Hanahan a Weinberg65 navrhli, že znaky lidské rakoviny tvoří šest biologické schopnosti získané během vývoje nádoru, včetně udržení proliferační signalizace, vyhýbání se růst proudu, odpor při buněčné smrti, což replikační nesmrtelnost, aktivace invaze a metastáz a indukci angiogeneze. Vzhledem k tomu, že abnormální exprese miRNA v nádorech, předpokládá se, že dysregulované Mirna by mohly ovlivnit jeden nebo několik charakteristických znaků rakoviny pro zahájení a progresi nádoru. V závislosti na jejich cílových genech by miRNA mohla za určitých okolností fungovat jako onkogen nebo tumor supresor.

Vyhýbání se potlačující růst a udržení proliferační signalizační

Buněčné proliferace je nejdůležitějším charakteristickým znakem rakoviny a její abnormality je hlavní příčinou tumorigenezi. V detailech, buněčného cyklu průběh je řízen intracelulární programy a extracelulární signální molekuly, k dosažení rovnováhy mezi podporou buněčné proliferace a potlačení. Buňky se stávají rakovinnými, když je růst nebo dělení buněk mimo kontrolu. V průběhu let studia, je zřejmé, že některé miRNAs funkčně integrovat do více kritické buněčné proliferace drah, a dysregulace těchto miRNAs je zodpovědný za vyhýbání se potlačující růst a udržení proliferační signalizace v nádorových buňkách.

proteiny E2F, rodina transkripčních faktorů, jsou důležité regulátory buněčné proliferace a buněčného cyklu-závislým způsobem. Řada studií prokázala, že miRNA se podílejí na regulaci exprese E2F. Člen E2F e2f1 indukuje transkripci cílového genu během přechodu G1 na s, 66 a je definován jako tumor supresor, protože myši s deficitem E2F1 vyvinuly širokou škálu rakovin. O ‚ Donnell a kol.28 ukázalo, že miR-17-92 inhibuje translaci E2F1 po aktivaci c-Myc. Vzhledem k tomu, že c-Myc také přímo indukuje exprese E2F1, miR-17–92 klastru mohou působit jako brzda na tento možný pozitivní zpětnou vazbu, aby zajistily, že E2F1 hladiny proteinů nemají stoupat strmě v reakci na c-myc aktivace.67 miR-17–92 klastru bylo také zjištěno, že regulovat E2F2 a E2F3 překlad,68 a E2F transkripční faktory, podle pořadí, může vyvolat expresi miR-17–92 klastru.69 proto systém zpětné vazby mezi clusterem miR-17–92 a E2F poskytuje mechanismus pro udržení pravidelné progrese buněčného cyklu za normálních podmínek. Nadměrná exprese miR-17-92, která je běžná u několika nádorů, však narušuje zpětnovazební smyčku na podporu proliferace buněk.70

