Rolul microARN-urilor în declinul proteostazei și agregarea proteinelor

Vă rog contactațioscar.xiao@wecistanche.compentru mai multe informatii

Abstract:Îmbătrânirea poate fi definită ca deteriorarea progresivă a funcțiilor celulare, tisulare și organismului în timp. Modificările homeostaziei proteice, cunoscute și sub denumirea de proteostază, sunt un semn distinctiv al îmbătrânirii care duc la dezechilibre ale proteomelor și la agregarea proteinelor, fenomene care apar și în bolile legate de vârstă. Printre diverșii regulatori de proteostază, s-a raportat că microARN (miARN) joacă un rol important în controlul post-transcripțional al genelor implicate în menținerea proteostazei pe durata vieții în mai multe țesuturi organismului. În această revizuire, consolidăm rapoartele publicate recent care demonstrează modul în care miRNA-urile reglează procesele fundamentale legate de proteostază relevante pentru îmbătrânirea țesuturilor, cu accent pe cele două țesuturi cele mai studiate, țesutul cerebral și mușchiul scheletic. De asemenea, explorăm o perspectivă emergentă asupra rolului rețelelor de reglementare miARN în agregarea proteinelor legate de vârstă, un semn distinctiv cunoscut al îmbătrânirii și al bolilor legate de vârstă, pentru a elucida potențialii candidați miARN pentru ținte diagnostice și terapeutice anti-îmbătrânire.

Vă rugăm să faceți clic aici pentru a afla mai multe

Cuvinte cheie:miARN; îmbătrânirea țesuturilor de mamifere; agregarea proteică legată de vârstă; rețea de proteostază

1. Introducere

Până în 2050, 22% din populația lumii va avea peste 60 de ani, ceea ce va duce la o creștere a incidenței bolilor asociate vârstei și va afecta longevitatea și bunăstarea persoanelor în vârstă [1]. Modificările proteostazei sunt caracteristice bolilor neurodegenerative asociate vârstei, cum ar fi Alzheimer și Parkinson, precum și îmbătrânirii normale [2-4]. Scăderea proteostazei constă în dezechilibre treptate în procesele de sinteza, pliere și degradare a proteinelor în timp, ceea ce duce la creșterea plierii greșite a proteinelor și la stresul proteotoxic care, în cele din urmă, reduc longevitatea organismului [2,5-8].

Cistanche poate anti-imbatranire

Producerea proteinelor pliate greșit are ca rezultat agregarea proteinelor și activarea căilor de răspuns la stres legate de proteostază, care sunt cunoscute în mod colectiv sub numele de rețea de proteostază (PN) și implică răspunsul la șoc termic (HSR), răspunsul proteic desfășurat în reticulul endoplasmatic. ER)(UPREN) și în mitocondrii (UPRmt), sistemul ubiquitin-proteazomal (UPS) și calea autofagie-lizozomală (ALP). Activarea PN este necesară pentru replierea și/sau degradarea agregatelor proteice, ceea ce scade nivelul de stres și previne moartea celulelor [9-12]. Agregarea proteinelor în timpul îmbătrânirii normale a fost, de asemenea, studiată în mai multe modele de organism, și anume în rinichii și pancreasul Rattus norvegicus [13,14], în inimă, măduva osoasă și splina Mus musculus [15,16] și în cortexul uman[17,18]. Cu toate acestea, mecanismele care stau la baza acestui fenomen rămân neclare până în prezent.

MicroARN-urile (miARN-urile) sunt o clasă de ARN-uri mici, necodante, cu o lungime de 21 până la 23 de nucleotide, care reglează expresia genelor post-transcripțional prin țintirea și prevenirea translației ARN-urilor mesager specifici (ARNm). Acestea reglează o multitudine de procese celulare, și anume creșterea și diferențierea celulelor, dezvoltarea organismului, funcționarea fiziologică și homeostazia celulară[19-21]. De fapt, ~2500 de miARN raportate la oameni reglează aproximativ 60% din genele care codifică proteine, în timp ce fiecare miARN reglează, în medie, 200 de gene țintă prin situsuri țintă complementare [22]. În ultimul deceniu, s-a demonstrat că experimentele de supraexprimare și/sau de deprimare a miARN-ului modifică în mod direct durata de viață la C.elegans, D.melanogaster și M.musculus[23-26]. În special, studiile la centenari au oferit mai multe cunoștințe despre cât de dinamice sunt profilurile miARN umane pe parcursul îmbătrânirii [27,28] De exemplu, biogeneza crescută a miARN-urilor este observată la centenari în comparație cu octogenarii [29]. Studii mai recente au arătat că miARN-urile reglează procesele asociate vârstei, iar unele dovezi leagă miARN-urile de agregarea proteinelor în țesuturile mamiferelor, și anume în creier și mușchii scheletici [30,31].

Cu toate acestea, expresia miARN poate fi specifică țesutului sau specifică celulei și, în același timp, miARN-urile pot fi autonome non-celule, acționând ca mediatori în diferite țesuturi [32]. Modificările legate de vârstă care afectează anumite familii de miARN pot diferi în funcție de tipul de celulă și țesut, ceea ce face ca aceste analize să fie dificile datorită complexității și interconexiunii rețelelor miARN dintr-un singur organism [19,26]. În plus, miARN-urile (c-miARN) circulante și navetele lor (adică veziculele extracelulare) au fost observate recent ca markeri ai îmbătrânirii fiziologice sănătoase, cu miR-19a-3p și miR-19 b-3p a crescut la persoanele în vârstă, dar a scăzut la centenarii sănătoși, adăugând astfel un alt nivel de complexitate rețelei de reglementare a miARN[27,28]. Din acest motiv, studiile anterioare au furnizat o compilație de miARN-uri asociate cu semne specifice de îmbătrânire în diferite organisme model pentru a oferi o mai bună reprezentare a miARN-urilor care sunt legate de îmbătrânire în mai multe țesuturi [33]. Această revizuire se concentrează pe rapoartele publicate recent despre reglarea miARN a țintelor genelor implicate în procesele legate de proteostază care sunt relevante pentru îmbătrânirea țesuturilor, cu accent deosebit pe îmbătrânirea țesuturilor mamiferelor.

