Hanahan és Weinberg65 azt javasolták, hogy az emberi rák jellemzői a tumor fejlődése során megszerzett hat biológiai képességből állnak, beleértve a proliferatív jelátvitel fenntartását, a növekedés szuppresszorok elkerülését, a sejthalál ellenállását, a replikatív halhatatlanság lehetővé tételét, az invázió és a metasztázis aktiválását és az angiogenezis indukálását. Tekintettel arra, hogy abnormális miRNS expresszió tumorokban, úgy véljük, hogy a szabályozatlan miRNS hatással lehet egy vagy több a rák fémjelzi a tumor megindítását és progresszióját. Célgénjeiktől függően a miRNS onkogénként vagy tumorszuppresszorként működhet bizonyos körülmények között.

a növekedési szuppresszorok elkerülése és a proliferatív jelátvitel fenntartása

a sejtproliferáció a rák legfontosabb jellemzője, és rendellenessége a tumorigenesis vezető oka. Részletesen, a sejtciklus progresszióját intracelluláris programok és extracelluláris jelmolekulák szabályozzák, hogy elérjék az egyensúlyt a sejtproliferáció elősegítése és elnyomása között. A sejtek rákossá válnak, ha a sejtek növekedése vagy osztódása nem kontrollálható. A vizsgálatok évei során nyilvánvalóvá válik, hogy egyes miRNS-ek funkcionálisan integrálódnak több kritikus sejtproliferációs útvonalba, és ezeknek a miRNS-eknek a diszregulációja felelős a növekedéscsökkentők elkerüléséért és a proliferatív jelátvitel fenntartásáért a rákos sejtekben.

az E2F fehérjék, a transzkripciós faktorok családja, a sejtproliferáció kritikus szabályozói sejtciklus-függő módon. Számos tanulmány kimutatta, hogy a miRNS-ek részt vesznek az E2F expressziójának szabályozásában. Az E2F tag E2F1 a G1-S átmenet során célgén transzkripciót indukál, 66 és tumorszuppresszorként definiálják, mivel az E2F1-hiányos egerekben sokféle rák alakult ki. O ‘ Donnell és munkatársai.A 28. ábra azt mutatta, hogy a miR-17–92 gátolja az E2F1 transzlációt, miután a c-Myc aktiválta. Figyelembe véve, hogy a c-Myc közvetlenül indukálja az E2F1 expressziót is, a miR-17–92 klaszter fékként működhet ezen a lehetséges pozitív visszacsatolási hurkon annak biztosítása érdekében, hogy az E2F1 fehérje szintje ne emelkedjen rohamosan a c-myc aktiválására adott válaszként.67 a Mir-17–92 klaszterről azt is megállapították,hogy szabályozza az E2F2 és E2F3 transzlációt, 68 és az E2F transzkripciós faktorok viszont indukálhatják a miR-17-92 klaszter expresszióját.69 ezért a Mir-17–92 klaszter és az E2F közötti visszacsatolási rendszer olyan mechanizmust biztosít, amely normál körülmények között tartja a rendszeres sejtciklus progresszióját. A Mir-17–92 túlzott expressziója, amely számos daganat között gyakori, megzavarja a visszacsatolási hurkot a sejtproliferáció elősegítése érdekében.70

a sejtciklus progressziója különböző ciklinektől, ciklinfüggő kinázoktól (CDK-k) és inhibitoraiktól függ, amelyeket a miRNS-ek széles körben szabályoznak. Hatfield et al.71 feltéve, hogy az első bizonyíték arra, hogy Drosophila csíravonal őssejtek Dicer-1 knockout blokkolva vannak a G1/S átmenet, ami arra utal, hogy miRNS szükséges csíravonal őssejtek át a normál G1/S ellenőrzőpont. Sőt, a Dicer-hiányos csíravonal őssejtek fokozott expressziót mutattak Dacapo, a Cdk inhibitorok P21/p27 családjának tagja, ami arra utal, hogy ezt a fehérjét a miRNS-ek negatívan szabályozzák a sejtciklus progressziójának elősegítése érdekében. Valójában a Mir-221/222-et azonosították,hogy közvetlenül célozza meg a Cdk inhibitor p27Kip1-et glioblastoma sejtekben, 72, amelyet más rákos sejtvonalakban és primer tumormintákban is megerősítettek.73-75 a Mir-221/222 méhen kívüli expressziója felgyorsította a sejtproliferációt, míg szuppressziójuk a G1 sejtciklus leállását okozta a rákos sejtekben. Sőt, a miR-221/222 expressziót számos emberi daganatban szabályozottnak találták, bizonyítva, hogy a miR-221/222 a p27kip1 szabályozása jóhiszemű onkogén út. A p27Kip1-hez hasonlóan a p21cip1-et és a p16INK4a-t a miRNS-ek is szabályozzák, mint például a Mir-663,a Mir-302 család és a miR-24.76, 77 a Mir-663-at a nasopharyngealis carcinomában szabályozták, és onkogénként működik, hogy elősegítse a celluláris G1/S átmenetet in vitro és in vivo a p21cip1 közvetlen megcélzásával. Ezért a Mir-663 / p21CIP1 tengely tisztázza a nasopharyngealis carcinoma sejtproliferáció molekuláris mechanizmusát.78 amellett, hogy befolyásolják a Cdk inhibitorok expresszióját, a miRNS-ek a Cdk és a ciklin expressziójának szabályozói is. Például a miRNS-545 sejtciklus-leálláshoz vezet a tüdőrákos sejtekben azáltal, hogy elnyomja a ciklin D1 és CDK4 expresszióját.79

