Hanahan i Weinberg65 zaproponowali, że cechy charakterystyczne raka u ludzi obejmują sześć zdolności biologicznych nabytych podczas rozwoju nowotworu, w tym podtrzymywanie proliferacyjnej sygnalizacji, unikanie supresorów wzrostu, opór przed śmiercią komórek, umożliwienie replikacyjnej nieśmiertelności, aktywację inwazji i przerzutów oraz indukcję angiogenezy. Biorąc pod uwagę, że nieprawidłowa ekspresja miRNA w guzach, uważa się, że rozregulowane Mirna mogą wpływać na jedną lub kilka cech rozpoznawczych raka dla inicjacji i progresji nowotworu. W zależności od genów docelowych, miRNA może działać jako onkogen lub supresor nowotworu w pewnych okolicznościach.

unikanie supresorów wzrostu i podtrzymywanie proliferacyjnej sygnalizacji

proliferacja komórek jest najważniejszą cechą charakterystyczną raka, a jego nieprawidłowość jest główną przyczyną nowotworu. W szczegółach, progresja cyklu komórkowego jest kontrolowana przez programy wewnątrzkomórkowe i zewnątrzkomórkowe cząsteczki sygnałowe, aby osiągnąć równowagę między promowaniem proliferacji komórek a ich tłumieniem. Komórki stają się nowotworowe, gdy wzrost lub podział komórek jest poza kontrolą. Z biegiem lat badań okazało się, że niektóre Mirna funkcjonalnie integrują się z wieloma krytycznymi szlakami proliferacji komórek, a rozregulowanie tych Mirna jest odpowiedzialne za unikanie supresorów wzrostu i podtrzymywanie proliferacyjnej sygnalizacji w komórkach nowotworowych.

białka E2F, rodzina czynników transkrypcyjnych, są krytycznymi regulatorami proliferacji komórek w sposób zależny od cyklu komórkowego. Seria badań wykazała, że Mirna uczestniczą w regulacji ekspresji E2F. Członek E2F e2f1 indukuje transkrypcję docelowego genu podczas przejścia G1 do S,66 i jest zdefiniowany jako supresor nowotworu, ponieważ myszy z niedoborem e2f1 rozwinęły szeroką gamę nowotworów. O ’ Donnell et al.Wykazano, że miR-17–92 hamuje translację E2F1 po aktywacji przez C-Myc. Biorąc pod uwagę, że c-Myc również bezpośrednio indukuje ekspresję E2F1, klaster miR-17–92 może działać jako hamulec tego możliwego dodatniego sprzężenia zwrotnego, aby zapewnić, że poziom białka E2F1 Nie wzrośnie gwałtownie w odpowiedzi na aktywację C-myc.Stwierdzono również,że klaster miR-17–92 reguluje translację e2f2 i e2f3, 68 i czynniki transkrypcyjne E2F mogą z kolei indukować ekspresję klastra miR-17–92.W związku z tym układ sprzężenia zwrotnego między klastrem miR-17–92 a E2F zapewnia mechanizm utrzymywania regularnej progresji cyklu komórkowego w normalnych warunkach. Jednak nadekspresja miR-17-92, która jest powszechna wśród kilku guzów, zakłóca pętlę sprzężenia zwrotnego w celu promowania proliferacji komórek.