2. Biogeneza și legarea țintă a miARN-urilor

ARN polimeraza II transcrie miARN-uri, producând transcripte primare de miARN (miARN-uri anterioare), care sunt apoi procesate de Drosha/DGC8, un complex de microprocesor enzimatic RNază III, pentru a produce ~70-100 nucleotide (nt) miARN-uri precursoare de buclă stem (pre -miARN) [21,34]. Aceste pre-miARN sunt exportate din nucleu în citoplasmă prin Exportin-5, o proteină de transport nuclear și de legare a ARN-ului dublu catenar, dependentă de RanGTP, și apoi scindate de enzima RNază II Dicer, producând {{ 13}}nt duplexuri miARN mature dublu catenare [35,36]. MiARN-ul poate proveni din partea 5 a pre. miARN numit catena „5p” sau de la capătul 3’, care este cunoscut sub numele de catena „3p” [37]În trecut, procesul de selecție a catenei a fost raportat că începe cu una dintre catenele miARN duplex cunoscute ca miR sau catenă de ghidare, care a fost selectată și încărcată în proteina Argonaute pentru a forma complexul de tăcere indus de miARN (miRISC), în timp ce cealaltă catenă, denumită în mod tradițional ca șirnă pasageră sau miR', a fost ejectată din complex și degradată [37]. ]. Cu toate acestea, în unele cazuri, oricare catenă poate fi selectată și încărcată în proteinele Argonaute pentru a regla expresia genelor, cum este cazul miR-34 unde miR{-34b{-5p și miR{ {27}}b-3p sunt prezente în concentrații aproximativ egale la oameni, permițând țintirea unor ARNm distincte [37-39]. Fenomenul denumit „schimbarea brațului miARN”, este în cazul în care selecția preferențială a brațelor miARN 3’ sau 5’ pentru selecția catenei poate fi dependentă fie de tipul de țesut, fie de stadiul de dezvoltare al vieții, în timp ce dereglarea acestui procesul este asociat cu boala [37-39]MiRISC poate viza mARN-uri specifice prin complementaritatea secvenței între secvența de semințe a catenei de ghidare a miARN încărcat (2-7 nucleotide) și, în majoritatea cazurilor, cele 3 regiuni netraduse (3 'UTR) a ARNm-urilor țintă [32,34]. În unele cazuri, capetele 3' ale miARN-urilor pot suferi legături complementare preferențiale la motivele din regiunile 5'UTR ale ARNm țintă [40,41]. Schimbarea brațelor poate duce la acumularea de miARN-uri maturi cu secvențe de semințe modificate, ceea ce modifică drastic direcționarea ARNm-urilor[42]În timpul îmbătrânirii, există o schimbare generală în expresia brațelor mature 3 și 5' ale miARN-urilor, cu creșterea 5. „expresie matură și expresie în scădere a 3” în timp, în special pentru miR-6786 în probele de plasmă umană [42]. În același timp, miR-4423 a fost identificat cu cel mai scăzut raport de expresie 5', și anume în laptele matern, inimă, testicul, celule stem și celule sanguine, ceea ce înseamnă că variațiile legate de vârstă în 3' la Rapoartele de expresie 5'miARN matur pot fi dependente de țesut [42]

În era secvențierii de generație următoare, s-a demonstrat că un singur locus miARN este capabil să producă mai multe izoforme sau izomiR distincte de miARN, care sunt variante de secvență de miARN care au modificat capătul (capăturile) 3’ și/sau 5’ din cauza nucleotidelor. adăugare, ștergere sau substituție [43]. Biogeneza isomiR-urilor poate fi dependentă de șablon, rezultând deplasarea nucleotidelor 5' sau 3', sau non-dependentă de șablon, ducând la editarea și coada post-transcripțională a ARN [44]. IsomiR-urile pot fi clasificate ca 3’, 5’, polimorfe și mixte, în funcție de variația secvenței și modificările de lungime [4]. Modificările secvenței post-maturare, cum ar fi tăierea (înlăturarea nucleotidelor prin exoribonucleaze la capătul 3’) și coadarea (adăugarea de nucleotide de către nucleotidil transferazele terminale la capătul 3’) dau naștere la isomiR 3’ (cunoscute și ca 3’-isomiR). -trimmed și 3'-isomiR-tailed)[43-45]De asemenea, s-a raportat că izomiR 5' sunt în mare parte generate de scindarea imprecisă a secvențelor miARN prin Drosha și/sau Dicer[43]. IsomiR-urile polimorfe conțin modificări în secvența matură și sunt neschimbate în lungime, în timp ce izomiR-urile mixte conțin modificări în lungime și secvență[46,47]. În special, s-a dovedit că generarea de isomiR este specifică celulelor și țesuturilor la mamifere și au fost utilizate ca biomarkeri ai cancerului și implicate în boala Alzheimer [48,49].

Există foarte puține studii care elucidează pe deplin rolul isomiR în contextul îmbătrânirii. Recent, iomiR-19a-3p a fost semnificativ crescut la centenarii nesănătoși în comparație cu centenarii sănătoși, ceea ce indică faptul că acest iomiR poate fi utilizat ca un potențial marker pentru îmbătrânirea sănătoasă [28]. În plus, secvențierea isomiR a celulelor endoteliale ale venei ombilicale umane (HUVEC) tratate cu metformină (tratamentul de prelungire a duratei de viață) în timpul senescenței replicative a arătat că secvențele non-canonice au reprezentat aproape 40% din totalul pool-ului de miARN, prin care tratamentul cu metformin a modificat semnificativ relativul. abundența a 133 de izomiR care au fost identificate ca variante ale a 73 de miARN-uri individuale [50]. Interesant, s-a descoperit că genele țintă ale acestor miARN și isomiR fac parte din calea fosfatidilinozitol-3-kinazei (PI3K)-Akt și ținta mamiferelor a căii de semnalizare a rapamicinei (mTOR) [50]. În mod remarcabil, majoritatea izomiR afectați de tratamentul cu metformină au fost identificați ca izomiR 3; cu toate acestea, aproximativ 5 la sută au fost identificate ca izomiR 5', care s-au dovedit că schimbă secvența semințelor și au produs un număr mai mare de gene țintă care nu au fost comune în țintele miARN din acest studiu [50]. Încă o dată, isomiR-urile par a fi markeri eficienți pentru evaluarea îmbătrânirii sănătoase și a prelungirii duratei de viață. Cu toate acestea, repercusiunile biologice ale modificărilor dinamice ale isomiR prin îmbătrânire și senescență ar trebui explorate în continuare.

