Hanahan ja Weinberg65 ovat ehdottaneet, että ihmisen syövän tunnusmerkkeihin kuuluvat kuusi biologista kykyä, jotka on hankittu kasvaimen kehittymisen aikana, mukaan lukien proliferatiivisen signaloinnin ylläpitäminen, kasvua vaimentavien aineiden välttäminen, solukuoleman vastustaminen, replikatiivisen kuolemattomuuden mahdollistaminen, invaasion ja etäpesäkkeiden aktivointi ja angiogeneesin indusointi. Koska epänormaali miRNA ilmaisun kasvaimia, uskotaan, että sääntelemätön Mirna voisi vaikuttaa yksi tai useampi syövän tunnusmerkkejä kasvaimen aloittamista ja etenemistä. Riippuen niiden kohdegeenien, miRNA voisi toimia joko onkogeeni tai tuumorisuppressori tietyissä olosuhteissa.

kasvua vaimentavien aineiden kiertäminen ja proliferatiivisen signaloinnin ylläpitäminen

solujen proliferaatio on syövän tärkein tunnusmerkki ja sen poikkeavuus on kasvainten yleisin aiheuttaja. Yksityiskohdissa solusyklin etenemistä ohjataan solunsisäisillä ohjelmilla ja solunulkoisilla signaalimolekyyleillä, jotta saavutetaan tasapaino solujen lisääntymisen edistämisen ja sen tukahduttamisen välillä. Solut muuttuvat syöviksi, kun solujen kasvu tai jakautuminen on hallitsematonta. Vuosien tutkimusten, käy ilmi, että jotkut miRNAs toiminnallisesti integroida useita kriittisiä solujen proliferaatioreittejä, ja dysregulaatio näiden miRNAs on vastuussa kiertää kasvun vaimentimet ja ylläpitää proliferatiivinen signalointi syöpäsoluissa.

E2F-proteiinit, transkriptiotekijöiden perhe, ovat solujen proliferaation kriittisiä säätelijöitä solusyklistä riippuvalla tavalla. Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että mirnat osallistuvat E2F-ilmaisun säätelyyn. E2F: n jäsen E2F1 indusoi kohdegeenin transkriptiota G1: stä S: ään siirtymisen aikana,66, ja se määritellään tuumorisuppressoriksi, koska e2f1: n puutteelliset hiiret kehittivät monenlaisia syöpiä. O’Donnell ym.28 osoitti, että miR-17–92 estää E2F1: n kääntämisen sen jälkeen, kun C-Myc on aktivoinut sen. Ottaen huomioon, että c-Myc indusoi myös suoraan E2F1: n ilmentymistä, mir-17–92-klusteri voi toimia jarruna tässä mahdollisessa positiivisessa takaisinkytkennässä sen varmistamiseksi, että e2f1-proteiinitasot eivät nouse jyrkästi vastauksena C-myc-aktivaatioon.67 mir-17–92-klusterin havaittiin myös säätelevän e2f2-ja E2F3-translaatiota,68 ja E2F-transkriptiotekijät voivat puolestaan indusoida mir-17-92-klusterin ilmentymisen.69 siksi mir-17–92-klusterin ja E2F: n välinen takaisinkytkentäjärjestelmä tarjoaa mekanismin, joka pitää solusyklin säännöllisen etenemisen normaaliolosuhteissa. Useiden kasvainten keskuudessa yleinen mir-17–92: n yliekspressio häiritsee kuitenkin palautesilmukkaa solujen proliferaation edistämiseksi.