progrese buněčného cyklu závisí na různých cyklinech, cyklin-dependentních kinázách (CDK)a jejich inhibitorech, které jsou široce regulovány Mirna. Hatfield a kol.71 za předpokladu, že první důkaz, že Drosophila zárodečné kmenové buňky s Dicer-1 knockout jsou blokovány v přechodu G1 / S, což naznačuje, že miRNA jsou potřebné pro zárodečné kmenové buňky projít normální G1 / s kontrolní bod. Navíc, Dicer-nedostatečné zárodečné linie kmenové buňky vykazovaly zvýšenou expresi Dacapo, člen p21/p27 rodiny Cdk inhibitorů, což znamená, že tento protein je negativně regulována miRNAs na podporu buněčného cyklu progrese. Opravdu, miR-221/222 byl identifikován cíl přímo Cdk inhibitor p27Kip1 v buňkách glioblastomu,72 což bylo dále potvrzeno v dalších nádorových buněčných linií a primárních nádorových vzorků.73-75 Ektopická exprese miR-221/222 akcelerované proliferaci buněk, vzhledem k tomu, že jejich potlačení vyvolané G1 buněčného cyklu zatčení v nádorových buňkách. Navíc, miR-221/222 vyjádření bylo zjištěno, že být upregulated v různých lidských nádorů, které prokazují, že miR-221/222 nařízení p27Kip1 je bona fide onkogenní dráhy. Podobné p27Kip1, p21CIP1 a p16INK4a jsou také upraveny miRNAs jako miR-663, miR-302 rodiny a miR-24.76,77 miR-663 bylo zjištěno, že být upregulated v nosohltanu karcinomu, a působí jako onkogenu k podpoře buněčné G1/S přechodu in vitro a in vivo přímo cílení p21CIP1. Proto osa miR-663 / p21CIP1 objasňuje molekulární mechanismus proliferace buněk karcinomu nosohltanu.78 kromě ovlivnění exprese inhibitorů Cdk jsou Mirna také regulátory exprese Cdk a cyklinu. Pro příklady, miRNA-545 vede k buněčného cyklu zatčení v plicní nádorové buňky tím, že inhibuje expresi cyklin D1 a CDK4.79

MiRNAs účastní buněčné proliferace, a to nejen prostřednictvím cílení buněčného cyklu komponent, ale také o značně regulaci více signálních drah. Například, miR-486, výrazně downregulated v non-small-cell lung cancer, bylo zjištěno, že ovlivňují buněčnou proliferaci a migraci přes inzulín, růstový receptor (IGF) a PI3K signální dráhy zaměřením IGF1, IGF1R a p85a.80

odolávající buněčné smrti

vyhýbání se apoptóze je dalším významným charakteristickým znakem progrese nádoru, o kterém se předpokládá, že je regulován Mirna.81,82 nádorové buňky vyvíjejí různé strategie k omezení nebo obcházení apoptózy. Mezi nimi je nejčastější ztráta funkce supresoru nádoru p53. Alternativní způsoby, jak se vyhnout apoptóze zahrnují upregulace anti-apoptotických regulačních orgánů, potlačení proapoptotic faktorů a inhibici smrti dráhy vyvolané exogenní ligandy. Složky zapojené do antiapoptózy jsou široce inhibovány nebo aktivovány Mirna.

bylo zjištěno, že řada Mirna regulovaných p53 je zapojena do funkcí p53 a některé z těchto Mirna mohou modulovat hladinu a aktivitu p53 zpětnovazebním způsobem. Například Pichiorri et al.83 zjištěno, že u mnohočetného myelomu, tři miRNAs (miR-192, miR-194 a miR-215) jsou transkripčně aktivuje p53 k potlačení exprese Mdm2 prostřednictvím přímo závazné pro jeho mRNA, čímž chrání před degradací p53. Tyto miRNA jsou pozitivními regulátory p53 a jejich downregulace má klíčovou roli ve vývoji mnohočetného myelomu. Existuje další negativní regulace zpětné vazby, ke které dochází mezi miR-122 a p53. MiR-122 p53 podporuje činnost prostřednictvím cílení cyklin G184 a cytoplazmatické polyadenylation element-binding protein,85 což zvyšuje buněčnou citlivost na léčiva doxorubicinu, kterým se stanoví základ k rozvoji kombinované chemo – a miRNA-založené terapie pro hepatocelulární karcinom.

dysregulace jiných Mirna regulovaných p53 také propůjčuje rakovinné buňky rezistentní na apoptózu. Například cluster miR-17–92 je novým cílem transkripční represe zprostředkované p53 za hypoxie. Jeho downregulace senzibilizuje buňky na apoptózu vyvolanou hypoxií, zatímco její nadměrná exprese inhibuje apoptózu. Proto nádorové buňky se zvýšenou expresí miR-17-92 mohou uniknout apoptóze vyvolané hypoxií.86 Všechny výše uvedené výsledky ukázaly, že p53 a jeho regulované miRNAs tvoří síť komplikovaně určovat osud buňky za normálních podmínek. Rakovinné buňky s dysregulovaným p53 nebo jeho cílovými Mirna by však mohly mít schopnost odolávat buněčné smrti.