Studiile au raportat că cel puțin o potrivire de șase perechi de baze de miARN cu ARNm este necesară pentru atenuarea expresiei genei și, datorită acestei legături complementare cu ARNm-ul țintă, miARN-urile individuale pot avea mai multe ARNm-țintă (aproximativ 100 de ARNm) și pot simultan țintește site-uri 3-UTR diferite ale aceluiași ARNm, în timp ce miARN-uri diferite pot viza și același ARNm, ceea ce mărește complexitatea rezultatelor de reglementare pentru același ARNm [32]. Acest lucru înseamnă că fiecare celulă și tip de țesut prezintă modele foarte complexe de miARN, iar dereglarea uneia sau mai multor componente din rețelele miARN poate duce la dezechilibru homeostaziei, scurtarea duratei de viață și boli [5152]. De fapt, centenarii manifestă o reglare în sus a expresiei miARN-urilor, și anume miR-16, miR{-18a și miR-21, în timp ce expresia ARNm a ARN polimerazei Ⅱ, Drosha, Exportin{{ 10}}, și Dicer sunt, de asemenea, toate supraregulate în comparație cu octogenarii [29].

3. Degradarea miRNA direcționată către țintă și rolul său în procesele celulare fundamentale

Spre deosebire de biogeneza miARN, rolul dezintegrarii/degradării miARN - în special al degradării miARN direcționat către țintă (TDMD) - în sănătate și boală abia începe să fie elucidat. TDMD apare atunci când un ARN țintă este capabil să induce degradarea/degradarea miARN-ului său înrudit în loc să provoace reprimarea țintei, ceea ce permite modularea unei varietăți de procese celulare. TDMD apare atunci când există o legare complementară extinsă la regiunea 3' a miARN-ului, ceea ce determină o schimbare conformaţională care stimulează capătul 3' să fie eliberat din buzunarul de legare al domeniului Ago PAZ [53-55]Expunerea ulterioară a capătul 3’ permite degradarea enzimatică a miARN [54]Acest proces poate fi, de asemenea, însoțit de modificări post-transcripționale ale secvenței miARN, cum ar fi coadarea (prin nucleotidil transferaze terminale) și tăierea (prin 3’-la{{9). }}'exonucleaze), rezultând în producerea de izomiR[56,57]. Țintele TDMD sunt, de asemenea, capabile să prindă Ago2 într-o anumită conformație care permite expunerea capătului 3’ al miARN pentru coadă și tăiere în timp ce se îndreaptă continuu la Ago2 [54,55]. Interesant, este posibil să se măsoare ratele de dezintegrare a miARN în celulele de mamifere prin metodologii combinate, cum ar fi etichetarea „pulse-chase” bazată pe ARN-ul metabolic 4sU cu secvențierea ARN de mare capacitate, în care tăierea și coada s-au dovedit a fi dinamice în timp în fibroblaste. 57]Aceste metodologii se pot dovedi a fi utile în studiile viitoare care evaluează degradarea miARN pe parcursul îmbătrânirii fiziologice.

O mână de studii au explorat TDMD endogen și funcția sa la mamifere, identificând genele țintă cheie implicate în acest fenomen. De exemplu, Serpinel, care codifică inhibitorul serin-treonin protează, acționează o țintă TDMD pentru a controla degradarea miR-30b-5p și miR{-30c{-5p la șoarece fibroblaste, promovând astfel reintrarea în ciclul celular a fibroblastelor inactiv[58]. Interesant este că toți membrii familiei miR-30 (miR-30a -30b,-30c,-30d și-30e) pot să interacționeze cu Serpinel; totuși, numai miR-30b și miR{-30c prezintă o complementaritate extinsă la capătul 3' (cunoscută și sub numele de împerechere 3C) cu transcrierea Serpinel, demonstrând că această împerechere 3C este fundamentală pentru TDMD [58]. Luate împreună, interacțiunea Serpinel.miR-30b/c joacă un rol cheie de reglare în fenotipurile celulelor de mamifere, facilitând reintrarea în ciclul celular a celulelor repaus. Un alt exemplu de țintă TDMD endogenă, gena proteinei legate de regenerarea neuronală (Nrep), a fost raportată că direcționează degradarea miR-29b prin tăierea 3', controlând coordonarea motorie generală și învățarea motorie la șoareci[59]. În mod normal, Nrep restricționează expresia miR-29b numai la neuronii Purkinje cerebelosi, în timp ce perturbarea site-ului miR-29 din Prep a extins expresia miR{-29b la stratul granular cerebelos, ducând la anormale învățare motrică și coordonare la șoareci [59]. Mai precis, amestecarea site-ului miR-29 din Nrep în celulele progenitoare neuronale a dus la absența izoformelor miR-29 produse prin tăierea 3' sau coada[59]. Interesant este că situl Prep miR-29 s-a dovedit, de asemenea, că are o asemănare mare de secvență cu libra ARN necodificatoare la peștele-zebra, care reglează comportamentul de anxietate și de explorare la peștele-zebra [59]. Luate împreună, TDMD, prin ținte endogene, este esențială în menținerea funcțiilor și comportamentelor adecvate ale creierului mamiferelor și în controlul fenotipurilor celulare.