przebieg cyklu komórkowego zależy od różnych cyklin, kinaz zależnych od cyklin (CDK) i ich inhibitorów, które są szeroko regulowane przez Mirna. Hatfield et al.71 dostarczyło pierwszych dowodów na to, że komórki macierzyste linii germinalnej Drosophila z nokautem Dicer-1 są blokowane w przejściu G1/s, co sugeruje, że Mirna są wymagane, aby komórki macierzyste linii germinalnej przeszły normalny punkt kontrolny G1/s. Ponadto, komórki macierzyste linii zarodkowej z niedoborem Dicer wykazywały zwiększoną ekspresję Dacapo, członka rodziny inhibitorów Cdk p21/p27, co sugeruje, że białko to jest negatywnie regulowane przez Mirna w celu promowania progresji cyklu komórkowego. Rzeczywiście,miR-221/222 został zidentyfikowany jako bezpośrednio ukierunkowany na inhibitor Cdk p27Kip1 w komórkach glejaka, 72, co zostało dodatkowo potwierdzone w innych liniach komórek nowotworowych i próbkach guza pierwotnego.73-75 ektopowa ekspresja Mir – 221/222 przyspieszyła proliferację komórek, podczas gdy ich supresja indukowała zatrzymanie cyklu komórkowego G1 w komórkach nowotworowych. Ponadto stwierdzono, że ekspresja miR-221/222 jest regulowana w różnych guzach ludzkich, co dowodzi, że regulacja mir-221/222 p27kip1 jest drogą onkogenną w dobrej wierze. Podobnie jak p27Kip1, p21CIP1 i p16ink4a są również regulowane przez Mirna,takie jak mir-663, rodzina mir-302 i Mir-24.76, 77 stwierdzono, że miR-663 jest regulowany w raku nosogardzieli i działa jako onkogen w celu promowania przejścia komórkowego G1/s in vitro i In vivo poprzez bezpośrednie ukierunkowanie na p21CIP1. Dlatego oś mir-663 / p21CIP1 wyjaśnia molekularny mechanizm proliferacji komórek raka nosogardzieli.Oprócz wpływu na ekspresję inhibitorów Cdk, Mirna są również regulatorami ekspresji Cdk i cykliny. Na przykład, miRNA-545 prowadzi do zatrzymania cyklu komórkowego w komórkach raka płuca poprzez tłumienie ekspresji cykliny D1 i CDK4.79

Mirna biorą udział w proliferacji komórek, nie tylko poprzez celowanie w składniki cyklu komórkowego, ale także poprzez szeroko regulację wielu szlaków sygnałowych. Na przykład miR-486, znacznie obniżony w niedrobnokomórkowym raku płuc, wpływał na proliferację i migrację komórek poprzez receptory wzrostu insuliny (IGF) i szlaki sygnałowe PI3K poprzez ukierunkowanie IGF1, IGF1R i P85A.

odporność na śmierć komórek

unikanie apoptozy jest kolejnym znaczącym znakiem rozpoznawczym progresji nowotworu, który uważa się za regulowany przez Mirna.81,82 komórki nowotworowe rozwijają różne strategie w celu ograniczenia lub obejścia apoptozy. Wśród nich najczęściej występuje utrata funkcji supresorowej guza p53. Alternatywne sposoby unikania apoptozy obejmują regulację regulatorów anty-apoptotycznych, supresję czynników proapoptotycznych i hamowanie szlaku śmierci indukowanego przez ligandy zewnątrzpochodne. Składniki biorące udział w anty-apoptozie są ogólnie hamowane lub aktywowane przez Mirna.

wiele Mirna regulowanych przez p53 zostało zidentyfikowanych jako zaangażowane w funkcje p53, a niektóre z tych Mirna mogą modulować poziom i aktywność p53 w sposób sprzężenia zwrotnego. Na przykład, Pichiorri et al.Stwierdzono, że w szpiczaku mnogim trzy Mirna (mir-192, miR-194 i Mir-215) są przez transkrypcję aktywowane przez p53 w celu zahamowania ekspresji Mdm2 poprzez bezpośrednie wiązanie się z mRNA, chroniąc w ten sposób p53 przed degradacją. Mirna są dodatnimi regulatorami p53 i ich obniżanie odgrywa kluczową rolę w rozwoju szpiczaka mnogiego. Istnieje inna Regulacja ujemnego sprzężenia zwrotnego, która występuje między miR-122 a p53. MiR-122 promuje aktywność p53 poprzez ukierunkowanie cykliny G184 i białka wiążącego pierwiastek poliadenylacji cytoplazmatycznej,85, co zwiększa wrażliwość komórek na doksorubicynę, tworząc podstawę do rozwoju połączonej terapii opartej na chemio – i miRNA dla raka wątrobowokomórkowego.

Dysregulacja innych miRNAs regulowanych przez p53 powoduje również powstanie komórek nowotworowych opornych na apoptozę. Na przykład klaster miR-17–92 jest nowym celem represji transkrypcyjnej za pośrednictwem p53 w warunkach niedotlenienia. Jego downregulacja uwrażliwia komórki na apoptozę wywołaną hipoksją, podczas gdy nadekspresja hamuje apoptozę. Dlatego komórki nowotworowe o zwiększonej ekspresji miR-17-92 mogą uniknąć apoptozy wywołanej hipoksją.Wszystkie powyższe wyniki wykazały, że p53 i jego regulowane Mirna tworzą sieć w celu szczegółowego określenia losów komórek w normalnych warunkach. Jednak komórki nowotworowe z rozregulowanym p53 lub docelowymi Mirna mogą mieć zdolność do przeciwstawienia się śmierci komórki.