solusyklin eteneminen riippuu erilaisista sykliineistä, sykliiniriippuvaisista kinaaseista (CDK) ja niiden estäjistä, joita mirnat säätelevät laajalti. Hatfield ym.71 toimitti ensimmäiset todisteet siitä, että Drosophila germline-kantasolut, joissa on Dicer-1-tyrmäys, ovat estyneet G1/s-siirtymävaiheessa, mikä viittaa siihen, että mirnoja tarvitaan, jotta sukusolut läpäisevät normaalin G1/s-tarkastuspisteen. Lisäksi Dacapo, joka kuuluu P21/P27-ryhmään Cdk-inhibiittorit, lisääntyi Dicerin puutteellisissa itulinjan kantasoluissa, mikä viittaa siihen, että miRNAs säätelee tätä proteiinia negatiivisesti solusyklin etenemisen edistämiseksi. MiR-221/222: n onkin todettu kohdistuvan suoraan Cdk-inhibiittori p27Kip1: een glioblastoomasoluissa,72, mikä vahvistettiin edelleen muissa syöpäsolulinjoissa ja primaarikasvainnäytteissä.73-75 Mir-221/222: n ektooppinen ilmentyminen kiihdytti solujen proliferaatiota, kun taas niiden tukahduttaminen aiheutti G1-solusyklin pysähtymisen syöpäsoluissa. Lisäksi mir-221/222-ilmentymän on todettu olevan säädeltyä useissa ihmisen kasvaimissa, mikä osoittaa, että p27kip1: n miR-221/222-asetus on bona fide-onkogeeninen reitti. Samanlaisia kuin p27Kip1, p21CIP1 ja p16INK4a säätelevät myös mirnat, kuten miR-663,mir-302-perhe ja miR-24.76, 77 miR-663 todettiin ylisääntelevän nasofaryngeaalisen karsinooman osalta ja toimii onkogeeninä edistääkseen G1/s-solujen siirtymistä in vitro ja In vivo kohdistamalla suoraan p21cip1: een. Siksi mir-663/p21CIP1-akseli selkeyttää nasofaryngeaalisen karsinooman soluproliferaation molekyylimekanismia.78 CDK-estäjien ilmentymisen lisäksi mirnat ovat myös CDK: n ja sykliinin ilmentymisen säätelijöitä. Esimerkiksi miRNA-545 johtaa solusyklin pysähtymiseen keuhkosyöpäsoluissa tukahduttamalla sykliini D1: n ja CDK4: n ilmentymistä.79

Mirnat osallistuvat solujen proliferaatioon paitsi kohdistamalla solusyklin komponentteja myös säätelemällä laajasti useita signalointireittejä. Esimerkiksi miR-486: n, jonka säätely on merkittävästi vähentynyt ei-pienisoluisessa keuhkosyövässä, havaittiin vaikuttavan solujen proliferaatioon ja migraatioon insuliinin kasvureseptorin (IGF) ja PI3K-signalointireittien kautta kohdistamalla kohde IGF1, IGF1R ja p85a.80

solukuoleman vastustaminen

apoptoosin välttäminen on toinen merkittävä kasvaimen etenemisen tunnusmerkki, jota mirnasin uskotaan säätelevän.81,82 kasvainsolut kehittävät erilaisia strategioita rajoittaa tai kiertää apoptoosi. Niistä p53-tuumorisuppressorin toiminnan menetys on yleisin. Vaihtoehtoisia tapoja välttää apoptoosi ovat antiapoptoottisten säätelijöiden upregulaatio, proapoptoottisten tekijöiden tukahduttaminen ja ulkoisten ligandien aiheuttaman kuolintien esto. Komponentit osallistuvat anti-apoptoosi ovat laajasti estetty tai aktivoitu miRNAs.