Anti-apoptotických regulačních orgánů (Bcl-2 a Bcl-xL) a proapoptotic faktory (Bax, Bim a Puma), jsou potenciální cíle některých miRNAs, které mají důležitou roli v buněčné smrti. Jak bylo uvedeno výše, miR-15a a miR-16-1 jsou významně downregulovány u chronické lymfocytární leukémie a jejich exprese nepřímo koreluje s expresí Bcl-2. Další studie prokázala, že tyto dvě Mirna potlačují expresi Bcl-2 a indukují apoptózu. Bcl-2 byl také regulován jinými Mirna, jako je miR-204,87 miR-148a88 a miR-365,89 Denoyelle et al.90 zjistil, že miR-491-5p účinně indukuje apoptózu v buňkách rakoviny vaječníků přímou inhibicí exprese Bcl-xL a indukcí akumulace Bim. MiR-221/222 inhibuje buněčnou apoptózu zaměřením na PROAPOPTOTICKÝ Gen PUMA v buňkách lidského gliomu. A knockdown miR-221/222 indukuje expresi PUMA a buněčnou apoptózu, což naznačuje, že miR-221/222 by mohl být potenciálními terapeutickými cíli pro intervenci glioblastomu.91

Mirna se také podílejí na odporu buněčné smrti regulací složek vnější apoptotické dráhy, jako je receptor Fas ligand/FAS. MiR-21, často upregulated v různých typů rakoviny, působí anti-apoptotických funkce v k-Ras-dependentní nádory plic inhibicí exprese Apaf-1, důležitou součástí vnitřní mitochondriální apoptotických dráhy, a snížení hladiny proteinu Fas ligand, klíčovým iniciátorem vnější apoptotických drahách.92 funkce miR-21 byla dále potvrzena pozorováním, že ektopická exprese miR-21 chráněných rakovinné buňky z gemcitabin-indukované apoptózy.93 Shaffiey et al.94 zjistilo, že miR-590 potlačuje expresi ligandu Fas v AML, aby podpořil přežití buněk. Kromě modulace exprese ligandu, dysregulované Mirna také odolávají buněčné smrti prostřednictvím regulace exprese receptorů smrti. Například Razumilava a kol.95 zjištěno, že miR-25, nadměrně exprimován v maligní cholangiokarcinom buněk, je schopen chránit buňky proti TNF-související apoptózy navozující ligandem indukované apoptózy zaměřením smrt receptor-4 (DR4).

aktivace invaze a metastáz

metastázy je komplexní, vícestupňová a dynamická biologická událost. Epiteliální–mezenchymální přechod (EMT) je považován za rané a klíčový krok v metastatické kaskádě, která se vyznačuje ztrátou adheze buněk prostřednictvím represe E-cadherinu a aktivace genů spojených s motilitu a invaze. EMT je myšlenka být regulována řadou signálních drah, jako jsou transformující růstový faktor (TGF)-β, které se všechny sbíhají na klíčové transkripční faktory, jako jsou ZEB, SNAIL a TWIST.96

