Hanahan och Weinberg65 har föreslagit att kännetecknen för mänsklig cancer omfattar sex biologiska förmågor som förvärvats under tumörutveckling, inklusive att upprätthålla proliferativ signalering, undvika tillväxtdämpare, motstå celldöd, möjliggöra replikativ odödlighet, aktivera invasion och metastas och inducera angiogenes. Med tanke på att onormalt mirnauttryck i tumörer antas det att de dysregulerade miRNA kan påverka ett eller flera av cancerkännetecknen för tumörinitiering och progression. Beroende på deras målgener kan miRNA fungera som antingen onkogen eller tumörsuppressor under vissa omständigheter.

att undvika tillväxtdämpare och upprätthålla proliferativ signalering

cellproliferation är det viktigaste kännetecknet för cancer och dess abnormitet är den främsta orsaken till tumörgenes. I detaljer styrs cellcykelprogression av intracellulära program och extracellulära signalmolekyler för att nå balansen mellan att främja cellproliferation och undertrycka den. Celler blir cancerösa när celltillväxt eller delning är utom kontroll. Under årens studier blir det uppenbart att vissa Mirna funktionellt integreras i flera kritiska cellproliferationsvägar, och dysreguleringen av dessa Mirna är ansvarig för att undvika tillväxtdämpare och upprätthålla proliferativ signalering i cancerceller.

E2F-proteinerna, en familj av transkriptionsfaktorer, är kritiska regulatorer av cellproliferation på ett cellcykelberoende sätt. En serie studier har visat att miRNAs deltar i reglering av E2F-uttryck. E2F-medlemmen E2F1 inducerar målgentranskription under G1 till s-övergången,66 och definieras som en tumörsuppressor eftersom de E2F1-bristfälliga mössen utvecklade en mängd olika cancerformer. O ’ Donnell et al.28 visade att miR-17-92 hämmar E2F1-översättning efter att ha aktiverats av c-Myc. Med tanke på att c-Myc också direkt inducerar E2F1-uttryck, kan mir–17-92-kluster fungera som en broms på denna möjliga positiva återkopplingsslinga för att säkerställa att E2F1-proteinnivåerna inte stiger kraftigt som svar på c-myc-aktivering.67 mir-17–92-klustret befanns också reglera e2f2-och E2F3-översättning,68 och E2F-transkriptionsfaktorerna kan i sin tur inducera uttrycket av Mir-17-92-klustret.69 därför ger återkopplingssystemet mellan MIR-17-92-kluster och E2F en mekanism för att hålla regelbunden cellcykelprogression under normala förhållanden. Överuttryck av miR-17-92, som är vanligt bland flera tumörer, stör emellertid återkopplingsslingan för att främja cellproliferation.70

cellcykelprogression beror på olika cykliner, cyklinberoende kinaser (CDK) och deras hämmare, som i stor utsträckning regleras av miRNA. Hatfield et al.71 tillhandahöll de första bevisen för att Drosophila-bakteriestamceller med Dicer-1-knockout blockeras i G1/S-övergången, vilket tyder på att Mirna krävs för att bakteriestamceller ska passera den normala G1/S-kontrollpunkten. Dessutom uppvisade Dicer-bristfälliga bakteriestamceller ökat uttryck av Dacapo, en medlem av P21/p27-familjen av Cdk-hämmare, vilket antyder att detta protein regleras negativt av miRNAs för att främja cellcykelprogression. Faktum är att miR-221/222 har identifierats för att direkt rikta Cdk-hämmaren p27Kip1 i glioblastomceller,72 som bekräftades ytterligare i andra cancercellinjer och primära tumörprover.73-75 ektopiskt uttryck av miR-221/222 accelererad cellproliferation, medan deras undertryckande inducerade G1-cellcykelstopp i cancerceller. Dessutom har mir-221/222-uttryck visat sig uppregleras i en mängd humana tumörer, vilket visar att miR-221/222-reglering av p27Kip1 är en bona fide onkogen väg. I likhet med p27Kip1 regleras p21CIP1 och p16INK4a också av miRNA såsom miR-663, miR-302-familjen och miR-24.76,77 miR-663 befanns vara uppreglerad i nasofaryngealt karcinom och fungerar som onkogen för att främja den cellulära G1/S-övergången in vitro och in vivo genom att direkt rikta in p21CIP1. Därför klargör mir-663/p21CIP1-axeln den molekylära mekanismen för nasofaryngeal karcinomcellsproliferation.78 förutom att påverka uttrycket av Cdk-hämmare är Mirna också regulatorer för uttryck av Cdk och cyklin. Till exempel leder miRNA-545 till cellcykelstopp i lungcancerceller genom att undertrycka uttryck av cyklin D1 och CDK4.79