joukon p53-säädeltyjä mirnoja on havaittu olevan mukana p53-funktioissa, ja jotkut näistä mirnoista voivat moduloida p53-tasoa ja toimintaa palautteen mukaisesti. Esimerkiksi Pichiorri et al.83 totesi, että multippelissa myeloomassa kolme mirnaa (miR-192, miR-194 ja miR-215) aktivoidaan transkriptiolla p53: lla mdm2: n ilmentymisen estämiseksi sitoutumalla suoraan mRNA: han ja suojaamalla siten p53: a hajoamiselta. Nämä mirnat ovat p53: n positiivisia säätelijöitä ja niiden alasäätelyllä on keskeinen rooli multippelin myelooman kehityksessä. Mir-122: n ja p53: n välillä on toinenkin negatiivinen takaisinkytkentäsäätely. MiR-122 edistää p53 – aktiivisuutta kohdistamalla sykliini G184: ää ja sytoplasmaista polyadenylaatioelementtiä sitovaa proteiinia,85, joka lisää solujen herkkyyttä doksorubisiinille, mikä luo perustan yhdistetyn kemoterapia-ja miRNA-pohjaisen hoidon kehittymiselle hepatosellulaariseen karsinoomaan.

muiden p53: n säätelemien mirnojen Säätelyhäiriöt aiheuttavat myös apoptoosille resistenttejä syöpäsoluja. Esimerkiksi mir-17–92-klusteri on uusi kohde p53-välitteiselle transkriptioahdistukselle hypoksian aikana. Sen downregulaatio herkistää soluja hypoksian aiheuttamalle apoptoosille, kun taas sen yli-ekspressio estää apoptoosia. Siksi kasvainsolujen lisääntynyt miR-17–92 expression voi paeta hypoksian aiheuttama apoptoosi.86 kaikki edellä mainitut tulokset osoittivat, että p53 ja sen säännellyt mirnat muodostavat verkoston, jonka avulla solun kohtalo voidaan määrittää tarkasti normaaliolosuhteissa. Syöpäsoluilla, joilla on häiriintynyt p53 tai sen kohde-miRNAs, voi kuitenkin olla kyky vastustaa solukuolemaa.

Apoptoottiset säätelijät (Bcl-2 ja BCL-xL) ja proapoptoottiset tekijät (bax, Bim ja Puma) ovat mahdollisia kohteita joillekin mirnoille, joilla on tärkeä rooli solukuolemassa. Kuten edellä mainittiin, mir-15a ja miR-16-1 ovat merkittävästi downregulated krooninen lymfaattinen leukemia ja niiden ilmentyminen kääntäen korreloi Bcl-2 expression. Lisätutkimus osoitti, että nämä kaksi mirnaa tukahduttavat Bcl-2-ilmaisun ja indusoivat apoptoosin. BCL-2: ta säätelivät myös muut mirnat, kuten miR-204,87 miR-148a88 ja Mir-365.89 Denoyelle et al.90 todettiin, että miR-491-5p indusoi tehokkaasti apoptoosia munasarjasyöpäsoluissa estämällä suoraan Bcl-xL-ekspressiota ja indusoimalla Bim-kertymistä. MiR-221/222 estää solujen apoptoosia kohdistamalla proapoptoottisen geenin Puman ihmisen glioomasoluihin. Mir-221/222: n tyrmäys indusoi PUMA-ekspressiota ja solujen apoptoosia, mikä viittaa siihen, että miR-221/222 voisi olla mahdollinen glioblastooman hoitokohde.

Mirnat osallistuvat myös solukuoleman vastustamiseen säätelemällä ulkoisen apoptoottisen reitin komponentteja, kuten Fas-ligandia / Fas-reseptoria. MiR-21, usein säädelty eri syöpiä, harjoittaa anti-apoptoottinen toiminto k-Ras-riippuvainen keuhkokasvaimet estämällä ilmentymistä Apaf-1, tärkeä osa luontainen mitokondrion apoptoottinen reitti, ja vähentää proteiinitasoja FAS ligand, keskeinen käynnistäjä ulkoisen apoptoottinen reitti.Mir-21: n toimintaa vahvisti sekin havainto, että mir-21: n kohdunulkoinen ilmentyminen suojasi syöpäsoluja gemsitabiinin aiheuttamalta apoptoosilta.93 Shaffiey ym.94 totesi, että miR-590 estää FAS-ligandin ilmentymisen AML: ssä solujen eloonjäämisen edistämiseksi. Ligandiekspression moduloinnin lisäksi häiriintyneet mirnat myös vastustavat solukuolemaa säätelemällä kuolemanreseptorien ilmentymistä. Esimerkiksi Razumilava et al.95 todettiin, että mir-25, yliekspressoitunut malignissa kolangiokarsinoomasoluissa, pystyy suojaamaan soluja TNF: ään liittyvältä apoptoosia aiheuttavalta ligandin indusoivalta apoptoosilta kohdentamalla kuolemanreseptori-4: ää (DR4).

