Hanahan og Viinberg65 har foreslået, at kendetegnene for human cancer omfatter seks biologiske evner erhvervet under tumorudvikling, herunder opretholdelse af proliferativ signalering, unddragelse af vækstundertrykkere, modstand mod celledød, aktivering af replikativ udødelighed, aktivering af invasion og metastase og inducerende angiogenese. I betragtning af den unormale miRNA-ekspression i tumorer antages det, at de dysregulerede miRNA ‘ er kan påvirke et eller flere af kræftens kendetegn for tumorinitiering og progression. Afhængigt af deres målgener kunne miRNA fungere som enten onkogen eller tumorundertrykkende under visse omstændigheder.

unddragelse af vækstundertrykkere og opretholdelse af proliferativ signalering

celleproliferation er det vigtigste kendetegn ved kræft, og dets abnormitet er den førende årsag til tumorigenese. I detaljer styres cellecyklusprogression af intracellulære programmer og ekstracellulære signalmolekyler for at nå balancen mellem at fremme celleproliferation og undertrykke den. Celler bliver kræft, når cellevækst eller opdeling er ude af kontrol. I løbet af årene med undersøgelser bliver det tydeligt, at nogle miRNA ‘er funktionelt integreres i flere kritiske celleproliferationsveje, og dysreguleringen af disse miRNA’ er er ansvarlig for at undgå vækstundertrykkere og opretholde proliferativ signalering i kræftceller.

E2F-proteinerne, en familie af transkriptionsfaktorer, er kritiske regulatorer af celleproliferation på en cellecyklusafhængig måde. En række undersøgelser har vist, at miRNA ‘ er deltager i regulering af E2F-ekspression. E2F-medlemmet E2F1 inducerer målgentranskription under G1 til S-overgangen,66 og defineres som en tumorundertrykker, fordi de e2f1-mangelfulde mus udviklede en lang række kræftformer. O ‘ Donnell et al.28 viste, at miR-17–92 hæmmer e2f1-translation efter at være blevet aktiveret af c-Myc. I betragtning af at c-Myc også direkte inducerer e2f1-ekspression, kan mir–17-92-klynge fungere som en bremse på denne mulige positive feedbacksløjfe for at sikre, at e2f1-proteinniveauer ikke stiger præcist som reaktion på C-myc-aktivering.67 mir-17–92-klyngen blev også fundet at regulere e2f2-og E2F3-oversættelse,68 og E2F-transkriptionsfaktorerne kan igen inducere ekspressionen af Mir-17-92-klyngen.69 feedback-systemet mellem mir-17-92 klynge og E2F tilvejebringer derfor en mekanisme til at holde regelmæssig cellecyklusprogression under normale forhold. Overekspression af miR-17-92, som er almindelig blandt flere tumorer, forstyrrer imidlertid feedback-sløjfen for at fremme celleproliferation.70

