny miR-200, miR-205 a miR-192 u hypertenzní nefrosklerózy, a to v korelaci s tíží postižení ledvin. Ačkoliv přesná úloha miRNA v patogenezi hypertenzní nefropatie není známa, některé práce naznačují jejich význam v procesu rozvoje renální fibrózy u chronických chorob ledvin (např. miR-29b ovlivňující produkci kolagenu v extracelulární matrix) (22).

Z dosud provedených experimentů vyplývá, že nejdůležitější miRNA regulující arteriální krevní tlak je miR-155; suprimuje expresi receptoru pro angiotenzin II (angiotensin II type I receptor, AT1R). Gen mir-155 se nachází na chromozomu 21, čemuž odpovídá nález vysoké hladiny miR-155 a sníženého množství AT1R u jedinců s trizomií chromozomu 21 (15, 25).

Polycystická choroba ledvin autozomálně dominantního typu (PCHLAD), charakterizovaná formací renálních cyst v dospělosti, je častou příčinou chronického selhání ledvin, vyžadujícího dialyzační léčbu či transplantaci ledviny. Polycystická choroba ledvin autozomálně recesivního typu (PCHLAR) se vyskytuje u novorozenců. Klinický obraz choroby je charakterizován formací obrovských cyst postihujících mnoho orgánů, především ledviny, ale i plíce, játra a další, příčinou úmrtí bývá často respirační selhání. Předpokládaným patogenetickým mechanismem je deregulace interakcí mezi buňkou a extracelulární matrix s následným excesivním buněčným růstem a formací cyst (7). V animálním experimentu byla zjištěna signifikantně snížená exprese miR-15a, zasahující do regulace buněčného cyklu; in vitro studie prokázaly významnou redukci růstu cyst následkem zvýšené hladiny miR-15a (7, 15).

Akutní poškození ledvin

Akutní poškození ledvin (acute kidney injury, AKI) významně zvyšuje morbiditu a mortalitu kriticky nemocných pacientů. Je nezávislým rizikovým faktorem pro rozvoj chronické nefropatie (chronic kidney disease, CKD) (22, 26). V běžné klinické praxi je AKI obvykle diagnostikováno na základě zhodnocení sérové hladiny kreatininu, diurézy a klinických okolností včetně případného vyvolávajícího inzultu, což neumožňuje vždy dostatečně rychlou a spolehlivou diagnostiku AKI. Bylo zkoumáno několik potenciálních biomarkerů renálního poškození (27), žádný z nich se však neuplatnil v rutinní klinické praxi.

MiRNA se díky svým unikátním vlastnostem jeví jako ideální biomarkery – získání konkrétních miRNA měnících expresi vlivem akutního poškození ledvin je předmětem několika recentně provedených studií, animálních i humánních.

Na modelu ischemicko-reperfuzního poškození ledvin myší prokázali Wang et al. (28) zvýšení exprese miR-10a a miR-30d v moči, korelující s tíží poškození ledvin; předpokládaným patogenetickým mechanismem je uvolnění zralých miRNA z poškozené tkáně ledviny do moči. Význam těchto miRNA u ledvinného poškození podporuje i nález jejich zvýšených hladin v moči pacientů s fokální segmentální glomerulosklerózou (28).

V modelově podobném experimentu zjistili Saikumar et al. (29) signifikantní zvýšení exprese miR-21, miR-155 a miR-18a ve tkáni ledvin následkem jejich ischemicko-reperfuzního poškození. Stejně tak toxické poškození ledvin vyvolané gentamycinem způsobilo zvýšení exprese miR-21 a miR-155 ve tkáni ledviny, a to v těsné korelaci s tíží histopatologického poškození (29). Zásadní význam miRNA v patogenezi AKI vyplývá ze zjištění, že Dicer-knockoutovaní potkani (specificky v buňkách proximálních tubulů ledvin) jsou rezistentní ke vzniku AKI následkem ischemicko-reperfuzního poškození (22).