4. Profilurile de expresie ale miARN sunt dinamice și specifice țesutului pe parcursul îmbătrânirii

În timpul îmbătrânirii tisulare, există o scădere progresivă a abundenței miARN, care a fost raportată pentru prima dată datorită scăderilor asociate cu vârsta în biogeneza miARN care apar prin reglarea în jos a lui Dicer[60]. Într-adevăr, biogeneza miARN s-a dovedit că îmbunătățește toleranța la stres și longevitatea la C. elegans și în țesutul adipos la șoareci, în timp ce miARN-urile specifice au fost asociate cu rezistența la stres și îmbătrânirea[23,60].Mai recent, s-a descoperit că genele miARN-biogenezei sunt, de fapt, foarte vizați de miARN-urile care sunt implicate în procesele legate de vârstă, și anume miARN-71, care s-a dovedit că reglează expresia globală a miARN și duce la o variabilitate crescută a expresiei mARN odată cu vârsta [19]. Aceste rezultate sunt în concordanță cu dovezile anterioare care au stabilit miR-71 ca unul dintre miARN-urile cele mai studiate în contextul îmbătrânirii și longevității, expresia acestuia fiind semnificativ reglată în mod semnificativ pe parcursul vârstei adulte de la începutul la mijlocul perioadei [24,25]. Interesant este că miR-71 a fost, de asemenea, raportat recent că stimulează turnover-ul proteinelor dependente de ubiquitină, în special în intestin, prelungind durata de viață a C. elegans, în timp ce inhibarea sa a afectat proteostaza organismului [61]. În special, mirosurile alimentare detectate de C. elegans prin intermediul neuronilor olfactivi ciliați AWC 1) stimulează o reglare neautonomă celulară a degradării proteinelor dependente de ubiquitină prin sistemul ubiquitină-proteazom (UPS) și prin degradarea proteinelor asociată reticulului endoplasmatic (ER). (ERAD) și 2) măresc rezistența la stresul termic în intestin [61]. Autorii au arătat că miR-71 inhibă în mod specific proteina din domeniul receptorului Toll (TIR{-1) în neuronii olfactivi din aripa amfidă „C” (AWC), în timp ce miR{-71 și/sau TIR{{ {29}}viermii knockout prezintă disfuncții UPS și ERAD, eliminând influența sursei de hrană în acest răspuns [61]. Un punct important care apare este că rețelele de reglare a miARN sunt foarte complicate în mai multe modele de organism, iar profilurile de expresie a miARN par a fi atât specifice țesutului, cât și, în același timp, interconectate cu diferite țesuturi.

Cele mai multe studii care au explorat rolul miARN-urilor în îmbătrânirea normală a țesuturilor mamiferelor s-au concentrat pe experimente care utilizează probe în principal din creier și țesut muscular scheletic, probabil datorită înclinației acestor țesuturi pentru dezvoltarea bolilor legate de vârstă [62]Unul foarte studiat. miARN în îmbătrânirea și bolile legate de vârstă este miR-34. Acest miARN s-a dovedit a fi suprareglat la îmbătrânirea C. elegans [63], în timp ce supraexpresia sa prelungește durata de viață la Drosophila și reduce tendința de neurodegenerare legată de vârstă [64]Totuși, spre deosebire de alte organisme, membrii miR{{7} } joacă un rol dăunător în îmbătrânirea creierului mamiferelor, unde reglarea miR-34c a fost găsită în hipocampul șoarecelui atât în ​​​​modelele de îmbătrânire normală, cât și în modelele AD și este asociată cu declinul cognitiv [65]. Mai mult, reglarea miR-29a și miR{-29b asociată cu vârsta în creierul șoarecelui duce la o dereglare a microgliei și o creștere a neuroinflamației, de asemenea, un semn distinctiv al îmbătrânirii creierului [66]. În mod similar, în timpul procesului de îmbătrânire, degenerarea și regenerarea musculară sunt dezechilibrate, ducând la o pierdere a homeostaziei musculare. În plus, miARN-urile, și anume miR-29, au fost legate de sarcopenie, o pierdere a funcției musculare legată de vârstă și s-a dovedit că modulează apoptoza, senescența și semnalizarea factorului de creștere asemănător insulinei (IGF{-1). în celulele musculare îmbătrânite [67]. Astfel, miARN-urile pot fi utilizate ca biomarkeri ai îmbătrânirii în mai mult de un țesut și pentru fenotipuri specifice asociate vârstei, cum ar fi sarcopenia.

Recent, un grup de studii a explorat rolul miR-206 în timpul îmbătrânirii și homeostaziei vasculare (și anume mușchiul cardiac) și scheletic[68-74]. Expresia crescută a miR-206 a fost legată de îmbătrânirea vasculară, în special la persoanele cu aritmii, [74]și s-a demonstrat, de asemenea, că inhibă proliferarea celulelor musculare netede vasculare și că promovează ateroscleroza[72,73]. Aceste studii subliniază importanța explorării reglării miARN într-un țesut specific de mamifer pentru a putea găsi noi ținte terapeutice pentru patologii specifice, legate de vârstă.

Luând în considerare toate aceste descoperiri recente, este evident că rețelele de reglementare miARN mediază îmbătrânirea și longevitatea într-o oarecare măsură. Cu toate acestea, este esențial să se clarifice rolurile miARN-urilor pentru fiecare model de organism datorită naturii complexe a rețelelor de reglementare a miARN și a multitudinii de ținte potențiale pe care le poate avea fiecare miARN. În secțiunile următoare, evidențiem mai îndeaproape impactul scăderii proteostazei miRNA-urilor în mod specific legat de vârstă, care implică procesele de degradare și eliminare a proteinelor, rezumate în Figura 1, și analizăm potențiala influență a acestora asupra agregării proteice pe scară largă în timpul îmbătrânirii mamiferelor.

