Hanahan și Weinberg65 au propus ca semnele distinctive ale cancerului uman să cuprindă șase capacități biologice dobândite în timpul dezvoltării tumorii, inclusiv susținerea semnalizării proliferative, evitarea supresoarelor de creștere, rezistența la moartea celulelor, activarea nemuririi replicative, activarea invaziei și metastazelor și inducerea angiogenezei. Având în vedere că expresia miARN anormală în tumori, se crede că miARN-urile dereglate ar putea afecta unul sau mai multe dintre semnele distinctive ale cancerului pentru inițierea și progresia tumorii. În funcție de genele lor țintă, miARN ar putea funcționa fie ca oncogen, fie ca supresor tumoral în anumite circumstanțe.

evitarea supresoarelor de creștere și susținerea semnalizării proliferative

proliferarea celulară este cel mai important semn distinctiv al cancerului, iar anormalitatea acestuia este cauza principală a tumorigenezei. În detaliu, progresia ciclului celular este controlată de programe intracelulare și molecule de semnal extracelular, pentru a ajunge la echilibrul dintre promovarea proliferării celulare și suprimarea acesteia. Celulele devin canceroase atunci când creșterea sau diviziunea celulară este scăpată de sub control. De-a lungul anilor de studii, devine evident că unele miARN se integrează funcțional în mai multe căi critice de proliferare a celulelor, iar dereglarea acestor miARN este responsabilă pentru evitarea supresoarelor de creștere și susținerea semnalizării proliferative în celulele canceroase.proteinele E2F, o familie de factori de transcripție, sunt regulatori critici ai proliferării celulare într-o manieră dependentă de ciclul celular. O serie de studii au demonstrat că miARN participă la reglarea expresiei E2F. Membrul E2F e2f1 induce transcrierea genei țintă în timpul tranziției G1 la s,66 și este definit ca un supresor tumoral, deoarece șoarecii cu deficit de e2f1 au dezvoltat o mare varietate de tipuri de cancer. O ‘ Donnell și colab.28 a arătat că mir-17-92 inhibă traducerea E2F1 după ce a fost activată de C-Myc. Având în vedere că c-Myc induce, de asemenea, direct expresia e2f1, clusterul miR-17–92 poate acționa ca o frână asupra acestei posibile bucle de feedback pozitiv pentru a se asigura că nivelurile de proteine e2f1 nu cresc precipitat ca răspuns la activarea c-myc.67 s-a constatat,de asemenea, că clusterul miR–17-92 reglează traducerea E2F2 și e2f3, 68 și factorii de transcripție E2F pot induce la rândul lor expresia clusterului miR–17-92.69 prin urmare, sistemul de feedback între clusterul miR-17–92 și E2F oferă un mecanism pentru a menține progresia regulată a ciclului celular în condiții normale. Cu toate acestea, supraexprimarea miR-17–92, care este frecventă în rândul mai multor tumori, perturbă bucla de feedback pentru a promova proliferarea celulelor.70