regulatory anty-apoptotyczne (Bcl-2 i BCL-xL) i czynniki proapoptotyczne (Bax, Bim i Puma) są potencjalnymi celami niektórych Mirna, które odgrywają ważną rolę w śmierci komórki. Jak omówiono powyżej, miR-15a i miR-16-1 są znacząco obniżone w przewlekłej białaczce limfocytowej, a ich ekspresja odwrotnie koreluje z ekspresją Bcl-2. Dalsze badania wykazały, że te dwa Mirna hamują ekspresję Bcl-2 i indukują apoptozę. Bcl-2 był również regulowany przez inne Mirna, takie jak miR-204,87 Mir-148a88 i Mir-365,89 Denoyelle i in.90 odkryło, że miR-491-5p skutecznie indukuje apoptozę w komórkach raka jajnika poprzez bezpośrednie hamowanie ekspresji Bcl-xL i indukowanie akumulacji Bim. MiR-221/222 hamuje apoptozę komórkową poprzez celowanie w proapoptotyczny Gen PUMA w ludzkich komórkach glejaka. Mir-221/222 indukuje ekspresję pumy i apoptozę komórek, co sugeruje, że miR-221/222 może być potencjalnym celem terapeutycznym interwencji glejaka.

Mirna biorą również udział w zwalczaniu śmierci komórek poprzez regulację składników zewnętrznego szlaku apoptotycznego, takich jak receptor ligandu FAS/FAS. MiR-21, często regulowany w różnych nowotworach, wywiera funkcję anty-apoptotyczną w guzach płuc zależnych od K-Ras, hamując ekspresję Apaf-1, ważnego składnika wewnętrznego mitochondrialnego szlaku apoptotycznego, i zmniejszając poziom białka ligandu FAS, kluczowego inicjatora zewnętrznego szlaku apoptotycznego.Funkcja miR-21 została dodatkowo potwierdzona obserwacją, że ektopowa ekspresja miR-21 chroniła komórki nowotworowe przed apoptozą indukowaną gemcytabiną.93 Shaffiey et al.94 zidentyfikowało, że miR – 590 hamuje ekspresję ligandu FAS w AML w celu promowania przeżycia komórek. Oprócz modulowania ekspresji ligandów, rozregulowane Mirna są również odporne na śmierć komórek poprzez regulację ekspresji receptorów śmierci. Na przykład Razumilava et al.W badaniu 95 stwierdzono, że mir-25, nadekspresowany w złośliwych komórkach dróg żółciowych, jest w stanie chronić komórki przed apoptozą indukowaną przez ligand apoptozę związaną z TNF poprzez ukierunkowanie na receptor śmierci-4 (DR4).

Aktywacja inwazji i przerzutów

przerzut jest złożonym, wieloetapowym i dynamicznym wydarzeniem biologicznym. Przejście nabłonkowo-mezenchymalne (EMT) jest uważane za wczesny i kluczowy etap kaskady przerzutowej, charakteryzujący się utratą adhezji komórkowej poprzez represję e-kadheriny i aktywację genów związanych z ruchliwością i inwazją. Uważa się, że EMT jest regulowany przez różne szlaki sygnałowe, takie jak transforming growth factor (TGF)-β, z których wszystkie zbiegają się na kluczowych czynnikach transkrypcyjnych, takich jak ZEB, ślimak i TWIST.