aktivoiva invaasio ja etäpesäke

etäpesäke on monimutkainen, monivaiheinen ja dynaaminen biologinen tapahtuma. Epiteeli-mesenkymaalinen siirtyminen (EMT) pidetään varhaisena ja keskeisenä askeleena metastaattisessa kaskadissa, jolle on ominaista solujen tarttumisen menetys e-cadherinin tukahduttamisen ja motiliteettiin ja invaasioon liittyvien geenien aktivoinnin kautta. EMT: n uskotaan säätelevän erilaisia signalointireittejä, kuten transforming growth factor (TGF)-β, jotka kaikki yhtyvät keskeisiin transkriptiotekijöihin, kuten ZEB, SNAIL ja TWIST.96

kasvavat todisteet osoittavat, että mirnoilla on tärkeä rooli EMT: ssä ja syövän etäpesäkkeissä. TGF-β-säädeltyjen mirnojen havaittiin osallistuvan TGF-β-signalointiin, joka indusoi EMT: tä ja helpottaa etäpesäkkeitä pitkälle edenneessä maligniteetissa. MiR-155 on yksi tähän sääntelyprosessiin osallistuvista mirnoista. Se yliekspressoituu useissa maligniteeteissa ja aktivoituu transkriptioiden avulla TGF-β/SMAD4-signaloinnilla. Mekanistiset tutkimukset osoittivat, että miR-155 edistää EMT: tä kohdistamalla sen RhoA Gtpaseen, joka on tärkeä solujen napaisuuden ja tiukan liitoksen muodostumisen ja vakauden säätelijä. Mir-155: n knockdown estää TGF-β: n indusoiman EMT: n ja tiukan liitoksen liukenemisen sekä solujen siirtymisen ja invaasion.97 toisin kuin mir-155, mir-200 ja Mir-203 inhiboidaan TGF-β: lla. MiR-200-perheen osoitettiin vaikuttavan EMT: hen estämällä E-cadherinin transkriptiorepressorien ZEB1 ja ZEB2.98 ilmentymistä puolestaan mir-200: n ensisijainen transkriptio on myös tukahdutettu ZEB1: llä ja ZEB2, 99: llä muodostaen kaksinkertaisen negatiivisen takaisinkytkentäsilmukan ZEB1/ZEB2: n ja miR-200-perheen välillä. Tämä silmukka ehdotettiin selittämään keskeinen dilemma ymmärtääksemme metastaattisen kaskadin: mir-200: n ekspressio on merkittävästi vähentynyt invasiivisissa rintasyöpäsoluissa, joilla on lisääntynyt metastaattinen potentiaali, joka välittää mesenkymaalisen fenotyypin. Siksi mir-200C: n pakotettu yliekspressio mesenkyymisoluissa lisää E-cadherinin ilmentymistä ja edistää epiteelifenotyyppiä indusoimalla METIÄ.100,101 lisäksi p53-säännelty miRNAs miR-200 ja miR-192 ovat p53-säännellyn EMT: n kriittisiä välittäjiä, joita tukee havainto, että nämä mirnat transaktivoidaan p53: lla ja moduloidaan EMT-ohjelma tukahduttamalla ZEB1/2-lauseke.102,103