rostoucí důkazy ukazují, že Mirna mají důležitou roli v EMT a metastázách rakoviny. Bylo zjištěno, že Mirna regulovaná TGF-β se zapojují do signalizace TGF-β k indukci EMT a usnadnění metastáz v pokročilé malignitě. MiR-155 je jednou z Mirna zapojených do tohoto regulačního procesu. Je nadměrně exprimován u několika malignit a transkripčně aktivován signalizací TGF-β/SMAD4. Mechanistické studie ukázaly, že miR-155 podporují EMT zaměřením RhoA GTPase, důležitý regulátor buněčné polarity a tight junction tvorbu a stabilitu. Knockdown miR-155 potlačuje EMT indukované TGF-β a rozpouštění těsných spojů, stejně jako migraci a invazi buněk.97 na rozdíl od miR-155 jsou mir-200 a miR-203 inhibovány TGF-β. MiR-200 rodiny byl prokázán vliv EMT inhibicí exprese E-cadherinu transkripční repressors ZEB1 a ZEB2.98 na druhé straně, miR-200 primárního transkriptu je také potlačen ZEB1 a ZEB2,99 tvořit double-negativní zpětné vazby mezi ZEB1/ZEB2 a miR-200 rodiny. Tato smyčka byla navržena k vysvětlení centrálního dilematu v našem chápání metastatické kaskády: exprese miR-200 je významně snížena v invazivních buňkách karcinomu prsu se zvýšeným metastatickým potenciálem, které zprostředkovávají mezenchymální fenotyp. Proto vynucená nadměrná exprese miR-200c v mezenchymálních buňkách zvyšuje expresi E-kadherinu a podporuje epiteliální fenotyp indukcí MET.100,101 kromě toho, p53-regulovaných miRNAs miR-200 a miR-192 jsou důležité mediátory p53-regulovaných EMT, podporuje pozorování, že tyto miRNAs jsou transactivated tím, p53 a modulovat EMT programu prostřednictvím potlačování ZEB1/2 vyjádření.102,103

TWIST a SNAIL jsou další dva klíčové transkripční faktory, které podporují epiteliální pohyblivost, invazivitu a tvorbu metastáz prostřednictvím regulace exprese některých miRNAs. Například, miR-10b je vysoce exprimován v metastatické buňky rakoviny prsu a pozitivně reguluje buněčnou migraci a invazi, které je vyvolané přímou vazbu TWIST na domnělého promotoru miR-10b gen. Navíc, ektopická exprese miR-10b v non-metastatické SUM149 a SUM159 lidské rakoviny prsu buněčné linie se vyvolat agresivní invazi a micrometastasis formace v těžké kombinované imunodeficience myší modely, které poskytují experimentální ověření, že zvýšená exprese jednotlivých miRNAs může přispět k tvorbě metastáz in vivo.104 kromě toho jsou Mirna regulující expresi těchto EMT faktorů také kritické pro kontrolu metastáz. Například miR-203 je významně downregulován kvůli hypermethylaci jeho promotoru ve vysoce metastatických buňkách karcinomu prsu. Obnova miR-203 v buňkách rakoviny prsu inhibuje nádor buněčnou invazi in vitro a plic metastazující kolonizace in vivo potlačuje SNAI2, což naznačuje, že SNAI2 a miR-203 regulační smyčka má důležitou roli v EMT a nádorových metastáz.105,106

Další důležité Mirna podílející se na regulaci metastáz zahrnují miR-9 a miR-212. Exprese MiR-9 je aktivována c-Myc a n-Myc, oba se přímo váží na lokus miR-9-3. Úroveň exprese miR-9 úzce koreluje s amplifikací MYCN, stupněm nádoru a metastatickým stavem u nádorů neuroblastomu. U primárních nádorů prsu u pacientů s metastazujícím onemocněním je exprese miR-9 mnohem vyšší než u pacientů bez metastáz, což znamená, že miR-9 je potenciálním regulátorem metastazujícího procesu. Ma a kol. zjištěno, že miR-9 snižuje expresi E-cadherinu v buňkách rakoviny prsu prostřednictvím přímo vazbou na jeho 3′-untranslate regionu. Důsledkem downregulace E-cadherinu pomocí miR-9 je aktivace β-kateninové signalizace pro spuštění exprese navazujících onkogenních genů, což vede ke zvýšené pohyblivosti buněk a invazivitě. Funkce miR-9 je dále potvrzena faktem, že inhibice miR-9 pomocí miRNA ‚houba‘ potlačuje tvorbu metastáz ve zvířecím modelu, z čehož vyplývá, že miR-9 tlumení hluku může představovat nový terapeutický přístup v pokročilé rakoviny prsu, aby se zabránilo tvorbě metastáz.107,108 MiR-212 je významně snížena v lidských tkáních CRC v důsledku promotorové hypermethylace i ztráty heterozygotnosti. Zvýšená exprese miR-212 inhibuje CRC buněčnou migraci a invazi in vitro a plicní metastázy in vivo tím, že cílení exprese MnSOD, která je potřebná pro down-regulaci epiteliální markery a buněk mezenchymálních markerů CRC buněk. Proto by miR-212 mohl být prognostickým markerem pro pacienty s CRC k předpovědi jejich přežití a miR-212 i MnSOD mohou být také terapeutickými cíli pro rakovinu.109