5. Rolul reglementării miARN în declinul autofagic legat de vârstă în creier și mușchi scheletici

Descrise ca modulatori majori ai mai multor căi de degradare legate de proteostază în timpul îmbătrânirii țesuturilor mamiferelor, rapoartele științifice s-au concentrat pe rețelele de reglare a miARN care implică calea autofagie-lizozomului (ALP), cu accent deosebit pe ținta mamiferelor a complexului rapamicină (mTOR), în principal în creier și mușchi [24,75].Inukai și colegii (2012) au efectuat unul dintre primele studii folosind secvențierea profundă Solexa pentru a identifica legătura dintre expresia diferențială a miARN-urilor în timpul îmbătrânirii creierului și semnalizarea mTOR [24].cistanche แอ ม เว ย์În acest studiu, majoritatea miARN-urilor exprimate diferențial au scăzut în abundență relativă la șoarecii de 24-25-luni în comparație cu cei de 5-luni, analiza KEGGenrichment dezvăluind că miARN-urile, și anume miR-5620 isomiR și miR-341 isomiR, sunt implicate în semnalizarea mTOR/protein kinaza B(Akt)/Forkhead box clasa O (FOXO) [24].

Un tip de autofagie, numit macrofagie, implică degradarea și reciclarea componentelor citoplasmatice, inclusiv resturile celulare și proteinele pliate greșit, care sunt împachetate în vezicule cu membrană dublă numite autofagozomi, care sunt fuzionate cu lizozomi pentru a fi degradate de hidrolazele lizozomale. 75]. Agregatele de proteine ​​pot fi înghițite de autofagozomi și degradate, iar îmbătrânirea poate modifica clearance-ul autofagic prin defecte în formarea autofagozomilor, fuziunea eșuată autofagozom-lizozom și acidificarea lizozomului [76]. Disfuncția autofagică legată de vârstă poate duce, de asemenea, la dezvoltarea bolilor legate de vârstă, și anume sarcopenia și bolile neurodegenerative. Pentru o revizuire amplă, vezi [75]. În timpul îmbătrânirii mușchilor scheletici, s-a demonstrat că activitatea autofagică scade la pacienții vârstnici cu sarcopenie și în țesutul muscular murin, unde nivelurile de proteine ​​ale LC3, un marker al autofagozomilor și autolizozomilor și enzimei asemănătoare E ATG7 scad odată cu vârsta [ 62]. S-a confirmat recent că miR-34a este un jucător cheie în activitatea autofagică în îmbătrânirea creierului, cu reglarea sa în sens ascendent rezultând în autofagie defectuoasă și dinamică mitocondrială anormală în modelele de îmbătrânire induse de d-galactoză [77]. În același studiu, disfuncția autofagică a fost inversată prin administrarea unui inhibitor miR-34la celulele SH-SY5Y induse de d-galactoză și a dus la expresia suprareglată a proteinelor legate de autofagie, și anume LC3, Beclin 1, ATG7 și degradarea lui P62[7] Luate împreună, miARN-34a poate fi o țintă terapeutică eficientă pentru atenuarea și/sau inversarea declinului autofagic legat de vârstă în creierul mamiferelor.

MiARN-urile îmbogățite cu mușchi, cunoscute sub numele de myo-miARN, cum ar fi miR-1 și miR{-206, pot regla ținte prin calea PI3K/AKT/mTOR/FOXO, care controlează ciclul celular, proliferarea și procese de diferențiere în miocite [68-71]. Recent, pacienții cu hemodializă care urmează un antrenament fizic regulat de rezistență s-au dovedit a avea niveluri mai scăzute de miR-206, ceea ce a dus la o miogeneză mai mare și mai puține calcificări cardiace, un semn distinctiv al îmbătrânirii vasculare [69]. Autorii au concluzionat că, după antrenament regulat, reglarea în jos a miR-206 poate stimula miogeneza prin legarea factorului de creștere asemănător insulinei 1 (IGF1) și activarea căii PI3K/AKT/mTOR [70]. În mod similar, în mușchiul scheletic uman, 26 de miARN au fost identificați ca fiind reglați de vârstă, exercițiu sau o combinație a ambelor, prin care nouă dintre acești miARN, și anume miR-99a-5p, miR{{18 }}b-5p, miR-100-5p, miR-199a și miR-196b{-5p au secvențe țintă validate în cadrul 3'UTR-urilor a genelor țintă implicate în calea de semnalizare Akt/mTOR, cum ar fi mTOR, Akt, proteina asociată reglatoare a complexului 1 MTOR (RPTOR) și IGF1 [71].

În special, miR-378 a fost, de asemenea, identificat ca fiind crucial pentru homeostazia musculară prin susținerea autofagiei prin direcționarea directă a proteinei kinazei 1 dependente de fosfoinozitide (PDK1), promovând semnalizarea Akt-mTORCl și reducând apoptoza miocitelor prin direcționarea caspazei 9. [69]. Șoarecii knockout MiR-378-au prezentat autofagie afectată și acumularea de mitocondrii defecte, în timp ce supraexpresia miR{-378 s-a dovedit că reduce fosforilarea kinazei 1 care activează autofagia unc{-51-ca (ULK1), promovând ulterior formarea autofagozomilor, un rezultat care a fost validat prin expresia LC3 și puncta suprareglate în linia celulară de miotub C2C12[69]. Acest studiu este important deoarece confirmă că miR-378 joacă un rol benefic în promovarea autofagiei și identifică cele două ținte directe ale sale: (1) PDK1, care activează Akt și mTORCl pentru a promova autofagia în mușchiul scheletic și (2) Caspase9, care suprimă apoptoza miocitelor. Cu toate acestea, există încă multe aspecte ale reglării miARN a autofagiei care trebuie explorate în contextul îmbătrânirii tisulare, în special la speciile de mamifere.