TWIST ja etana ovat kaksi muuta tärkeää transkriptiotekijää, jotka edistävät epiteelin motiliteettia, invasiivisuutta ja etäpesäkkeitä säätelemällä tiettyjen mirnojen ilmentymistä. Esimerkiksi mir-10b ilmenee voimakkaasti metastaattisissa rintasyöpäsoluissa ja säätelee positiivisesti solujen migraatiota ja invaasiota, jonka indusoi twistin suora sitoutuminen mir-10b-geenin oletettuun promoottoriin. Lisäksi mir-10B: n kohdunulkoinen ilmentyminen ei-metastaattisissa SUM149-ja SUM159-ihmisen rintasyöpäsolulinjoissa aiheuttaa aggressiivista invaasiota ja mikrometastaasin muodostumista vaikeissa yhdistetyissä immuunipuutosmalleissa hiirimalleissa, mikä tarjoaa kokeellisen validoinnin siitä, että yksittäisten mirnojen yliekspressio voi edistää etäpesäkkeiden muodostumista in vivo.104 lisäksi näiden EMT-tekijöiden ilmentymistä säätelevät mirnat ovat myös kriittisiä etäpesäkkeiden hallitsemiseksi. Esimerkiksi miR-203: n säätely vähenee merkittävästi sen promoottorin hypermetylaation vuoksi erittäin metastaattisissa rintasyöpäsoluissa. Mir-203: n palauttaminen rintasyöpäsoluissa estää kasvainsolujen invaasion in vitro ja keuhkojen metastaattisen kolonisaation in vivo tukahduttamalla SNAI2: ta, mikä viittaa siihen, että SNAI2: lla ja Mir-203: lla on tärkeä rooli EMT: ssä ja kasvaimen etäpesäkkeissä.105,106

muita tärkeitä etäpesäkkeiden säätelyyn osallistuvia mirnoja ovat miR-9 ja miR-212. Mir-9-lausekkeen aktivoivat c-Myc ja n-Myc, jotka molemmat sitoutuvat suoraan mir-9-3-lokukseen. Mir-9: n ilmentymistaso korreloi läheisesti mycn-vahvistuksen, tuumoritason ja metastaattisen tilan kanssa neuroblastoomakasvaimissa. Metastasoituneen taudin primaarisissa rintakasvaimissa miR-9-ilmentymä on paljon suurempi kuin metastaasittomilla potilailla, mikä viittaa siihen, että miR-9 on mahdollinen metastasoituneen prosessin säätelijä. Ma et al. tunnistettu, että miR-9 vähentää e-cadherinin ilmentymistä rintasyöpäsoluissa suoraan sitoutumalla sen 3′-untranslate-alueeseen. Mir-9: n e-cadherinin alasäätelyn seuraus on β-catenin signaloinnin aktivointi käynnistämään onkogeenisten geenien ilmentymistä, mikä johtaa lisääntyneeseen solujen liikkuvuuteen ja invasiivisuuteen. MiR-9: n toimintaa vahvistaa myös se, että mir-9: n esto miRNA-sienen avulla estää etäpesäkkeiden muodostumisen eläinmallissa, mikä tarkoittaa, että miR-9: n hiljentäminen voi edustaa uutta terapeuttista lähestymistapaa pitkälle edenneissä rintasyövissä etäpesäkkeiden muodostumisen estämiseksi.107,108 MiR-212: n säätely ihmisen CRC-kudoksissa vähenee merkittävästi sekä promoottorin hypermetylaation että heterotsygoottisuuden menetyksen vuoksi. Mir-212: n yliekspressio estää CRC-solujen migraatiota ja invaasiota in vitro ja keuhkojen etäpesäkkeitä in vivo kohdistamalla mnsod: n ilmentymistä, jota tarvitaan epiteelimarkkereiden alasäätelyyn ja mesenkymaalisten markkereiden ylisäätelyyn CRC-soluissa. Siksi mir-212 voi olla kroonista munuaistautia sairastavien potilaiden ennustava merkkiaine heidän elossaolonsa ennustamiseksi, ja sekä miR-212 että MnSOD saattavat olla myös syövän terapeuttisia kohteita.