cellecyklusprogression afhænger af forskellige cykliner, cyclinafhængige kinaser (CDK ‘er) og deres hæmmere, som er bredt reguleret af miRNA’ er. Hatfield et al.71 fremlagde det første bevis for, at Drosophila kimlinjestamceller med Dicer-1 knockout er blokeret i G1/s-overgangen, hvilket antyder, at miRNA ‘ er er nødvendige for, at kimlinjestamceller kan passere det normale G1/s-kontrolpunkt. Desuden udviste Dicer-mangelfulde kimlinjestamceller øget ekspression af Dacapo, et medlem af P21/p27-familien af Cdk-hæmmere, hvilket antyder, at dette protein er negativt reguleret af miRNA ‘ er for at fremme cellecyklusprogression. Faktisk er miR-221/222 blevet identificeret til direkte at målrette Cdk-hæmmeren p27Kip1 i glioblastomceller,72 som blev yderligere bekræftet i andre kræftcellelinjer og primære tumorprøver.73-75 ektopisk ekspression af miR-221/222 accelereret celleproliferation, hvorimod deres undertrykkelse inducerede G1-cellecyklusstop i kræftceller. Desuden har mir-221/222-ekspression vist sig at være opreguleret i en række humane tumorer, hvilket viser, at mir-221/222-regulering af p27Kip1 er en bona fide onkogen vej. Svarende til p27Kip1, p21cip1 og p16INK4a er også reguleret af miRNA ‘ er såsom miR-663, mir-302 familie og miR-24.76,77 mir-663 viste sig at være opreguleret i nasopharyngeal carcinoma og fungerer som onkogen for at fremme den cellulære G1/s-overgang in vitro og in vivo ved direkte at målrette mod p21CIP1. Derfor præciserer mir-663/p21CIP1-aksen den molekylære mekanisme for nasopharyngeal carcinomcelleproliferation.78 ud over at påvirke ekspressionen af Cdk-hæmmere er miRNA ‘ er også regulatorer til ekspression af Cdk og cyclin. For eksempel fører miRNA – 545 til cellecyklusstop i lungecancerceller ved at undertrykke ekspression af cyclin D1 og CDK4.79

Mirna ‘ er deltager i celleproliferation, ikke kun gennem målretning af cellecykluskomponenter, men også ved omfattende regulering af flere signalveje. For eksempel blev miR-486, signifikant nedreguleret i ikke-småcellet lungekræft, fundet at påvirke celleproliferation og migration gennem insulinvækstreceptor (IGF) og PI3K signalveje ved at målrette IGF1, IGF1R og p85a.80

modstand mod celledød

unddragelse af apoptose er et andet væsentligt kendetegn for tumorprogression, som menes at være reguleret af miRNA ‘ er.81,82 tumorceller udvikler en række strategier for at begrænse eller omgå apoptose. Blandt dem er tabet af p53 tumorundertrykkende funktion mest almindelig. De alternative måder at undgå apoptose inkluderer opregulering af anti-apoptotiske regulatorer, undertrykkelse af proapoptotiske faktorer og hæmning af dødsvej induceret af ydre ligander. Komponenterne involveret i anti-apoptose hæmmes bredt eller aktiveres af miRNA ‘ er.

et antal p53-regulerede miRNA ‘er er blevet identificeret til at være involveret i p53-funktioner, og nogle af disse miRNA’ er kan modulere p53-niveau og aktivitet på en feedback-måde. For eksempel pichiorri et al.83 identificerede, at i multipelt myelom aktiveres tre miRNA ‘ er (miR-192, miR-194 og miR-215) transkriptionelt af p53 for at undertrykke mdm2-ekspression via direkte binding til dets mRNA og derved beskytte p53 mod nedbrydning. Disse miRNA ‘ er er positive regulatorer af p53, og deres nedregulering har en nøglerolle i udvikling af multipelt myelom. Der er en anden negativ feedback regulering, som forekommer mellem miR-122 og p53. Mir-122 fremmer p53 – aktivitet via målretning cyclin G184 og cytoplasmatisk polyadenyleringselementbindende protein,85 hvilket øger cellefølsomheden over for lægemidlet doksorubicin og etablerer et grundlag mod udvikling af kombineret kemo-og miRNA-baseret terapi for hepatocellulært carcinom.