a miRNS-ek részt vesznek a sejtproliferációban, nemcsak a sejtciklus komponenseinek megcélzásával, hanem több jelátviteli út széles körű szabályozásával is. Például a Mir-486, amely jelentősen csökkent a nem kissejtes tüdőrákban, azt találták, hogy befolyásolja a sejtproliferációt és a migrációt az inzulin növekedési receptor (IGF) és a PI3K jelátviteli útvonalakon keresztül az IGF1, IGF1R és p85a célzásával.80

ellenáll a sejthalálnak

az apoptózis kijátszása a tumor progressziójának másik jelentős jellemzője, amelyet vélhetően a miRNS-ek szabályoznak.81,82 tumorsejtek különféle stratégiákat fejlesztenek ki az apoptózis korlátozására vagy megkerülésére. Ezek közül a leggyakoribb a p53 tumorszuppresszor funkció elvesztése. Az apoptózis elkerülésének alternatív módjai közé tartozik az anti-apoptotikus szabályozók upregulációja, a proapoptotikus faktorok elnyomása és a külső ligandumok által kiváltott halálút gátlása. Az anti-apoptózisban részt vevő komponenseket a miRNS-ek nagyjából gátolják vagy aktiválják.

számos p53-szabályozott miRNS-t azonosítottak, amelyek részt vesznek a p53 funkciókban, és ezek közül néhány visszacsatolási módon képes modulálni a p53 szintjét és aktivitását. Például Pichiorri et al.83 azonosította, hogy myeloma multiplexben három miRNS-t (miR-192, miR-194 és mir-215) transzkripciós aktivál a p53, hogy elnyomja az Mdm2 expresszióját az mRNS-hez való közvetlen kötődés révén, ezáltal védve a p53-at a lebomlástól. Ezek a miRNS-ek a p53 pozitív szabályozói, csökkentésük kulcsszerepet játszik a myeloma multiplex fejlődésében. Van egy másik negatív visszacsatolási szabályozás, amely a miR-122 és a p53 között történik. A Mir-122 elősegíti a p53 aktivitását a g184 ciklin és a citoplazmatikus poliadenilációs elemkötő fehérje,a 85 célzásával, amely növeli a sejtek érzékenységét a doxorubicin gyógyszerrel szemben, megalapozva a kombinált kemo-és miRNS – alapú terápia kifejlesztését hepatocelluláris karcinóma esetén.

más p53-szabályozott miRNS-ek Diszregulációja az apoptózissal szemben rezisztens rákos sejteket is biztosít. Például a Mir-17–92 klaszter a p53 által közvetített transzkripciós elnyomás új célpontja hipoxia alatt. Downregulációja érzékenyíti a sejteket a hipoxia által kiváltott apoptózisra, míg túlzott expressziója gátolja az apoptózist. Ezért a megnövekedett mir-17–92 expresszióval rendelkező tumorsejtek elkerülhetik a hipoxia által kiváltott apoptózist.86 a fenti eredmények mindegyike azt mutatta, hogy a p53 és szabályozott miRNS-eik olyan hálózatot alkotnak, amely normál körülmények között részletesen meghatározza a sejtek sorsát. A szabályozatlan p53-mal vagy a cél miRNS-ekkel rendelkező rákos sejtek azonban képesek lehetnek ellenállni a sejthalálnak.