Bhatt et al. (30) se zabývali změnou exprese mir-34a, která je cílovým genem proteinu p53 – jeho prostřednictvím dochází k indukci miR-34a jako odpovědi na nefrotoxicitu vyvolanou cisplatinou, uvažuje se o cytoprotektivním účinku miR-34a na ledvinné buňky. Naopak hypoxie vykazuje opačný (suprimující) efekt na expresi miR-34, jejím potlačením podporuje epiteliálně-mezenchymální tranzici v epiteliálních buňkách tubulů ledvin (22).

Většina prací zabývajících se změnou exprese miRNAu AKI vychází z experimentů na zvířecích modelech. Lorenzen et al. (26) studovali expresní profily miRNA v séru kriticky nemocných pacientů s AKI vyžadujícím eliminační terapii. Prokázali významné snížení exprese miR-16 a miR-320 a významné zvýšení exprese miR-210, která byla navíc identifikována jako silný nezávislý prognostický faktor pro 28denní přežití. Při znalosti úlohy miR-210 v molekulární odpovědi buněk na hypoxii lze předpokládat, že je uvolňována z endoteliálních buněk cév ledvin v rámci hypoxického poškození při AKI (26).

Akutní a chronická rejekce transplantované ledviny

Akutní rejekce transplantované ledviny je nejvýznamnějším rizikovým faktorem pro vznik chronické transplantační nefropatie a následnou ztrátu funkce štěpu (31). V současné době je diagnóza akutní rejekce možná pouze na základě provedení invazivního vyšetření (biopsie transplantované ledviny) – získání citlivých biomarkerů je proto jednouz priorit výzkumu v této oblasti nefrologie.

Sui et al. (31) v jedné z prvních studií prokázali rozdílnou expresi dvaceti miRNA v transplantované ledvině a identifikovali některé cílové mRNA naznačující možné patofyziologické mechanismy rejekce štěpu. Výsledky studie byly limitovány nízkým počtem vyšetřovaných vzorků a porovnáváním bioptických vzorků ledvin poškozených akutní rejekcí s tkání netransplantovaných ledvin.

Anglicheau et al. (32) ve své práci prokázali vzájemnou korelaci zvýšené exprese miR‑142‑5p, miR-155 a miR-223 ve tkáni ledviny postižené akutní rejekcí a v mononu-kleárních leukocytech periferní krve, tyto změny naznačují vzájemnou interakci epiteliálních buněk tubulů a aktivace mononukleárních leukocytů u akutní rejekce štěpu.MiR-142-5p a miR-155 ve štěpu ledviny vykazovaly dokonce 100% senzitivitu a 95% specificitu v predikci funkce štěpu a vzniku akutní rejekce štěpu.

Lorenzen et al. (33) studovali změny exprese miRNA v moči pacientů s akutní rejekcí transplantované led-viny. Prokázali významnou deregulaci miR-10a, miR-10b a miR-210, z nichž právě miR-210 byla identifikována jako silný prediktor dlouhodobé funkce transplantované ledviny (33). Hypoxie je významným faktorem indukujícím miR-210 prostřednictvím hypoxií indukovaného transkripčního faktoru (hypoxia-inducible factor, HIF), např. v endoteliálních buňkách. Předpokládá se tedy, že miR-210 může být ovlivněna hypoxií během akutní rejekce transplantované ledviny, vedoucí k zvýšenému množství miR-210 ve tkáni štěpu a následné redukci množství v moči (34).

Chronickou transplantační nefropatií se ve své práci zabývali Scian et al. (35). Zjistili rozdílnou expresi pěti miRNA ve tkáni ledvin, u tří z nich byla současně prokázána odlišná exprese v moči (miR-142-3p, miR-204, miR-211).