MiRNAs deltar i cellproliferation, inte bara genom inriktning på cellcykelkomponenter utan också genom omfattande reglering av flera signalvägar. Till exempel, miR-486, signifikant nedreglerad i icke-småcellig lungcancer, befanns påverka cellproliferation och migration genom insulintillväxtreceptor (IGF) och PI3K-signalvägar genom att rikta IGF1, IGF1R och p85a.80

motstå celldöd

undvikande av apoptos är ett annat viktigt kännetecken för Tumörprogression, som tros regleras av miRNAs.81,82 tumörceller utvecklar en mängd olika strategier för att begränsa eller kringgå apoptos. Bland dem är förlusten av p53-tumörsuppressorfunktion vanligast. De alternativa sätten att undvika apoptos inkluderar uppreglering av anti-apoptotiska regulatorer, undertryckande av proapoptotiska faktorer och hämning av dödsvägen inducerad av yttre ligander. Komponenterna som är involverade i anti-apoptos hämmas eller aktiveras i stort sett av miRNAs.

ett antal p53-reglerade Mirna har identifierats för att vara involverade i p53-funktioner, och några av dessa miRNA kan modulera p53-nivå och aktivitet på ett återkopplingsmode. Till exempel Pichiorri et al.83 identifierade att i multipelt myelom aktiveras tre Mirna (miR-192, miR-194 och miR-215) transkriptionellt av p53 för att undertrycka MDM2-uttryck via direkt bindning till dess mRNA och därigenom skydda p53 från nedbrytning. Dessa Mirna är positiva regulatorer av p53 och deras nedreglering har en nyckelroll i utvecklingen av multipelt myelom. Det finns en annan negativ återkopplingsreglering, som uppstår mellan miR-122 och p53. MiR – 122 främjar p53-aktivitet via inriktning på cyklin G184 och cytoplasmatisk polyadenyleringselementbindande protein,85 vilket ökar cellkänsligheten för läkemedlet doxorubicin, vilket skapar en grund mot utvecklingen av kombinerad kemo – och miRNA-baserad terapi för hepatocellulärt karcinom.

dysregulering av andra p53-reglerade Mirna ger också cancerceller resistenta mot apoptos. Till exempel är mir-17-92-kluster ett nytt mål för p53-medierad transkriptionell förtryck under hypoxi. Dess nedreglering sensibiliserar celler för hypoxiinducerad apoptos, medan dess överuttryck hämmar apoptos. Därför kan tumörceller med ökat mir-17–92-uttryck undkomma hypoxiinducerad apoptos.86 alla ovanstående resultat visade att p53 och dess reglerade Mirna bildar ett nätverk för att noggrant bestämma cellens öde under normala förhållanden. Cancerceller med dysregulerad p53 eller dess mål miRNAs kan dock ha kapacitet att motstå celldöd.

Anti-apoptotiska regulatorer (Bcl-2 och Bcl-xL) och proapoptotiska faktorer (Bax, Bim och Puma) är potentiella mål för vissa miRNA, som har viktig roll i celldöd. Som diskuterats ovan är miR-15a och miR-16-1 signifikant nedreglerade vid kronisk lymfocytisk leukemi och deras uttryck korrelerar omvänt med Bcl-2-uttryck. En ytterligare studie visade att dessa två Mirna förtrycker Bcl-2-uttryck och inducerar apoptos. Bcl-2 reglerades också av andra Mirna, såsom miR-204,87 miR-148a88 och miR-365.89 Denoyelle et al.90 fann att miR-491-5p effektivt inducerar apoptos i äggstockscancerceller genom att direkt hämma Bcl-xL-uttryck och genom att inducera BIM-ackumulering. MiR-221/222 hämmar cellapoptos genom att rikta in sig på den proapoptotiska genen PUMA i humana gliomceller. Och knockdown av miR-221/222 inducerar PUMA-uttryck och cellapoptos, vilket tyder på att miR-221/222 kan vara potentiella terapeutiska mål för glioblastomintervention.91