angiogeneesin indusointi

angiogeneesi on erittäin koordinoitu prosessi, jossa kehitetään uusia verisuonia entisistä, jotta voidaan tyydyttää ravinnon ja hapen tarve kasvaimen kasvussa ja etäpesäkkeissä.110 koska kasvainkudoksissa on huomattavasti pienempi happipitoisuus kuin ympäröivissä normaaleissa kudoksissa, hypoksialla on kriittinen rooli kasvaimen mikroympäristössä mahdollistamalla syöpäsolujen kehittäminen ja ylläpito. Hypoksian indusoituva tekijä (HIF) on keskeinen transkriptiotekijä reaktiossa hypoksiaan, joka vaikuttaa useiden geenien, kuten mirnojen, ilmentymiseen. Verisuonten endoteelikasvutekijä (VEGF) on keskeinen angiogeeninen tekijä, joka ohjaa endoteelisoluja rakentamaan uusia aluksia sitoutuessaan reseptoreihin.111 siksi mirnoilla, jotka kohdistuvat HIF – tai VEGF-signalointireitteihin, on todennäköisesti merkittävä vaikutus angiogeneesiin. Nyt on hyvin dokumentoitu, että angiogeneesin prosessia säännellään huolellisesti mirnoilla, joista jotkut on kuvattu yksityiskohtaisesti alla.

MiR-210 on johdonmukaisin ja merkitsevimmin indusoitunut miRNA hypoksian aikana.112 kaksi riippumatonta tutkimusta osoitti, että mir-210-yliekspressio ihmisen normoksisissa napalaskimon endoteelisoluissa stimuloi kapillaarimaisten rakenteiden muodostumista ja VEGF-riippuvaista solujen siirtymistä. Sitä vastoin miR-210-saarto estää näitä prosesseja.113,114 lisäksi miR-210 edistää angiogeneesiä paitsi kohdistamalla reseptorityrosiinikinaasi ligandi efriini-A3, joka on anti-angiogeeninen tekijä,113, myös tehostamalla VEGF: n ja VEGF-reseptori-2: n (VEGFR2) ilmentymistä.

mir-424 indusoituu hypoksian vaikutuksesta endoteelisoluissa angiogeneesin edistämiseksi in vitro ja In vivo kohdistamalla Cullin 2: een, joka on ubikitiiniligaasin tukirakenneproteiini. Tämä prosessi stabiloi HIF1a: n ja mahdollistaa sen transcriptionaalisesti VEGF-ilmaisun aktivoimisen.Toinen angiogeneesiä aiheuttava miRNA on miR-21. Sen tavoitteena on PTEN aktivoida alajuoksun Akt / ERK-signalointireitit, mikä johtaa hif1a: n ja VEGF: n korkeaan ilmentymiseen.117 sen sijaan miR-20b ja miR-519c säätelevät negatiivisesti angiogeneesiä kohdistamalla siihen VEGF: ää ja/tai HIF1a: ta.118,119 hif1a: n säätelyn lisäksi miR-107 pystyi estämään HIF1ß: n ilmentymisen, joten mir-107: n alasäätely edistää kasvaimen angiogeneesiä hypoksisissa olosuhteissa.120

viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että syöpäsolujen eksosomaalinen miRNA voisi auttaa moduloimaan kasvaimen mikroympäristöä. Yhden todisteista toimittivat Umezu et al. He havaitsivat, että mir-135b, joka on yliekspressoitunut hypoksialle resistenttien multippelin myeloomasolujen eksosomeissa, estää tekijää estävää HIF1: tä (FIH-1) endoteelisoluissa ja edistää siten endoteeliputken muodostumista HIF-FIH–signalointireitin kautta. Siksi eksosomaalinen miR-135b voi olla multippelin myelooman angiogeneesin torjunnan kohde.121