În contextul agregării proteinelor legate de vârstă, miR-1 s-a dovedit că reglează funcția musculară și îmbunătățește pomparea faringiană ca răspuns la stresul proteotoxic de-a lungul timpului, în timp ce suprimă, de asemenea, agregarea proteinei poliglutaminei 35(poliQ35) în C.elegans [30]. ]. O subunitate v-ATPază, vha-13 a fost identificată ca o țintă directă a miR-1, care reglează biogeneza și funcția lizozomală [30]. Astfel, miR-1 ar trebui studiat ca o strategie terapeutică presupusă pentru combaterea agregării proteinelor specifice mușchilor și îmbunătățirea motilității musculare de-a lungul vieții. Anterior, s-a demonstrat că nivelurile crescute de miR-1 promovează autofagia, reducând astfel acumularea de agregate de proteine ​​în C. elegans și celulele de mamifere[78]În special, în neuronii corticali de șoarece și în celulele HeLa, miR-1 activează autofagie prin țintirea proteinei de activare a GTPasei Tre{-2/Bub2/CDC16(TBC) Rab (TBC1D15) ca răspuns la acumularea de agregate mutante de huntingtin[78]. S-a demonstrat că TBC1D15 blochează autofagia prin inactivarea Rab7, care reglează fuziunea autofagozomului și a lizozomului. Încă o dată, miR-1 pare a fi un candidat eficient pentru terapii anti-îmbătrânire care vizează procesele legate de autofagie.

6. miARN-urile mediază sistemul ubiquitin-proteozom în îmbătrânirea creierului și atrofia musculară

Sistemul ubiquitin-proteazom (UPS) este un proces de degradare proteolitică celulară constând din proteazomul 26S ca componentă centrală, cuprinzând două componente de reglementare 19S și un nucleu 20S [79]. Activitatea proteazomală scade în timpul îmbătrânirii normale și în neurodegenerare [80]. În ultimul an, două studii au descris contribuția reglării miARN asupra modificărilor legate de UPS de-a lungul îmbătrânirii în context non-boală [81-83]. De exemplu, s-a descoperit că miR-127-5p are o expresie redusă în creierul șoarecilor în vârstă C57BL/6] care suferă de ischemie indusă de LPS și, pentru prima dată, a identificat subunitatea 3 de reglare non-ATPaza proteazomului 26S (Psmd3) ca una dintre țintele sale [82]. Acest studiu este important deoarece autorii nu numai că au furnizat un miRNome cerebral prin secvențierea miARN matur, dar au identificat și un nou miARN în creier, miR-127, care este asociat cu apoptoza celulară și activitatea proteazomală în timpul îmbătrânirii și ischemiei. Mai mult, la purtătorii sănătoși ai polimorfismului apolipoproteinei E(ApoE c4), legat de clearance-ul A și de risc crescut de dezvoltare a AD, miR-153-3p s-a dovedit a fi crescut, ceea ce duce la blocarea factorului nuclear eritroid{{ 23}}funcția proteazomală mediată de factorul înrudit-2(Nrf2) și acumularea de eritrocite A în plasmă [81]În plus, componentele asociate proteazomului, cum ar fi proteina 1 asociată cu ECH-like Kelch-like plasmatic (Keapl) și eritrocitar histon deacetilaza 6 (HDAC6), au fost, de asemenea, crescute la purtătorii Apoes4 în comparație cu non-purtători [81]. Polimorfismul ApoE a4, împreună cu componentele asociate proteoazomului și miR-153-3p, pot fi utilizați ca plasmă sau markeri circulanți pentru evaluarea vulnerabilității la acumularea A și a disfuncției proteazomale asociate în timpul îmbătrânirii creierului și, în același timp, pentru evaluarea înclinației pentru dezvoltarea neurodegenerării patologice legate de vârstă și agregării proteinelor, oferind astfel o măsură neinvazivă pentru purtători.

Atrofia musculară se caracterizează prin degradarea aberantă a proteinelor prin calea UPS [83].câtă cistanche să iaÎn mușchiul scheletic, degetul inelar muscular 1 (MuRF1) și cutia F de atrofie musculară (MAFbx)/atrogin-1 sunt ligaze de ubiquitin E3 despre care se crede că sunt implicate în ubiquitinarea substraturilor pentru degradare de către proteazomul 26S, în care creșterea acestor componente UPS favorizează atrofia musculară [83]. În timpul atrofiei musculare, există supraexprimarea MuRFI și MAFbx/atrogin-1, în timp ce inhibarea acestor componente încetinește pierderea musculară [84,85].bioflavonoideMai multe studii au evidențiat rolul miARN-urilor în reglarea expresiei MuRFl și MAFbx/atrogin-1. De exemplu, sa demonstrat că miR-23a inhibă activarea translațională a MuRFl și MAFbx/atrogin-1, contracarând atrofia musculară într-un model de șoarece cu atrofie musculară indusă de dexametazonă [86].ce este o cistancheÎn plus, s-a descoperit că expresia crescută a miR-1 specifică mușchilor reduce nivelurile HSP70, scăzând fosforilarea AKT și conducând la activarea FOXO3 și ducând în cele din urmă la reglarea în sus a expresiei MuRFl și MAFbx/atrogin-1. în timpul atrofiei musculare induse de dexametazonă la șoareci [87]. În special, la inducerea dexametazonei, miR-1, reglează defosforilarea și activarea ulterioară a FoxO3a prin semnalizarea HSP70/Akt, care inhibă direct sau indirect proteinele care contracarează atrofia musculară [87]Mai recent, inhibarea MuRF1 și MAFbx/ S-a demonstrat că transcripția cu atrogin-1 îmbunătățește pierderea musculară în mușchii scheletici (în special, mușchii gastrocnemius) a șoarecilor de 40-șoareci în vârstă de 40-săptămâni cu accelerare la senescență predispuși la senescență 8 (SAMP8) în comparație cu senescența potrivită în funcție de vârstă -șoarecii rezistenți accelerați la șoarece (SAMR1) după stimularea cu galat de epigalocatechin-3-(EGCG), o componentă a catechinei din ceaiul verde cunoscută pentru a ameliora pierderea musculară [88]. S-a demonstrat că EGCG inhibă miostatina și reglează miR-486-5p, care suprimă direct fosfataza și omologul tensinei (PTEN), crescând fosforilarea Akt și ducând la inhibarea FoxOla activă și suprimarea MuRFl și MAFbx/atrogin{{ 25}} transcripția în mușchiul scheletic al șoarecilor SAMP8 de 40-săptămâni vechi, precum și în celulele mioblastice C2C12 cu trecere târzie [88]. Acest studiu a descoperit o intervenție unică de pierdere a mușchilor folosind componenta EGCC a ceaiului verde pentru a modifica reglarea miARN în procesul ubiquitin-proteazom și semnalizarea PI3K/Akt/FOXO în mușchiul scheletic. De fapt, aceste descoperiri oferă dovezi că activarea UPS asociată cu miARN promovează atrofia musculară în primul rând prin direcționarea MuRFI și MAFbx/atrogin-1 în mușchiul scheletic.