progresia ciclului celular depinde de diferite cicline, kinaze dependente de ciclină (CDK) și inhibitorii acestora, care sunt reglementate pe scară largă de miARN. Hatfield și colab.71 a furnizat primele dovezi că celulele stem germinale Drosophila cu knockout Dicer-1 sunt blocate în tranziția G1/S, sugerând că miARN-urile sunt necesare pentru ca celulele stem germinale să treacă punctul de control G1/s normal. Mai mult, Celulele stem germinale cu deficit de Dicer au prezentat o expresie crescută a Dacapo, un membru al familiei P21/p27 de inhibitori Cdk, ceea ce înseamnă că această proteină este reglată negativ de miARN pentru a promova progresia ciclului celular. Într-adevăr,miR-221/222 a fost identificat pentru a viza direct inhibitorul Cdk p27Kip1 în celulele glioblastomului, 72 care a fost confirmat în continuare în alte linii celulare canceroase și probe tumorale primare.73-75 expresia ectopică a mir-221/222 a accelerat proliferarea celulelor, în timp ce suprimarea lor a indus oprirea ciclului celular G1 în celulele canceroase. Mai mult, expresia miR-221/222 s-a dovedit a fi reglată în sus într-o varietate de tumori umane, demonstrând că reglarea miR-221/222 a p27Kip1 este o cale oncogenă de bună credință. Similar cu p27Kip1, p21CIP1 și p16INK4a sunt, de asemenea,reglementate de miARN, cum ar fi mir-663, familia miR-302 și miR-24.76, 77 miR-663 s-a dovedit a fi reglat în sus în carcinomul nazofaringian și acționează ca oncogen pentru a promova tranziția celulară G1/S in vitro și in vivo prin direcționarea directă a p21CIP1. Prin urmare, axa miR-663/p21CIP1 clarifică mecanismul molecular al proliferării celulelor carcinomului nazofaringian.78 pe lângă faptul că afectează expresia inhibitorilor Cdk, miARN sunt, de asemenea, regulatori pentru exprimarea Cdk și ciclină. De exemplu, miARN-545 duce la stoparea ciclului celular în celulele cancerului pulmonar prin reprimarea expresiei ciclinei D1 și CDK4.79

miARN participă la proliferarea celulelor, nu numai prin direcționarea componentelor ciclului celular, ci și prin reglarea extensivă a căilor de semnalizare multiple. De exemplu, s-a constatat că miR-486, reglat în mod semnificativ în cancerul pulmonar fără celule mici, afectează proliferarea și migrarea celulelor prin receptorul de creștere a insulinei (IGF) și căile de semnalizare PI3K prin direcționarea IGF1, IGF1R și p85a.80

rezistența la moartea celulelor

evaziunea apoptozei este un alt semn distinctiv semnificativ al progresiei tumorii, despre care se crede că este reglementată de miARN.81,82 celulele tumorale dezvolta o varietate de strategii pentru a limita sau eluda apoptoza. Dintre acestea, pierderea funcției supresoare tumorale p53 este cea mai frecventă. Modalitățile alternative de evitare a apoptozei includ reglarea în sus a regulatorilor anti-apoptotici, suprimarea factorilor proapoptotici și inhibarea căii de deces induse de liganzii extrinseci. Componentele implicate în anti-apoptoză sunt în general inhibate sau activate de miARN.

un număr de miARN reglementate de p53 au fost identificate ca fiind implicate în funcțiile p53, iar unele dintre aceste miARN pot modula nivelul și activitatea p53 într-un mod de feedback. De exemplu, Pichiorri și colab.83 a identificat că în mielomul multiplu, trei miARN (miR-192, miR-194 și mir-215) sunt activate transcripțional de p53 pentru a suprima expresia Mdm2 prin legarea directă la ARNm, protejând astfel p53 de degradare. Aceste miARN sunt regulatori pozitivi ai p53, iar reglarea lor descendentă are un rol cheie în dezvoltarea mielomului multiplu. Există un alt regulament de feedback negativ, care are loc între miR-122 și p53. MiR-122 promovează activitatea p53 prin direcționarea ciclinei G184 și a proteinei citoplasmatice de legare a elementului de poliadenilare,85 care crește sensibilitatea celulară la doxorubicină medicamentoasă, stabilind o bază pentru dezvoltarea terapiei combinate pe bază de chemo și miARN pentru carcinomul hepatocelular.

dereglarea altor miARN reglementate de p53 conferă, de asemenea, celule canceroase rezistente la apoptoză. De exemplu, clusterul miR-17–92 este o țintă nouă pentru reprimarea transcripțională mediată de p53 sub hipoxie. Reglarea sa descendentă sensibilizează celulele la apoptoza indusă de hipoxie, în timp ce supraexpresia sa inhibă apoptoza. Prin urmare, celulele tumorale cu expresie crescută miR-17–92 pot scăpa de apoptoza indusă de hipoxie.86 toate rezultatele de mai sus au arătat că p53 și miARN-urile sale reglementate formează o rețea pentru a determina în mod elaborat soarta celulelor în condiții normale. Cu toate acestea, celulele canceroase cu p53 neregulat sau miRNAs țintă ar putea avea capacitatea de a rezista morții celulare.