Az anti-apoptotikus szabályozók (Bcl-2 és Bcl-xL) és a proapoptotikus faktorok (Bax, Bim és Puma) egyes miRNS-ek potenciális célpontjai, amelyek fontos szerepet játszanak a sejthalálban. Mint fentebb említettük, a Mir-15a és a Mir-16-1 jelentősen csökkent a krónikus limfocita leukémiában, és expressziójuk fordítottan korrelál a Bcl-2 expresszióval. Egy további tanulmány kimutatta, hogy ez a két miRNS elnyomja a Bcl-2 expresszióját és apoptózist indukál. A Bcl-2-t más miRNS-ek is szabályozták, mint például a miR-204,87 miR-148a88 és a miR-365.89 Denoyelle et al.Az 90 megállapította, hogy a Mir-491-5p hatékonyan indukálja az apoptózist a petefészekrák sejtjeiben azáltal, hogy közvetlenül gátolja a Bcl-xL expresszióját és a BIM felhalmozódását. A Mir-221/222 gátolja a sejtek apoptózisát azáltal, hogy a PROAPOPTOTIKUS gént célozza meg PUMA humán glioma sejtekben. És a Mir-221/222 leütése PUMA expressziót és sejt apoptózist indukál, ami arra utal, hogy a Mir-221/222 potenciális terápiás célpont lehet a glioblastoma beavatkozáshoz.91

a miRNS-ek szintén részt vesznek a sejthalál ellenállásában a külső apoptotikus út komponenseinek, például a Fas ligandum/Fas receptor szabályozásával. A Mir-21, amelyet gyakran különféle rákokban szabályoznak, anti-apoptotikus funkciót fejt ki a k-Ras-függő tüdődaganatokban azáltal, hogy gátolja az apaf-1 expresszióját, amely a belső mitokondriális apoptotikus út fontos alkotóeleme, valamint csökkenti a FAS ligandum fehérjeszintjét, amely az extrinsic apoptotikus út kulcsfontosságú kezdeményezője.92 a Mir-21 működését tovább erősítette az a megfigyelés, hogy a Mir-21 méhen kívüli expressziója védte a rákos sejteket a gemcitabin által kiváltott apoptózistól.93 Shaffiey et al.94 megállapította, hogy a Mir-590 elnyomja a FAS ligandum expresszióját az AML-ben, hogy elősegítse a sejtek túlélését. A ligandum expressziójának modulálása mellett a szabályozatlan miRNS-ek is ellenállnak a sejthalálnak a halálreceptorok expressziójának szabályozásával. Például Razumilava et al.95 megállapította, hogy a rosszindulatú cholangiocarcinoma sejtekben túlexpresszált mir-25 képes megvédeni a sejteket a TNF-hez kapcsolódó apoptózist indukáló ligandum-indukált apoptózis ellen a halálreceptor-4 (DR4) megcélzásával.

aktiváló invázió és metasztázis

a metasztázis összetett, többlépcsős és dinamikus biológiai esemény. Az epithelialis-mesenchymalis átmenetet (EMT) a metasztatikus kaszkád korai és kulcsfontosságú lépésének tekintik, amelyet az e-cadherin elnyomása és a motilitással és invázióval kapcsolatos gének aktiválása jellemez. Úgy gondolják, hogy az EMT-t számos jelátviteli út szabályozza, mint például a transzformáló növekedési faktor (TGF) – a), amelyek mindegyike konvergál a legfontosabb transzkripciós tényezőkhöz, mint például a ZEB, a csiga és a TWIST.96