coraz więcej dowodów wskazuje, że Mirna odgrywają ważną rolę w EMT i przerzutach nowotworowych. Stwierdzono, że Mirna regulowane przez TGF-β angażują się w sygnalizację TGF-β w celu indukcji EMT i ułatwienia przerzutów w zaawansowanym nowotworze. MiR-155 jest jednym z Mirna zaangażowanych w ten proces regulacji. Jest on nadmiernie ekspresyjny w kilku nowotworach i przez transkrypcję aktywowany sygnałem TGF-β / SMAD4. Badania mechanistyczne wykazały, że miR-155 Promuje EMT poprzez ukierunkowanie na Gtpazę RhoA, ważny regulator polaryzacji komórkowej oraz tworzenia i stabilności szczelnych połączeń. Knockdown miR-155 hamuje indukowany przez TGF-β EMT i szczelne rozpuszczanie połączeń, a także migrację i inwazję komórek.97 w przeciwieństwie do miR-155, mir-200 i miR-203 są hamowane przez TGF-β. Wykazano, że rodzina mir-200 wpływa na EMT poprzez hamowanie ekspresji represji transkrypcyjnych e-cadherin ZEB1 i ZEB2.98 z kolei transkrypcja pierwotna mir-200 jest również tłumiona przez ZEB1 i ZEB2,99 tworząc podwójnie ujemną pętlę sprzężenia zwrotnego między rodziną ZEB1/ZEB2 i Mir-200. Pętla ta została zaproponowana, aby wyjaśnić główny dylemat w naszym zrozumieniu kaskady przerzutowej: ekspresja miR – 200 jest znacząco obniżona w inwazyjnych komórkach raka piersi o zwiększonym potencjale przerzutowym, które przenoszą fenotyp mezenchymalny. Dlatego wymuszona nadekspresja miR-200C w komórkach mezenchymalnych zwiększa ekspresję e-kadheriny i promuje fenotyp nabłonkowy poprzez indukcję MET.100,101 ponadto, Mirna regulowane przez p53 miR-200 i miR-192 są krytycznymi mediatorami EMT regulowanych przez p53, co potwierdza obserwacja, że te Mirna są transaktywowane przez p53 i modulują program EMT poprzez tłumienie ekspresji ZEB1/2.102,103

TWIST i ślimak są pozostałymi dwoma kluczowymi czynnikami transkrypcyjnymi sprzyjającymi ruchliwości nabłonka, inwazyjności i przerzutom poprzez regulację ekspresji niektórych Mirna. Na przykład miR-10B wykazuje dużą ekspresję w komórkach przerzutowego raka piersi i pozytywnie reguluje migrację i inwazję komórek, która jest indukowana przez bezpośrednie wiązanie TWIST z przypuszczalnym promotorem genu miR-10B. Ponadto, ektopowa ekspresja miR – 10B w liniach komórkowych ludzkiego raka piersi bez przerzutów SUM149 i SUM159 indukuje agresywną inwazję i tworzenie mikrometastazy w mysich modelach ciężkiego złożonego niedoboru odporności, zapewniając eksperymentalne potwierdzenie, że nadekspresja poszczególnych Mirna może przyczyniać się do tworzenia przerzutów in vivo.Ponadto Mirna regulujące ekspresję tych czynników EMT mają również kluczowe znaczenie dla kontrolowania przerzutów. Na przykład miR – 203 jest znacznie obniżony z powodu hipermetylacji jego promotora w komórkach raka piersi z przerzutami. Przywrócenie mir-203 w komórkach raka piersi hamuje inwazję komórek nowotworowych in vitro i kolonizację przerzutów w płucach in vivo poprzez hamowanie SNAI2, co sugeruje, że SNAI2 i pętla regulacyjna mir-203 odgrywają ważną rolę w EMT i przerzutach nowotworowych.Inne ważne Mirna zaangażowane w regulację przerzutów to miR-9 i miR-212. Ekspresja MiR-9 jest aktywowana przez c-Myc i n-Myc, które bezpośrednio wiążą się z locus miR-9-3. Poziom ekspresji miR-9 ściśle koreluje z amplifikacją MYCN, stopniem guza i statusem przerzutów w guzach neuroblastoma. W pierwotnych guzach piersi u pacjentów z przerzutami ekspresja mir-9 jest znacznie wyższa niż u pacjentów bez przerzutów, co oznacza, że miR-9 jest potencjalnym regulatorem procesu przerzutowego. Ma i in. stwierdzono, że miR-9 zmniejsza ekspresję e-kadheryny w komórkach raka piersi poprzez bezpośrednie wiązanie się z jej 3′-nieprzetłumaczalnym regionem. Konsekwencją downregulacji e-kadheriny przez miR-9 jest aktywacja sygnalizacji β-kateniny w celu wyzwalania ekspresji dalszych genów onkogennych, co prowadzi do zwiększonej ruchliwości komórek i inwazyjności. Funkcja miR – 9 jest dodatkowo potwierdzona faktem, że hamowanie mir-9 przy użyciu „gąbki” miRNA hamuje tworzenie przerzutów w modelu zwierzęcym, co sugeruje, że wyciszanie miR-9 może stanowić nowe podejście terapeutyczne w zaawansowanych nowotworach piersi w celu zapobiegania powstawaniu przerzutów.107,108 MiR – 212 jest znacząco obniżony w ludzkich tkankach CRC z powodu hipermetylacji promotora i utraty heterozygotyzmu. Nadekspresja miR-212 hamuje migrację i inwazję komórek CRC in vitro oraz przerzuty do płuc in vivo poprzez ukierunkowanie ekspresji MnSOD, która jest wymagana do zmniejszenia regulacji markerów nabłonkowych i zwiększenia regulacji markerów mezenchymalnych w komórkach CRC. Dlatego mir-212 może być markerem prognostycznym dla pacjentów z CRC do przewidywania ich przeżycia, a zarówno Mir-212, jak i MnSOD mogą być również celami terapeutycznymi raka.109