dysregulering af andre p53-regulerede miRNA ‘ er giver også kræftceller resistente over for apoptose. For eksempel er mir-17-92 cluster et nyt mål for p53-medieret transkriptionel undertrykkelse under hypoksi. Dens nedregulering sensibiliserer celler til hypoksi-induceret apoptose, mens dens overekspression hæmmer apoptose. Derfor kan tumorceller med øget mir-17–92-ekspression undslippe hypoksi-induceret apoptose.86 alle ovenstående resultater viste, at p53 og dets regulerede miRNA ‘ er danner et netværk til udførligt at bestemme cellens skæbne under normale forhold. Imidlertid kan kræftceller med dysreguleret p53 eller dets mål miRNA ‘ er have kapacitet til at modstå celledød.Anti-apoptotiske regulatorer (Bcl – 2 og Bcl) og proapoptotiske faktorer (Bak, Bim og Puma) er potentielle mål for nogle miRNA ‘ er, som har en vigtig rolle i celledød. Som diskuteret ovenfor er miR-15A og miR-16-1 signifikant nedreguleret ved kronisk lymfocytisk leukæmi, og deres ekspression korrelerer omvendt med Bcl-2-ekspression. En yderligere undersøgelse viste, at disse to miRNA ‘ er undertrykker Bcl-2-ekspression og inducerer apoptose. Bcl-2 blev også reguleret af andre miRNA ‘ er, såsom miR-204,87 miR-148a88 og miR-365.89 denoyelle et al.90 fandt, at miR-491-5p effektivt inducerer apoptose i ovariecancerceller ved direkte at hæmme BCL-ekspression og ved at inducere BIM-akkumulering. Mir-221/222 hæmmer celleapoptose ved at målrette det proapoptotiske gen PUMA i humane gliomceller. Og nedskydningen af miR-221/222 inducerer PUMA-ekspression og celle-apoptose, hvilket antyder, at miR-221/222 kunne være potentielle terapeutiske mål for glioblastomintervention.91

Mirna ‘ er er også involveret i at modstå celledød ved at regulere komponenter i den ydre apoptotiske vej, såsom Fas ligand / Fas-receptoren. MiR-21, ofte opreguleret i en række kræftformer, udøver en anti-apoptotisk funktion i k-Ras-afhængige lungetumorer ved at hæmme ekspression af Apaf-1, en vigtig komponent i den iboende mitokondrie apoptotiske vej og faldende proteinniveauer af Fas ligand, en nøgleinitiator af den ydre apoptotiske vej.92 funktionen af miR-21 blev yderligere bekræftet ved observationen af, at ektopisk ekspression af miR-21 beskyttede kræftceller mod gemcitabin-induceret apoptose.93 Shaffiey et al.94 identificerede, at miR-590 undertrykker Fas ligandekspression i AML for at fremme celleoverlevelse. Udover at modulere ligandekspression modstår dysregulerede miRNA ‘ er også celledød via regulering af ekspressionen af dødsreceptorer. For eksempel, et al.95 fandt, at miR-25, overudtrykt i maligne cholangiocarcinomceller, er i stand til at beskytte celler mod TNF-relateret apoptose-inducerende ligandinduceret apoptose ved at målrette dødsreceptor-4 (DR4).

aktivering af invasion og metastase

metastase er en kompleks, multistep og dynamisk biologisk begivenhed. Epithelial-mesenkymal overgang (EMT) betragtes som et tidligt og nøgletrin i den metastatiske kaskade, kendetegnet ved tab af celleadhæsion gennem undertrykkelse af E-cadherin og aktivering af gener forbundet med motilitet og invasion. EMT menes at være reguleret af en række signalveje, såsom transformerende vækstfaktor (TGF)-Kris, som alle konvergerer på de vigtigste transkriptionsfaktorer som f.eks.96