Navození angiogeneze

Angiogeneze je vysoce koordinovaný proces k rozvoji nových krevních cév z preexistující ty, které splňují potřeby pro potraviny a kyslíku v růstu nádoru a metastáz.110 Jako nádorové tkáně mají výrazně nižší koncentraci kyslíku než okolní normální tkáně, hypoxie má zásadní roli v mikroprostředí nádoru tím, že umožňuje rozvoj a udržování nádorových buněk. Hypoxií indukovatelných faktorů (HIF) je klíčový transkripční faktor, v reakci na hypoxii, který ovlivňuje expresi řady genů, včetně miRNAs. Vaskulární endoteliální růstový faktor (VEGF) je klíčové angiogenní faktor, režie endoteliálních buněk k vybudování nových plavidel po vazbě na své receptory.111 proto mají Mirna, které cílí na signální dráhy HIF nebo VEGF, pravděpodobně významný dopad na angiogenezi. Nyní je dobře zdokumentováno, že proces angiogeneze je komplikovaně regulován Mirna, z nichž některé jsou podrobně popsány níže.

MiR-210 je nejvíce konzistentně a významně indukovaná miRNA během hypoxie.112 dvě nezávislé studie prokázaly, že nadměrná exprese miR-210 v normoxických endotelových buňkách lidské pupeční žíly stimuluje tvorbu kapilárních struktur a migraci buněk závislých na VEGF. Naproti tomu blokáda miR-210 tyto procesy antagonizuje.113,114 miR-210 dále podporuje angiogenezi nejen zaměřením na receptorový tyrosinkinázový ligand ephrin-A3,který je antiangiogenním faktorem, 113, ale také zvýšením exprese VEGF A VEGF receptoru-2 (VEGFR2).115

MiR-424 je indukována hypoxií v endoteliální buňky podporují angiogenezi in vitro a in vivo zaměřením cullin 2, lešení bílkovin pro ubiquitin ligázy. Tento proces stabilizuje HIF1a a umožňuje mu transkripčně aktivovat expresi VEGF.116 další miRNA, která indukuje angiogenezi, je miR-21. Zaměřuje se na PTEN k aktivaci následných signálních drah Akt/ERK, což vede k vysoké expresi HIF1a a VEGF.117 naproti tomu miR-20b a miR-519c negativně regulují angiogenezi zaměřením na VEGF a/nebo HIF1a.118,119 kromě regulace HIF1a byl miR-107 schopen inhibovat expresi HIF1ß, takže downregulace miR-107 podporuje angiogenezi nádoru za hypoxických podmínek.120

nedávné výzkumy prokázaly, že exozomální miRNA z rakovinných buněk by mohla pomoci modulovat mikroprostředí nádoru. Jeden z důkazů poskytl Umezu et al. Pozorovali, že miR-135b, který je nadměrně exprimován v exosomy z hypoxie-odolné mnohočetného myelomu buněk, potlačuje faktor inhibující HIF1 (FIH-1) v endoteliálních buněk, a tím podporovat endoteliální trubice tvorbu prostřednictvím HIF–FIH signální dráhy. Proto může být exozomální miR-135b cílem pro kontrolu angiogeneze mnohočetného myelomu.121