7.miARN ca UPR și Regulatori de agregare a proteinelor

În condiții de stres, proteinele pliate greșit se acumulează în lumenul ER și provoacă UPRER pentru degradarea acestor proteine ​​prin trei căi cheie, și anume proteinkinaza ARN-like ER kinaza (PERK), enzima care necesită inozitol -1 alfa. (IRE-1o)/proteina de legare a casetei X-1 (XBP-1) și căile de activare a factorului de transcripție 6(ATF6)[890]. Activitatea UPRFR este redusă în timpul îmbătrânirii condițiilor de stres ER, în timp ce supraexprimarea XBP-1 este capabilă să sporească rezistența la stres ER și longevitatea [89,90]. În general, este evident că UPRER joacă un rol funcțional în îmbătrânirea și durata de viață.

S-a raportat că miRNA-urile fie modulează direct răspunsul la stres ER, fie, dimpotrivă, suferă reglare prin stresul ER[91]. De fapt, senzorii de stres ER, și anume PERK, pot regla direct expresia miARN coordonând semnalizarea pro și anti-apoptotică la stresul ER [92]. De exemplu, miR-30c{-2-3p prin semnalizarea mediată de PERK duce la o scădere a ARNm XBP-1, care promovează ulterior moartea celulară în fibroblastele NIH{-3T3 [92 ]În timpul stresului ER, reglarea descendentă a familiei miR{-106b{-25 prin activarea PERK permite activarea genelor familiei limfomului B pro-apoptotic 2 (BCL{-2), cum ar fi Bim, provocând astfel apoptoza indusă de stresul ER în liniile celulare [93]. Reglarea descendentă a familiei miR106b-25 și apoptoza indusă de stresul ER a fost, de asemenea, găsită într-un model de șoarece ALS (mutant SOD1 G93A), care leagă această familie de miARN și țintele sale de neurodegenerarea în ALS[93]. Recent, în neuronii corticali și hipocampali ai șoarecilor, la stimularea cu glicare avansată a produșilor finali ai albuminei serice bovine (AGE-BSA) pentru a induce stresul ER, miR-24,-27b,{{ 30}},-224,-290,-351, și-488 s-au dovedit a fi reglați în jos, în timp ce ARNm-ul țintelor UPR (Prk, Irela, Chop și Puma) au fost supraregulate, indicând astfel că acești miARN-uri sunt probabili regulatori UPR [94] Folosind algoritmi de predicție a țintei miARN, autorii au descoperit că PERK a fost vizat de miR-24 și miR{-488, Irelo de miR{{ 40}},-124,-290,-351 și -488, Chop by miR-224 și Puma by miR-24,{{ 47}}b și -351 [94]. La expunerea la zaharuri, glicarea avansată a proteinelor are ca rezultat interacțiuni între produsele finale de glicație avansată (AGE) și RAGE (receptor de AGE), care promovează acumularea de proteine ​​toxice aberante, stresul oxidativ celular ulterior și stresul ER [94]. În plus, unii dintre acești miARN au fost găsite și în studiile de profilare a expresiei în neurodegenerare, și anume miR{-27b, -124 și -488 [95], sugerând că acești miARN pot fi potriviti. markeri ai îmbătrânirii în ambele contexte. Cu toate acestea, o relație cauzală directă între agregarea proteinelor și dereglarea miARN rămâne de stabilit atât în ​​contextul îmbătrânirii sănătoase, cât și al neurodegenerării patologice legate de vârstă.

8. Proteinele de legare a miARN-ului reglează, de asemenea, durata de viață prin componentele rețelei de proteostază

Numeroase rapoarte au demonstrat că proteinele care leagă miARN reglează îmbătrânirea prin componentele rețelei de proteostază. În C. elegans, de exemplu, s-a demonstrat că Argonaute, Dicer, Drosha și DGCR8/Pasha controlează îmbătrânirea și longevitatea [19,24,25]. S-a demonstrat că argonautul-1 (alg-1) promovează longevitatea, în timp ce argonautul-2(alg{{-2) scurtează durata de viață acolo unde multe dintre genele exprimate diferențial în alg{{10} mutante }} și alg-2 C elegans fac parte din calea de semnalizare a insulinei/IGF{-1 (IS), cu reglare prin DAF. 16/FOXO [96]. În plus, în special la alg-1 mutanți, sa constatat că factorul de șoc termic 1 (hsf1), un factor transcripțional care face parte din răspunsul la stresul la șocul termic, a fost reglat în jos [96]. Culturile celulare de agregare Huntingtin și modelele de șoarece, precum și mostre post-mortem de la pacienții cu boala Huntington, au arătat, de asemenea, că Argonautul-2(AGO2), o componentă de bază a RISC, se re-localizează și se acumulează în granulele de stres. localizați în neuronii striatali care exprimă agregate mutante Huntingtin (mHTT), împiedicând astfel fuziunea tardivă a autofagozomului și lizozomului și, în același timp, ducând la o creștere globală a expresiei miARN [31].Totuși, datorită relocalizării AGO2 și formarea complexelor miARN AGO2-în granulele de stres, autorii au remarcat că activitatea generală a miARN, în special tăcere țintă, a fost împiedicată în neuronii care exprimă mHTT [31]. În acest caz, s-a demonstrat că agregatele proteice interferează cu clearance-ul autofagic, care promovează acumularea AGO2 și modificări ale nivelurilor și activității miARN, ducând posibil la leziuni neuronale. Aceste rezultate prezintă o nouă perspectivă, rezumată în Figura 2, care evidențiază rolul agregării proteinelor legate de vârstă în disfuncția autofagică, biogeneza miARN și activitatea miARN în timpul îmbătrânirii mamiferelor (Figura 2).