Charakteristické změny exprese miRNA v moči a séru pacientů s akutní a chronickou rejekcí transplantované ledviny mohou v budoucnu představovat citlivé neinvazivní biomarkery a umožnit časné zahájení anti-rejekční terapie, byť je v současnosti spektrum deregulovaných miRNA v jednotlivých studiích rozdílné.

Nádorová onemocnění ledvin

Aberantní exprese miRNA je přítomna u většiny lidských maligních nádorů. V onkogenezi mohou miRNA působit ambivalentně – jednak jako onkogeny (tzv. oncomirs), jednak jako tumor-supresorové geny. MiRNA geny se často nacházejí na fragilních místech chromozomů nebo v blízkosti jiných onkogenů (36). Kromě stanovení expresních profilů miRNA s cílem najít biomarkery byla u některých typů nádorů (např. plicních, leukémie) popsána i možnost predikovat prognózu pacientů, případně odpověď nádoru na léčbu (37).

Nádorová onemocnění ledvin u dospělých představují asi 3 % všech malignit, v 80–95 % případů se jedná o renální karcinom (37). Byla provedena řada studií s nálezem rozdílné exprese miRNA v nádorové tkáni, nicméně zastoupení konkrétních miRNA se ve výsledcích jednotlivých studií liší.

Gottard et al. (37) prokázali zvýšenou expresi čtyř miRNAve tkáni ledviny s renálním karcinomem v porovnání se zdravými ledvinami (miR-28, miR-185, miR-27, let-7f-2). Rozdílná exprese členů rodiny let-7 je často asociována s nádory díky jejich cílovému onkogenu (Ras). Zvýšená exprese Ras způsobená klesající expresí let-7 byla pozorována např. u plicního karcinomu, naopak let-7-f-2 byla zvýšeně exprimována u nádorů ledvin – výsledek studie ukazuje na možnost opačného efektu jednotlivých miRNA na různé tkáně či orgány při stejném typu onemocnění (37, 38).

Catto et al. (38) uvádí rozdílnou expresi jiného spektra miRNA (miRs-141/200, miR-23b, miR-29b, miR-438-3p) u nádorových onemocnění ledvin, zajímavým nálezem byla i neobvykle zvýšená exprese miR-34a u karcinomu ledviny (ta je vlivem regulace proteinu p53 u většiny nádorových onemocnění redukovaná) (38).

Ve studii Radové et al. (39) zabývající se cirkulujícími miRNA v séru pacientů s renálním karcinomem byla zjištěna zvýšená hladina miR-378 a snížená hladina miR-451.

MiRNA mohou mít význam i pro predikci prognózy některých nádorových onemocnění. Zaman et al. ve své práci prokázali korelaci exprese miR-21 ve tkáni renálního karcinomu s přežitím nemocných a závažností stadia onemocnění; u skupiny pacientů se sníženou expresí miR-21 bylo zjištěno významně vyšší pětileté přežití (40).

Slabý et al. (41) ve své práci zjišťovali možnost predikce relapsu onemocnění po nefrektomii. Prokázali rozdílnou expresi celkem 64 miRNA v primární nádorové tkáni u pacientů s a bez následného relapsu onemocnění. U pacientů s relapsem onemocnění byla potvrzena snížená exprese miR-143, miR-26a, miR-145, miR-10b, miR-195,a miR-126 ve tkáni primárního tumoru (nejnižší hladiny vykazovaly primárně metastazující tumory). Naopak zvýšená exprese miR-127-3p, miR-145, miR-126 signifikantně korelovala s absencí relapsu onemocnění po nefrektomii (41).

Nádorová onemocnění ledvin u dětských pacientů jsou zastoupena především nefroblastomem (Wilmsův tumor), jenž představuje přibližně 6–8 % všech malignit dětského věku. Charakteristickým znakem Wilmsova tumoru je zvýšená exprese genu E2F3, jejímž následkem je zvýšena exprese členů rodiny oncomiR-1, tj. onkogenního svazku miR-17-92 (miR-17-5p, miR-18a, miR-19b, miR-92, miR-20a), lokalizovaného na chromozomu 13 (7, 36). Recentní studie prokazují sníženou expresi miR-562 a miR-185 a zvýšenou expresi miR-483-3p u Wilmsova tumoru (22, 38).