regulatorii Anti-apoptotici (Bcl-2 și Bcl-xL) și factorii proapoptotici (Bax, Bim și Puma) sunt ținte potențiale ale unor miARN, care au un rol important în moartea celulară. După cum sa discutat mai sus, miR-15A și miR-16-1 sunt semnificativ reduse în leucemia limfocitară cronică, iar expresia lor se corelează invers cu expresia Bcl-2. Un studiu suplimentar a demonstrat că aceste două miARN reprimă expresia Bcl-2 și induc apoptoza. Bcl-2 a fost, de asemenea, reglementat de alte miARN, cum ar fi miR-204,87 miR-148a88 și Mir-365.89 Denoyelle și colab.90 a constatat că miR-491-5p induce eficient apoptoza în celulele cancerului ovarian prin inhibarea directă a expresiei Bcl-xL și prin inducerea acumulării Bim. Mir-221/222 inhibă apoptoza celulară prin direcționarea genei proapoptotice PUMA în celulele gliomului uman. Iar eliminarea miR-221/222 induce expresia PUMA și apoptoza celulară, sugerând că miR-221/222 ar putea fi ținte terapeutice potențiale pentru intervenția glioblastomului.91

miARN-urile sunt, de asemenea, implicate în rezistența la moartea celulelor prin reglarea componentelor căii apoptotice extrinseci, cum ar fi ligandul Fas / receptorul Fas. MiR-21, frecvent reglat într-o varietate de tipuri de cancer, exercită o funcție anti-apoptotică în tumorile pulmonare dependente de K-Ras prin inhibarea expresiei Apaf-1, o componentă importantă a căii apoptotice mitocondriale intrinseci și scăderea nivelului de proteine al ligandului Fas, un inițiator cheie al căii apoptotice extrinseci.92 funcția miR-21 a fost confirmată în continuare de observația că expresia ectopică a miR-21 a protejat celulele canceroase de apoptoza indusă de gemcitabină.93 Shaffiey și colab.94 a identificat că miR-590 suprimă expresia ligandului Fas în AML pentru a promova supraviețuirea celulelor. Pe lângă modularea expresiei ligandului, miARN-urile dereglate rezistă și morții celulare prin reglarea expresiei receptorilor de moarte. De exemplu, Razumilava și colab.95 a constatat că miR-25, supraexprimat în celulele colangiocarcinomului malign, este capabil să protejeze celulele împotriva apoptozei induse de ligand indus de apoptoză legată de TNF prin direcționarea receptorului de moarte-4 (DR4).

activarea invaziei și metastazelor

metastaza este un eveniment biologic complex, în mai multe etape și dinamic. Tranziția epitelial-mezenchimală (EMT) este considerată o etapă timpurie și cheie în cascada metastatică, caracterizată prin pierderea aderenței celulare prin reprimarea e-cadherinei și activarea genelor asociate cu motilitatea și invazia. Se crede că EMT este reglat de o varietate de căi de semnalizare, cum ar fi factorul de creștere transformant (TGF)-XV, toate convergând asupra factorilor cheie de transcripție, cum ar fi ZEB, melc și răsucire.96