voksende beviser viser, at miRNA ‘ er har en vigtig rolle i EMT og kræftmetastase. TGF-karrus-regulerede miRNA ‘ er viste sig at engagere sig i TGF-karrus-signalering for at inducere EMT og lette metastase i avanceret malignitet. MiR – 155 er en af de miRNA ‘ er, der er involveret i denne reguleringsproces. Det er overudtrykt i flere maligniteter og transkriptionelt aktiveret af TGF-kurr/SMAD4 signalering. Mekanistiske undersøgelser afslørede, at miR-155 fremmer EMT ved at målrette RhoA GTPase, en vigtig regulator for cellulær polaritet og tæt krydsdannelse og stabilitet. Nedskydningen af miR-155 undertrykker TGF-Krish-induceret EMT og tæt krydsopløsning, såvel som cellemigration og invasion.97 i modsætning til miR-155 hæmmes miR-200 og miR-203 af TGF-kurr. Mir-200-familien viste sig at påvirke EMT ved at hæmme ekspressionen af E-cadherin-transkriptionelle undertrykkere SEB1 og SEB2.98 til gengæld undertrykkes mir-200-primær transkription også af SEB1 og SEB2, 99 danner en dobbelt-negativ feedback loop mellem SEB1/SEB2 og Mir-200-familien. Denne løkke blev foreslået for at forklare et centralt dilemma i vores forståelse af den metastatiske kaskade: mir-200-ekspression er signifikant nedreguleret i invasive brystkræftceller med øget metastatisk potentiale, der formidler en mesenkymal fænotype. Derfor øger tvungen overekspression af miR-200C i de mesenkymale celler ekspression af E-cadherin og fremmer en epitelfænotype ved at inducere MET.100.101 derudover er p53-regulerede miRNA ‘er miR-200 og miR-192 kritiske mediatorer af p53-reguleret EMT, understøttet af observationen om, at disse miRNA’ er transaktiveres af p53 og modulerer EMT-programmet via undertrykkende SEB1/2-ekspression.102,103

vridning og snegl er de to andre vigtige transkriptionsfaktorer for at fremme epitelmotilitet, invasivitet og metastase ved at regulere ekspressionen af visse miRNA ‘ er. For eksempel er miR-10b stærkt udtrykt i metastatiske brystkræftceller og regulerer positivt cellemigration og invasion, som induceres ved direkte binding af vridning til den formodede promotor af miR-10b gen. Desuden inducerer ektopisk ekspression af miR-10b i ikke-metastatisk SUM149 og SUM159 humane brystkræftcellelinjer aggressiv invasion og mikrometastasedannelse i svære kombinerede immundefektmusemodeller, hvilket giver eksperimentel validering af, at overekspression af individuelle miRNA ‘ er kan bidrage til metastasedannelse in vivo.104 derudover er miRNA ‘ er, der regulerer ekspressionen af disse EMT-faktorer, også kritiske for at kontrollere metastase. For eksempel er miR-203 signifikant nedreguleret på grund af hypermethylering af dets promotor i stærkt metastatiske brystkræftceller. Genoprettelsen af miR-203 i brystkræftceller hæmmer tumorcelleinvasion in vitro og lungemetastatisk kolonisering in vivo ved at undertrykke SNAI2, hvilket tyder på, at snai2 og miR-203 reguleringssløjfen har en vigtig rolle i EMT og tumormetastase.105.106

andre vigtige miRNA ‘ er involveret i regulering af metastase inkluderer miR-9 og miR-212. Mir-9-ekspression aktiveres af c-Myc og n-Myc, som begge direkte binder til Mir-9-3-locus. Ekspressionsniveauet for miR-9 korrelerer tæt med MYCN-amplifikation, tumorkvalitet og metastatisk status i neuroblastom tumorer. I primære brysttumorer hos patienter med metastatisk sygdom er mir-9-ekspression meget højere end hos metastasefri patienter, hvilket antyder, at miR-9 er en potentiel regulator for den metastatiske proces. Ma et al. identificeret, at miR – 9 reducerer ekspressionen af E-cadherin i brystkræftceller via direkte binding til dets 3’-uoversatte region. Konsekvensen af E-cadherin-nedreguleringen ved miR-9 er aktiveringen af Larra-catenin-signalering for at udløse ekspressionen af nedstrøms onkogene gener, hvilket fører til øget cellemotilitet og invasivitet. Funktionen af miR-9 bekræftes yderligere af det faktum, at hæmning af miR-9 ved anvendelse af en miRNA ‘svamp’ undertrykker metastasedannelse i dyremodel, hvilket antyder, at mir-9-dæmpning kan repræsentere en ny terapeutisk tilgang i avancerede brystkræftformer for at forhindre metastasedannelse.107.108 MiR-212 er signifikant nedreguleret i humane CRC-væv på grund af både promotorhypermethylering og tab af heterosygositet. Overekspression af miR – 212 hæmmer CRC-cellemigration og invasion in vitro og lungemetastase in vivo ved at målrette ekspression af MnSOD, hvilket er nødvendigt for nedregulering af epitelmarkører og opregulering af mesenkymale markører i CRC-celler. Derfor kunne miR-212 være en prognostisk markør for CRC-patienter til at forudsige deres overlevelse, og både miR-212 og MnSOD kan også være terapeutiske mål for kræft.109