Na rozdíl od stanovení exprese profilů miRNA ve tkáni ledviny se na popředí zájmu dostává hledání specifických miRNA v krvi a moči pacientů s cílem získat biomarkery pro diagnostiku a posouzení rozsahu nádorů.

ZÁVĚR

MiRNA jsou fascinující molekuly RNA, jejichž výzkum od okamžiku jejich objevu před dvěma desetiletími dosáhl obrovského rozmachu. Zcela zásadním způsobem regulují expresi mnoha genů na posttranskripční úrovni, čímž ovlivňují fyziologické i patofyziologické procesy v organismech. Jsou slibnými kandidáty na biomarkery a do budoucna i slibnými nástroji terapeutických intervencí.

Význam miRNA pro nefrologii spočívá v možnosti lepšího porozumění vývoji a fyziologickým funkcím ledvin, stejně jako patofyziologickým změnám u primárních i sekundárních onemocnění ledvin. Změny expresních profilů miRNA u jednotlivých typů onemocnění ledvin byly pozorovány v mnoha experimentech, jejich výsledky se prozatím jednoznačně neshodují na konkrétních miRNA u konkrétních onemocnění. Naopak některé konkrétní miRNA hrají roli u více onemocnění (např. AKI a akutní rejekce transplantované ledviny nebo nefropatie diabetická a hypertenzní), což podporuje úvahu o možnosti podobných patofyziologických mechanismů. MiRNA tak představují zajímavou oblast pro další medicínský výzkum.

Zkratky

AKI acute kidney injury

ASO antisense oligonucleotides

AT1R angiotensin II type I receptor

CKD chronic kidney disease

DGCR8 DiGeorge syndrome critical region 8

DN diabetická nefropatie

dsRNA double-stranded RNA

ECM extracelulární matrix

EMT epiteliálně-mezenchymální tranzice

HDL high-density lipoprotein

HIF hypoxia-inducible factor

MET mezenchymální-epiteliální tranzice

miRNA mikroRNA

mRNA messenger RNA

PCHLAD polycystická choroba ledvin autozomálně dominantního typu

PCHLAR polycystická choroba ledvin autozomálně recesivního typu

piRNA Piwi-interacting RNA

RISC RNA induced silencing complex

RNA ribonucleic acid, ribonukleová kyselina

RNAi RNA interference

RNáza ribonukleáza

siRNA small interfering RNA

TGF-ß transforming growth factor beta

VEGF vascular endothelial growth factor

Podpořeno projektem Ministerstva zdravotnictví ČR (koncepčního rozvoje výzkumné organizace) 00179906, projektem PRVOUK P37/11 a grantem Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost (OPVK) CZ.1.07/2.3.00/20.0019.

ADRESA PRO KORESPONDENCI:

MUDr. Jana Stříteská

Klinika anesteziologie, resuscitace a intenzivní medicíny FN

Sokolská 581, 500 05 Hradec Králové

e-mail. jana.striteska@fnhk.cz


Zdroje

1. Li JY, Yong TY, Michael MZ, Gleadle JM. Review: the role of microRNAs in kidney disease. Nephrology (Carlton) 2010; 15(6): 599–608.

2. Mahmood-ur-Rahman, Ali I, Husnain T, Riazuddin S. RNA interference: the story of gene silencing in plants and humans. Biotechnol Adv 2008; 26(3): 202–209.

3. Slabý O. MikroRNA vstupují do klinického testování. Klin Onkol 2012; 25(2): 139–142.

4. Duxbury MS, Whang EE. RNA interference: a practical approach. J Surg Res 2004; 117(2): 339–344.

5. Shabalina SA, Koonin EV. Origins and evolution of eukaryotic RNA interference. Trends Ecol Evol 2008; 23(10): 578–587.