a növekvő bizonyítékok azt mutatják, hogy a miRNS-ek fontos szerepet játszanak az EMT-ben és a rák metasztázisában. Megállapították, hogy a TGF-inhibitorok által szabályozott miRNS-ek részt vesznek a TGF-antioxidánsok jelátvitelében az EMT kiváltására és a metasztázis megkönnyítésére előrehaladott malignitás esetén. A Mir-155 az egyik miRNS, amely részt vesz ebben a szabályozási folyamatban. Több rosszindulatú daganatban túlexpresszálódik, és transzkripciósan aktiválódik a TGF- ++ /SMAD4 jelátvitel által. A mechanisztikus vizsgálatok azt mutatták, hogy a Mir-155 elősegíti az EMT-t azáltal, hogy az RhoA GTPase-t célozza meg, amely a celluláris polaritás, valamint a szoros csomópontképződés és stabilitás fontos szabályozója. A Mir-155 leütése elnyomja a TGF-által indukált EMT-t és a szűk csomópont feloldódását, valamint a sejtek migrációját és invázióját.97 a Mir-155-tel ellentétben a Mir-200-at és a MIR-203-at gátolja a TGF-6ctin. A miR-200 családról kimutatták, hogy befolyásolja az EMT-t azáltal,hogy gátolja a Zeb1 és ZEB2 transzkripciós represszorok expresszióját.98 viszont a Mir-200 elsődleges transzkripciót a ZEB1 és a ZEB2 is elnyomja, 99 kettős negatív visszacsatolási hurkot képez a ZEB1/ZEB2 és a miR-200 család között. Ezt a hurkot javasolták egy központi dilemma magyarázatára a metasztatikus kaszkád megértésében: a Mir-200 expressziója jelentősen csökkent a megnövekedett metasztatikus potenciállal rendelkező invazív emlőrákos sejtekben, amelyek mezenchimális fenotípust közvetítenek. Ezért a Mir-200C kényszerített túlexpressziója a mezenchimális sejtekben növeli az e-kadherin expresszióját és elősegíti az epitheliális fenotípust a MET indukálásával.100 101 ezenkívül a p53-szabályozott miRNS-ek a Mir-200 és a miR-192 a p53-szabályozott EMT kritikus közvetítői, amit alátámaszt az a megfigyelés, hogy ezeket a miRNS-eket a p53 transzaktiválja és modulálja az EMT programot a ZEB1/2 expresszió elnyomásával.102,103

A TWIST és a csiga a másik két kulcsfontosságú transzkripciós tényező, amely elősegíti az epitheliális motilitást, az invazivitást és a metasztázist bizonyos miRNS-ek expressziójának szabályozásával. Például a Mir-10b erősen expresszálódik a metasztatikus emlőrákos sejtekben, és pozitívan szabályozza a sejtek migrációját és invázióját, amelyet a TWIST közvetlen kötődése indukál a Mir-10b gén feltételezett promoteréhez. Ezenkívül a MIR-10B ektopiás expressziója nem metasztatikus SUM149 és SUM159 humán emlőrákos sejtvonalakban agresszív inváziót és mikrometasztázis képződést vált ki súlyos kombinált immunhiányos egérmodellekben, kísérleti validációval biztosítva, hogy az egyes miRNS-ek túlzott expressziója hozzájárulhat a metasztázis kialakulásához in vivo.104 Ezen túlmenően ezen EMT faktorok expresszióját szabályozó miRNS-ek szintén kritikusak a metasztázis szabályozásában. Például a Mir-203 jelentősen le van szabályozva a promoter hipermetilezése miatt erősen metasztatikus emlőrákos sejtekben. A Mir-203 helyreállítása az emlőrákos sejtekben in vitro gátolja a tumorsejtek invázióját és a tüdő metasztatikus kolonizációját in vivo az SNAI2 elnyomásával, ami arra utal, hogy az SNAI2 és a Mir-203 szabályozó hurok fontos szerepet játszik az EMT-ben és a tumor metasztázisban.105 106

a metasztázis szabályozásában részt vevő egyéb fontos miRNS-ek közé tartozik a Mir-9 és a miR-212. A MiR-9 expressziót a c-Myc és az n-Myc aktiválja, mindkettő közvetlenül kötődik a miR-9-3 lokuszhoz. A Mir-9 expressziós szintje szorosan korrelál a mycn amplifikációval, a tumor fokozatával és a metasztatikus státusszal a neuroblastoma tumorokban. A metasztatikus betegségben szenvedő betegek primer emlődaganataiban a miR-9 expressziója sokkal magasabb, mint a metasztázismentes betegeknél, ami azt jelenti, hogy a Mir-9 a metasztatikus folyamat potenciális szabályozója. Ma et al. azonosította, hogy a miR-9 csökkenti az e-kadherin expresszióját az emlőrákos sejtekben azáltal, hogy közvetlenül kötődik a 3′-át nem fordított régiójához. Az e-cadherin mir-9 általi leszabályozásának következménye az, hogy aktiválódik az a-katenin jelátvitel, amely kiváltja a downstream onkogén gének expresszióját, ami fokozott sejtmozgást és invazivitást eredményez. A Mir-9 funkcióját tovább erősíti az a tény, hogy a mir-9 miRNS ‘szivacs’ alkalmazásával történő gátlása elnyomja a metasztázis kialakulását állatmodellben, ami arra utal, hogy a Mir-9 elhallgattatása új terápiás megközelítést jelenthet előrehaladott emlőrákban a metasztázis kialakulásának megelőzése érdekében.A 107 108 MiR-212 jelentősen csökkent az emberi CRC szövetekben mind a promoter hipermetiláció, mind a heterozigozitás elvesztése miatt. A miR-212 túlzott expressziója in vitro gátolja a CRC-sejtek migrációját és invázióját, valamint in vivo a pulmonalis metasztázist az MnSOD expressziójának célzásával, ami az epithelialis markerek csökkentéséhez és a mesenchymalis markerek upregulációjához szükséges a CRC-sejtekben. Ezért a MIR-212 prognosztikai marker lehet a CRC betegek számára a túlélésük előrejelzésére, és mind a miR-212, mind az MnSOD terápiás célpont lehet a rák számára.109