dovezile crescânde arată că miARN au un rol important în EMT și metastazele cancerului. S-a constatat că miARN-urile reglementate de TGF-XV se angajează în semnalizarea TGF-XV pentru a induce EMT și a facilita metastazele în malignitate avansată. MiR – 155 este unul dintre miARN-urile implicate în acest proces de reglementare. Este supraexprimat în mai multe afecțiuni maligne și activat transcripțional prin semnalizarea TGF-XV/SMAD4. Studiile mecaniciste au arătat că miR-155 promovează EMT prin direcționarea Rhoa GTPase, un regulator important al polarității celulare și al formării și stabilității joncțiunii strânse. Knockdown-ul miR-155 suprimă EMT indus de TGF-XV și dizolvarea joncțiunii strânse, precum și migrarea și invazia celulelor.97 spre deosebire de mir-155, miR-200 și mir-203 sunt inhibate de TGF-XV. S-a demonstrat că familia miR-200 afectează EMT prin inhibarea expresiei represorilor transcripționali e-cadherin ZEB1 și ZEB2.98 la rândul său, transcrierea primară miR-200 este,de asemenea, reprimată de ZEB1 și ZEB2, 99 formând o buclă de feedback dublu-negativă între zeb1/ZEB2 și familia mir-200. Această buclă a fost propusă pentru a explica o dilemă centrală în înțelegerea noastră a cascadei metastatice: expresia miR-200 este semnificativ redusă în celulele invazive ale cancerului de sân cu potențial metastatic crescut care transmit un fenotip mezenchimal. Prin urmare, supraexprimarea forțată a miR-200C în celulele mezenchimale crește expresia e-cadherinei și promovează un fenotip epitelial prin inducerea MET.100.101 în plus, miARN-urile reglementate de p53 miR-200 și miR-192 sunt mediatori critici ai EMT reglementate de p53, susținute de observația că aceste miARN sunt transactivate de p53 și modulează programul EMT prin reprimarea expresiei ZEB1/2.102.103

TWIST și melc sunt ceilalți doi factori cheie de transcripție pentru a promova motilitatea epitelială, invazivitatea și metastazele prin reglarea expresiei anumitor miARN. De exemplu, miR-10B este foarte exprimat în celulele cancerului de sân metastatic și reglează pozitiv migrația și invazia celulelor, care este indusă prin legarea directă a răsucirii la promotorul presupus al genei miR-10b. Mai mult, expresia ectopică a miR-10B în liniile celulare non-metastatice SUM149 și SUM159 ale cancerului de sân uman induce invazia agresivă și formarea micrometastazei în modelele severe de imunodeficiență combinată la șoarece, oferind validarea experimentală că supraexprimarea mirn-urilor individuale poate contribui la formarea metastazelor in vivo.104 în plus, miARN-urile care reglează expresia acestor factori EMT sunt, de asemenea, critice pentru controlul metastazelor. De exemplu, miR-203 este reglat în mod semnificativ din cauza hipermetilării promotorului său în celulele cancerului de sân foarte metastatic. Restaurarea miR-203 în celulele cancerului de sân inhibă invazia celulelor tumorale in vitro și colonizarea metastatică pulmonară in vivo prin reprimarea SNAI2, sugerând că bucla de reglementare SNAI2 și miR-203 are un rol important în EMT și metastazele tumorale.105.106

alte miARN importante implicate în reglarea metastazelor includ miR-9 și mir-212. Expresia MiR-9 este activată de C-Myc și n-Myc, ambele legându-se direct de locusul miR-9-3. Nivelul de Expresie al miR-9 se corelează strâns cu amplificarea MYCN, gradul tumorii și starea metastatică în tumorile neuroblastomului. În tumorile mamare primare ale pacienților cu boală metastatică, expresia miR-9 este mult mai mare decât cea a pacienților fără metastaze, ceea ce înseamnă că miR-9 este un regulator potențial al procesului metastatic. Ma și colab. identificat că miR-9 reduce expresia e-cadherinei în celulele cancerului de sân prin legarea directă la regiunea sa 3 ‘ – netradusă. Consecința reglării descendente a e-cadherinei de către miR-9 este activarea semnalizării-cateninei pentru a declanșa expresia genelor oncogene din aval, ceea ce duce la creșterea motilității și invazivității celulare. Funcția miR – 9 este confirmată în continuare de faptul că inhibarea miR-9 folosind un burete miARN suprimă formarea metastazelor în modelul animal, ceea ce înseamnă că tăcerea miR-9 poate reprezenta o nouă abordare terapeutică în cancerele de sân avansate pentru a preveni formarea metastazelor.107.108 MiR-212 este reglat în mod semnificativ în țesuturile CRC umane datorită atât hipermetilării promotorului, cât și pierderii heterozigozității. Supraexprimarea miR-212 inhibă migrarea și invazia celulelor CRC in vitro și metastaze pulmonare in vivo prin direcționarea expresiei MnSOD, care este necesară pentru reglarea în jos a markerilor epiteliali și reglarea în sus a markerilor mezenchimali în celulele CRC. Prin urmare, miR-212 ar putea fi un marker prognostic pentru pacienții cu CRC pentru a-și prezice supraviețuirea, iar atât miR-212, cât și MnSOD ar putea fi, de asemenea, ținte terapeutice pentru cancer.109