6. Shan G. RNA interference as a gene knockdown technique. Int J Biochem Cell Biol 2010; 42(8): 1243–1251.

7. Karolina DS, Wintour EM, Bertram J, Jeyaseelan K. Riboregulators in kidney development and function. Biochimie 2010; 92(3): 217–225.

8. Almeida MI, Reis RM, Calin GA. MicroRNA history: Discovery, recent applications, and next frontiers. Mutat Res 2011; 717(1-2): 1–8.

9. Kaucsár T, Rácz Z, Hamar P. Post-transcriptional gene-expression regulation by micro RNA (miRNA) network in renal disease. Adv Drug Deliv Rev 2010; 62(14): 1390–1401.

10. miRBase: the microRNA database http://www.mirbase.org/cgi-bin/browse.pl?org=hsa

11. Reid G, Kirschner MB, van Zandwijk N. Circulating microRNAs: association with disease and potential use as biomarkers. Crit Rev Oncol Hematol 2011; 80: 193–208.

12. Chen X, Liang H, Zhang J, Zen K, Zhang CY. Secreted microRNAs: a new form of intercellular communication. Trends Cell Biol 2012; 22(3): 125–132.

13. Esau CC, Monia BP. Therapeutic potential for microRNAs. Adv Drug Deliv Rev 2007; 59: 101–114.

14. Tang Y, Liu D, Zhang L, Ingvarsson S, Chen H. Quantitative analysis of miRNA expression in seven human foetal and adult organs. PLoS ONE 6(12): e28730. doi:10.1371/journal.pone.0028730.

15. Akkina S, Becker BN. MicroRNAs in kidney function and disease. Transl Res 2011; 157(4): 236–240.

16. Ho J, Ng KH, Rosen S, Dostal A, Gregory RI, Kreidberg JA. Podocyte-specific loss of functional MicroRNAs leads to rapid glomerular and tubular injury. J Am Soc Nephrol 2008; 19: 2069–2075.

17. Wessely O, Agrawal R, Tran U. MicroRNAs in kidney development: lessons from the frog. RNA Biol 2010; 7(3): 296–299.

18. Ho J, Kreidberg JA. MicroRNAs in renal development. Pediatr Nephrol 2013; 28(2): 219–225.

19. Kvapil M. Manifestní diabetická nefropatie. Vnitř. Lék. 2005; 51(S1):S45–S49.

20. Kato M, Arce L, and Natarajan R. MicroRNAs and their role in progressive kidney diseases. Clin J Am Soc Nephrol 2009; 4: 1255–1266.

21. Kato M, Park JT, Natarajan R. MicroRNAs and the glomerulus. Exp Cell Res 2012; 18: 993–1000.

22. Bhatt K, Mi QS, Dong Z. microRNAs in kidneys: biogenesis, regulation, and pathophysiological roles. Am J Physiol Renal Physiol 2011; 300(3): F602–F610.

23. Alvarez ML, DiStefano JK. The role of non-coding RNAs in diabetic nephropathy: potential applications as biomarkers for disease development and progression. Diabetes Res Clin Pract 2013; 99(1): 1–11.

24. Heggermont WA, Heymans S. MicroRNAs are involved in end-organ damage during hypertension. Hypertension 2012; 60(5): 1088–1093.

25. Chandrasekaran K, Karolina DS, Sepramaniam S, et al. Role of microRNAs in kidney homeostasis and disease. Kidney Int 2012; 81: 617–627.

26. Lorenzen JM, Kielstein JT, Hafer C, et al. Circulating miR-210 predicts survival in critically ill patients with acute kidney injury. Clin J Am Soc Nephrol 2011; 6(7): 1540–1546.

27. Vanmassenhove J, Vanholder R, Nagler E, Van Biesen W. Urinary and serum biomarkers for the diagnosis of acute kidney injury: an in-depth review of the literature. Nephrol Dial Transplant 2013; 28: 254–273.