indukowanie angiogenezy

angiogeneza jest wysoce skoordynowanym procesem rozwoju nowych naczyń krwionośnych z istniejących wcześniej, aby zaspokoić zapotrzebowanie na żywność i tlen we wzroście guza i przerzutach.110 ponieważ tkanki nowotworowe mają znacznie niższe stężenie tlenu niż otaczające normalne tkanki, hipoksja odgrywa kluczową rolę w mikrośrodowisku nowotworu, umożliwiając rozwój i utrzymanie komórek nowotworowych. Czynnik indukujący hipoksję (HIF) jest kluczowym czynnikiem transkrypcyjnym w odpowiedzi na niedotlenienie, który wpływa na ekspresję wielu genów, w tym Mirna. Naczyniowy czynnik wzrostu śródbłonka (VEGF) jest kluczowym czynnikiem angiogennym, kierującym komórki śródbłonka do budowy nowych naczyń po związaniu się z receptorami.Z tego względu Mirna, które są ukierunkowane na szlaki sygnałowe HIF lub VEGF, prawdopodobnie będą miały znaczący wpływ na angiogenezę. Obecnie jest dobrze udokumentowane, że proces angiogenezy jest szczegółowo regulowany przez Mirna, z których niektóre są szczegółowo opisane poniżej.

MiR-210 jest najbardziej konsekwentnie i znacząco indukowanym miRNA podczas niedotlenienia.Dwa niezależne badania wykazały, że nadekspresja miR-210 W normoksycznych ludzkich komórkach śródbłonka żyły pępowinowej stymuluje tworzenie struktur kapilarnych i migrację komórek zależnych od VEGF. Natomiast blokada miR-210 antagonizuje te procesy.113,114 ponadto miR-210 Promuje angiogenezę nie tylko poprzez ukierunkowanie na receptor kinazy tyrozynowej ligandu ephrin-A3, który jest czynnikiem anty-angiogennym,113, ale także poprzez zwiększenie ekspresji receptora VEGF i VEGF-2 (VEGFR2).

MiR-424 jest indukowany przez hipoksję w komórkach śródbłonka w celu promowania angiogenezy in vitro i In vivo poprzez ukierunkowanie na cullin 2, białko rusztowania ligazy ubikwityny. Proces ten stabilizuje HIF1a i pozwala na transkrypcyjną aktywację ekspresji VEGF.116 innym miRNA indukującym angiogenezę jest miR-21. Celem PTEN jest aktywacja dalszych szlaków sygnałowych Akt/ERK, co prowadzi do wysokiej ekspresji HIF1a i VEGF.Natomiast miR-20B i Mir-519c negatywnie regulują angiogenezę poprzez ukierunkowanie na VEGF i/lub HIF1a.118,119 oprócz regulacji HIF1a, miR-107 był w stanie hamować ekspresję HIF1ß, więc obniżenie regulacji miR-107 Promuje angiogenezę guza w warunkach niedotlenienia.120

ostatnie badania wykazały, że egzosomalna miRNA z komórek nowotworowych może pomóc modulować mikrośrodowisko guza. Jeden z dowodów został dostarczony przez Umezu et al. Zaobserwowali oni, że miR-135B, który ulega nadmiernej ekspresji w egzosomach z odpornych na niedotlenienie komórek szpiczaka mnogiego, hamuje HIF1 (FIH-1) hamujący czynnik w komórkach śródbłonka, promując w ten sposób tworzenie rurki śródbłonka poprzez szlak sygnałowy HIF-FIH. Z tego względu egzosomalny miR-135B może być celem kontrolowania angiogenezy szpiczaka mnogiego.121