Supraviețuirea neuronilor prin reducerea vulnerabilității în mod specific la stresul ER indus de thapsigargin, sugerând că biogeneza miARN prin Dicer este neuroprotectoare împotriva stresului ER. Reglarea în jos a lui Dicer în timpul îmbătrânirii poate compromite biogeneza miARN și poate duce la stresul ER acumulat și la neurodegenerarea neuronilor dopaminergici [9]. Tehnicile inovatoare de secvențiere, cum ar fi reticularea îmbunătățită cu ribonucleozide fotoactivabile și secvențierea imunoprecipitării (PAR-CLIP) au identificat funcții alternative ale Dicer în celulele umane, precum și în C.elegans, prin care Dicer s-a dovedit a fi implicat în degradarea mai multor structuri structurale. ARN-uri care au fost anterior nedetectabile cu alte metodologii [9]

Mai mult, Drosha poate scinda structurile ac de păr care sunt încorporate în ARNm, destabilizandu-le și, prin urmare, controlând direct expresia ARNm. S-a demonstrat că Drosha scindează mARN-urile pentru factorii de diferențiere care sunt fundamentali pentru neurogeneza[10]. În plus, la infecția virală, sa raportat că Drosha a fost exportat în citoplasmă pentru a scinda ARN-ul genomic viral pentru a suprima replicarea virală [101,102]. Fosforilarea și exportul nuclear de Drosha au loc și în urma șocului termic și a stresului oxidativ, afectând biogeneza miARN mediată de Drosha[103]. O altă tehnică inovatoare de secvențiere, numită imunoprecipitare și secvențiere cu reticulare a formaldehidei (fCLIP-seq), a descoperit că Drosha scindează substraturile non-canonice provenite din loi non-miRNA în ace de păr scurte, generând ARN-uri mici[104]Protocoalele folosind PAR-CLIP și fCLIP pot identificarea potențialelor interacțiuni între proteinele de legare a miRNA și ARN-urile structurale din probele de țesut și în contextul bolilor legate de vârstă [104]. Luate împreună, rezultatele acestor studii oferă noi căi de cercetare pentru țintirea componentelor biogenezei miARN pentru a modifica expresia miARN și, eventual, noi ținte mARN, pentru a crește eficiența rețelei de proteostază în curățarea proteinelor toxice și a atenua agregarea proteinelor legate de vârstă.

9. Concluzii

Scopul principal al acestei revizuiri a fost de a oferi dovezi de susținere, bazate pe studii recente, pentru noua perspectivă interesantă că miARN-urile și, într-o oarecare măsură, proteinele de legare a miARN-ului, pot regla direct proteostaza, care este relevantă pentru extinderea duratei de viață a organismului și pot de asemenea, să fie utilizați ca markeri ai îmbătrânirii țesuturilor sănătoase pentru comparații cu bolile legate de vârstă. În special, genele țintă miRNA în căile de degradare legate de proteostază, cum ar fi sistemele UPS și ALP, par a fi foarte specifice țesuturilor în creierul mamiferelor și mușchii scheletici în timpul îmbătrânirii, pe diferite modele de organism. În plus, rolul reglării miARN în disfuncția legată de vârstă a degradării proteinelor și a mecanismelor de clearance a devenit și mai evident în studiile recente ale creierului mamiferelor și țesuturilor musculare scheletice.cumpara cistanchePe baza constatărilor care demonstrează reglarea proteostazei mediată de miARN în timpul îmbătrânirii mamiferelor, teorizăm că studiile viitoare ar trebui să exploreze o relație cauzală directă între agregarea proteinelor și dereglarea miARN atât în ​​contextul îmbătrânirii sănătoase, cât și al neurodegenerării patologice și atrofiei musculare legate de vârstă, care sunt reprezentate în Figura 2. Deoarece există niște profiluri miARN suprapuse modificate atât în ​​contextul normal, cât și în cel patologic al îmbătrânirii, potențialul de a modula miARN, în special creșterea nivelurilor de miARN care vizează clearance-ul proteinelor și genele legate de autofagie, ar putea fi relevant pentru viitor. strategii terapeutice anti-imbatranire.

Contribuții autor: Conceptualizare, SF,VM, ARS și MAS; scris — pregătire originală a proiectului, SF; scriere—revizuire și editare, SF, VM., MF, AR, GM, ARS și vizualizare MAS, SF și VM; resurse, GM, A.RS. și MAS; supraveghere, A.RS. și M.ASS, achiziție de finanțare, GM, ARS și MASSA Toți autorii au citit și au fost de acord cu versiunea publicată a manuscrisului.

Finanțare: Această cercetare a fost finanțată de FUNDAȚIA PORTUGEZĂ PENTRU ȘTIINȚĂ ȘI TEHNOLOGIE (FCT) și FEDER (FUNDO EUROPEU DE DESENVOLVIMENTO REGIONAL) prin COMPETE2020, PROGRAMUL OPERAȚIONAL PENTRU COMPETITIVITATE ȘI INTERNAȚIONARE (POCI) (POCI{{2}:} FEDER-022184;înțelepciunea: POCI-0145-FEDER-029843); MEDICIS(CENTRO-01-0246-FEDER{-000018); și proiectul „Piloto para an elaboration de uma estrategia e uma rede regional para a medicine personalized/precisao” Grant(CENTRO-08-5864-FSE{{9} }).

Unitatea de cercetare iBiMED este susținută de FCT (UID/BIM/04501/2020). SF și MF sunt susținute direct prin granturi FCT (SFRH/BD/148323/2019 și SFRH/BD/131736/2017).A.RS.este susținută de un contract individual de cercetare auxiliară CEEC (CEECIND/00284/2018).

Acest articol este extras din Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 3232. https://doi.org/10.3390/ijms23063232 https://www.mdpi.com/journal/ijms