inducerende angiogenese

angiogenese er en stærkt koordineret proces til udvikling af nye blodkar fra allerede eksisterende for at tilfredsstille behovet for mad og ilt i tumorvækst og metastase.110 da tumorvæv har signifikant lavere iltkoncentration end det omgivende normale væv, har hypoksi en kritisk rolle i tumormikromiljøet ved at tillade udvikling og vedligeholdelse af kræftceller. HIF-inducerbar faktor (HIF) er en vigtig transkriptionsfaktor som reaktion på hypoksi, som påvirker ekspressionen af et antal gener, herunder miRNA ‘ er. Vaskulær endotelvækstfaktor (VEGF) er en pivotal angiogen faktor, der styrer endotelceller til at bygge nye kar ved binding til dets receptorer.111 derfor vil miRNA ‘ er, der er målrettet mod HIF-eller VEGF-signalveje, sandsynligvis have betydelig indflydelse på angiogenesen. Det er nu veldokumenteret, at processen med angiogenese er udførligt reguleret af miRNA ‘ er, hvoraf nogle er beskrevet detaljeret nedenfor.

MiR-210 er det mest konsistente og signifikant inducerede miRNA under hypoksi.112 to uafhængige undersøgelser viste, at miR-210 overekspression i normoksiske humane navlevene endotelceller stimulerer dannelsen af kapillærlignende strukturer og VEGF-afhængig cellemigration. I modsætning hertil antagoniserer mir-210-blokade disse processer.113,114 desuden fremmer miR-210 angiogenese ikke kun ved at målrette receptortyrosinkinase ligand ephrin-A3, som er en antiangiogen faktor,113, men også ved at forbedre ekspressionen af VEGF og VEGF receptor-2 (VEGFR2).115

MiR-424 induceres af hypoksi i endotelceller for at fremme angiogenese in vitro og in vivo ved at målrette cullin 2, et stilladsprotein til allestedsnærværende ligase. Denne proces stabiliserer HIF1a og gør det muligt at transkriptionelt aktivere VEGF-udtryk.116 et andet miRNA, der inducerer angiogenese, er mir-21. Det er rettet mod PTEN for at aktivere de nedstrøms Akt/erk signalveje, hvilket fører til høj ekspression af HIF1a og VEGF.117 i modsætning hertil regulerer miR-20B og miR-519c angiogenese negativt ved at målrette mod VEGF og/eller HIF1a.118.119 ud over at regulere HIF1a var miR-107 i stand til at hæmme ekspressionen af Hif1-kur, så nedregulering af miR-107 fremmer tumorangiogenese under hypoksiske forhold.120

nylige undersøgelser har vist, at eksosomal miRNA fra kræftceller kunne hjælpe med at modulere tumormikromiljøet. En af beviserne blev leveret af Umeu et al. De observerede, at miR-135B, som er overudtrykt i eksosomer fra hypoksiresistente multiple myelomceller, undertrykker faktorhæmmende HIF1 (FIH-1) i endotelceller, hvilket således fremmer dannelse af endotelrør via HIF-FIH-signalvejen. Derfor kan eksosomal miR-135B være et mål for at kontrollere multipelt myelomangiogenese.121