inducerea angiogenezei

angiogeneza este un proces foarte coordonat pentru a dezvolta noi vase de sânge din cele preexistente pentru a satisface nevoile de hrană și oxigen în creșterea tumorii și metastaze.110 deoarece țesuturile tumorale au o concentrație de oxigen semnificativ mai mică decât țesuturile normale din jur, hipoxia are un rol critic în micromediul tumoral, permițând dezvoltarea și întreținerea celulelor canceroase. Factorul inductibil de hipoxie (HIF) este un factor cheie de transcripție ca răspuns la hipoxie, care influențează expresia unui număr de gene, inclusiv miARN. Factorul de creștere endotelial Vascular (VEGF) este un factor angiogen pivot, direcționând celulele endoteliale să construiască noi vase la legarea de receptorii săi.111 prin urmare, miARN-urile care vizează căile de semnalizare HIF sau VEGF pot avea un impact semnificativ asupra angiogenezei. Acum este bine documentat faptul că procesul de angiogeneză este reglementat în mod elaborat de miARN, dintre care unele sunt descrise în detaliu mai jos.

MiR-210 este cel mai constant și semnificativ indus miARN în timpul hipoxiei.112 două studii independente au demonstrat că supraexprimarea miR-210 în celulele endoteliale ale venei ombilicale umane normoxice stimulează formarea structurilor capilare și migrarea celulelor dependente de VEGF. În schimb, blocarea miR-210 antagonizează aceste procese.113.114 mai mult, miR-210 promovează angiogeneza nu numai prin direcționarea receptorului tirozin kinazei ligand ephrin-A3, care este un factor anti-angiogen,113, ci și prin îmbunătățirea expresiei VEGF și a receptorului VEGF-2 (VEGFR2).115

MiR-424 este indusă de hipoxie în celulele endoteliale pentru a promova angiogeneza in vitro și in vivo prin direcționarea cullin 2, o proteină schelă pentru ubiquitin ligază. Acest proces stabilizează HIF1a și îi permite să activeze transcripțional expresia VEGF.116 un alt miARN care induce angiogeneza este miR-21. Acesta vizează PTEN pentru a activa căile de semnalizare AKT/ERK din aval, ducând la o expresie ridicată a HIF1a și VEGF.117 în schimb, miR-20B și miR-519c reglează negativ angiogeneza prin direcționarea VEGF și/sau HIF1a.118.119 în afară de reglarea HIF1a, miR-107 a fost capabil să inhibe expresia Hif1 XV, astfel încât reglarea descendentă a miR-107 promovează angiogeneza tumorală în condiții hipoxice.120

cercetările recente au demonstrat că miARN exozomal din celulele canceroase ar putea ajuta la modularea micromediului tumoral. Una dintre dovezi a fost furnizată de Umezu și colab. Ei au observat că miR-135B, care este supraexprimat în exozomi din celulele mielomului multiplu rezistente la hipoxie, suprimă hif1 inhibitor al factorului (FIH-1) în celulele endoteliale, promovând astfel formarea tubului endotelial prin calea de semnalizare HIF-FIH. Prin urmare, mir-135B exozomal poate fi o țintă pentru controlul angiogenezei mielomului multiplu.121