28. Wang N, Zhou Y, Jiang L, et al. Urinary MicroRNA-10a and MicroRNA-30d serve as novel, sensitive and specific biomarkers for kidney injury. PLoS ONE 2012; 7(12): e51140. doi: 10.1371/journal.pone.0051140.

29. Saikumar J, Hoffmann D, Kim TM, et al. Expression, circulation, and excretion profile of microRNA-21, -155, and -18a following acute kidney injury. Toxicol Sci 2012; 129(2): 256–267.

30. Bhatt K, Zhou L, Mi QS, Huang S, She JX, Dong Z. MicroRNA-34a is induced via p53 during cisplatin nephrotoxicity and contributes to cell survival. Mol Med 2010; 16(9–10): 409–416.

31. Sui W, Dai Y, Huang Y, Lan H, Yan Q, Huang H. Microarray analysis of MicroRNA expression in acute rejection after renal transplantation. Transpl Immunol 2008; 19(1): 81–85.

32. Anglicheau D, Sharma VK, Ding R, et al. MicroRNA expression profiles predictive of human renal allograft status. Proc Natl Acad Sci USA 2009; 106(13): 5330–5335.

33. Lorenzen JM, Volkmann I, Fiedler J, et al. Urinary miR-210 as a mediator of acute T-cell mediated rejection in renal allograft recipients. Am J Transplant 2011; 11(10): 2221–2227.

34. Lorenzen JM, Thum T. Circulating and urinary microRNAs in kidney disease. Clin J Am Soc Nephrol 2012; 7(9): 1528–1533.

35. Scian MJ, Maluf DG, David KG, et al. MicroRNA profiles in allograft tissues and paired urines associate with chronic allograft dysfunction with IF/TA. Am J Transplant 2011; 11(10): 2110–2122.

36. Saal S, Harvey SJ. MicroRNAs and the kidney: coming of age. Curr Opin Nephrol Hypertens 2009; 18(4): 317–323.

37. Gottardo F, Liu CG, Ferracin M, et al. Micro-RNA profiling in kidney and bladder cancers. Urol Oncol 2007; 25(5): 387–392.

38. Catto JW, Alcaraz A, Bjartell AS, et al. MicroRNA in prostate, bladder, and kidney cancer: a systematic review. Eur Urol 2011; 59(5): 671–681.

39. Redova M, Poprach A, Nekvindova J, et al. Circulating miR-378 and miR-451 in serum are potential biomarkers for renal cell carcinoma. J Transl Med 2012; 10: 55. doi: 10.1186/1479-5876-10–55.

40. Zaman MS, Shahryari V, Deng G, et al. Up-regulation of microRNA-21 correlates with lower kidney cancer survival. PLoS One 2012; 7(2): e31060; doi: 10.1371/journal.pone.0031060.

41. Slaby O, Redova M, Poprach A, et al. Identification of MicroRNAs associated with early relapse after nephrectomy in renal cell carcinoma patients. Genes Chromosomes Cancer 2012; 51(7): 707–716.

Štítky
Adiktologie Alergologie a imunologie Angiologie Audiologie a foniatrie Biochemie Dermatologie Dětská gastroenterologie Dětská chirurgie Dětská kardiologie Dětská neurologie Dětská otorinolaryngologie Dětská psychiatrie Dětská revmatologie Diabetologie Farmacie Chirurgie cévní Algeziologie Dentální hygienistka

Článek vyšel v časopise

Časopis lékařů českých


Nejčtenější v tomto čísle

Tomuto tématu se dále věnují…


Kurzy Doporučená témata Časopisy
Přihlášení
Zapomenuté heslo

Nemáte účet?  Registrujte se

Zapomenuté heslo

Zadejte e-mailovou adresu, se kterou jste vytvářel(a) účet, budou Vám na ni zaslány informace k nastavení nového hesla.

Přihlášení

Nemáte účet?  Registrujte se