az angiogenezis indukálása

az angiogenezis egy nagyon összehangolt folyamat, amely új véredényeket fejleszt ki a már meglévőkből, hogy kielégítse az élelmiszer-és oxigénigényt a tumor növekedésében és a metasztázisban.110 mivel a tumorszövetekben lényegesen alacsonyabb az oxigénkoncentráció, mint a környező normál szövetekben, a hipoxia kritikus szerepet játszik a tumor mikrokörnyezetében azáltal, hogy lehetővé teszi a rákos sejtek fejlődését és fenntartását. A hipoxia-indukálható faktor (HIF) kulcsfontosságú transzkripciós faktor a hipoxiára adott válaszként, amely számos gén expresszióját befolyásolja, beleértve a miRNS-eket is. A vaszkuláris endothel növekedési faktor (VEGF) kulcsfontosságú angiogén faktor, amely az endothel sejteket arra irányítja, hogy új ereket építsenek a receptorokhoz való kötődéskor.111 ezért a HIF vagy VEGF jelátviteli útvonalakat megcélzó miRNS-ek valószínűleg jelentős hatással vannak az angiogenezisre. Most már jól dokumentált, hogy az angiogenezis folyamatát a miRNS-ek részletesen szabályozzák, amelyek közül néhányat az alábbiakban részletesen ismertetünk.

a hipoxia során a Mir-210 a legkövetkezetesebben és szignifikánsan indukált miRNS.112 két független vizsgálat kimutatta, hogy a normoxikus humán köldökvénás endothel sejtekben a Mir-210 túlzott expressziója serkenti a kapillárisszerű struktúrák kialakulását és a VEGF-függő sejtmigrációt. Ezzel szemben a Mir-210 blokád antagonizálja ezeket a folyamatokat.113,114 ezenkívül a miR-210 elősegíti az angiogenezist nemcsak a receptor tirozin-kináz ligandumának megcélzásával ephrin-A3, amely anti-angiogén faktor,113, hanem a VEGF és a VEGF receptor-2 (VEGFR2) expressziójának fokozásával is.115

a MiR-424-et az endothel sejtek hipoxiája indukálja az angiogenezis elősegítésére in vitro és in vivo a Cullin 2, az ubiquitin ligáz állványfehérje megcélzásával. Ez a folyamat stabilizálja a HIF1a-t, és lehetővé teszi a VEGF expresszió transzkripciós aktiválását.116 egy másik miRNS, amely angiogenezist indukál, a miR-21. A PTEN-t célozza meg, hogy aktiválja a downstream Akt/ERK jelátviteli útvonalakat, ami a HIF1a és a VEGF magas expressziójához vezet.117 ezzel szemben a MIR-20b és a miR-519c negatívan szabályozza az angiogenezist a VEGF és/vagy HIF1a célzásával.118,119 a HIF1a szabályozása mellett a miR-107 képes volt gátolni a Hif1 expresszióját, így a Mir-107 csökkentése elősegíti a tumor angiogenezisét hipoxiás körülmények között.120

a legújabb kutatások kimutatták, hogy a rákos sejtekből származó exoszomális miRNS segíthet a tumor mikrokörnyezetének modulálásában. Az egyik bizonyítékot Umezu et al. Megfigyelték, hogy a hipoxia-rezisztens myeloma multiplex sejtekből származó exoszómákban túlzottan expresszált miR-135b elnyomja a faktort gátló HIF1-et (FIH-1) az endothel sejtekben, ezáltal elősegítve az endothel csőképződést a HIF–FIH jelátviteli úton keresztül. Ezért az exoszomális mir-135b célpont lehet A myeloma multiplex angiogenezisének szabályozásában.121