Mirna är också involverade i att motstå celldöd genom att reglera komponenter av yttre apoptotisk väg, såsom Fas-ligand/Fas-receptorn. MiR-21, ofta uppreglerad i en mängd olika cancerformer, utövar en anti-apoptotisk funktion i k-Ras-beroende lungtumörer genom att hämma uttryck av Apaf-1, en viktig komponent i den inneboende mitokondriella apoptotiska vägen och minskande proteinnivåer av Fas ligand, en nyckelinitiator för den yttre apoptotiska vägen.92 funktionen av miR-21 bekräftades ytterligare av observationen att ektopiskt uttryck av miR-21 skyddade cancerceller från gemcitabininducerad apoptos.93 Shaffiey et al.94 identifierade att miR – 590 undertrycker Fas-liganduttryck i AML för att främja cellöverlevnad. Förutom att modulera liganduttryck motstår dysregulerade Mirna också celldöd genom att reglera uttrycket av dödsreceptorer. Till exempel Razumilava et al.95 fann att miR-25, överuttryckt i maligna kolangiokarcinomceller, kan skydda celler mot TNF-relaterad apoptosinducerande ligandinducerad apoptos genom att rikta in sig på dödsreceptor-4 (DR4).

aktivering av invasion och metastas

metastas är en komplex, flerstegs och dynamisk biologisk händelse. Epitelial-mesenkymal övergång (EMT) anses vara ett tidigt och viktigt steg i den metastatiska kaskaden, kännetecknad av förlust av celladhesion genom förtryck av E-cadherin och aktivering av gener associerade med motilitet och invasion. EMT tros regleras av en mängd olika signalvägar såsom transforming growth factor (TGF)-Bisexuell, som alla konvergerar på de viktigaste transkriptionsfaktorerna som ZEB, snigel och TWIST.96

växande bevis visar att Mirna har en viktig roll i EMT och cancermetastas. TGF-Macau-reglerade Mirna befanns engagera sig i TGF-Macau-signalering för att inducera EMT och underlätta metastasering vid avancerad malignitet. MiR – 155 är en av de miRNA som är involverade i denna regleringsprocess. Det är överuttryckt i flera maligniteter och transkriptionellt aktiverat av TGF-Bisexuell/SMAD4-signalering. Mekanistiska studier avslöjade att miR-155 främjar EMT genom att rikta RhoA GTPase, en viktig regulator för cellulär polaritet och tät korsningsbildning och stabilitet. Knockdownen av miR-155 undertrycker TGF-Macau-inducerad EMT och tät korsningsupplösning, såväl som cellmigration och invasion.97 i motsats till miR-155 inhiberas miR-200 och miR-203 av TGF-GHz. Mir-200-familjen visade sig påverka EMT genom att hämma uttrycket av E-cadherin-transkriptionsrepressorer ZEB1 och ZEB2.98 i sin tur undertrycks mir-200-primära transkriptet också av ZEB1 och ZEB2, 99 bildar en dubbel-negativ återkopplingsslinga mellan ZEB1/ZEB2 och miR-200-familjen. Denna slinga föreslogs för att förklara ett centralt dilemma i vår förståelse av den metastatiska kaskaden: mir-200-uttryck är signifikant nedreglerat i invasiva bröstcancerceller med ökad metastatisk potential som förmedlar en mesenkymal fenotyp. Därför ökar överuttryck av miR-200C i mesenkymcellerna uttrycket av E-cadherin och främjar en epitelial fenotyp genom att inducera MET.100,101 dessutom är p53-reglerade Mirna miR-200 och miR-192 kritiska mediatorer av p53-reglerad EMT, med stöd av observationen att dessa Mirna transaktiveras av p53 och modulerar EMT-program via förtryckande ZEB1/2-uttryck.102,103

TWIST och SNAIL är de andra två viktiga transkriptionsfaktorerna för att främja epitelial motilitet, invasivitet och metastas genom att reglera uttrycket av vissa miRNAs. Till exempel uttrycks miR-10b starkt i metastatiska bröstcancerceller och reglerar positivt cellmigration och invasion, vilket induceras genom direkt bindning av vridning till den förmodade promotorn av miR-10b-genen. Dessutom inducerar ektopiskt uttryck av miR-10B i icke-metastatisk SUM149 och SUM159 humana bröstcancercellinjer aggressiv invasion och mikrometastasbildning i svåra kombinerade immunbristmusmodeller, vilket ger experimentell validering att överuttryck av enskilda miRNA kan bidra till metastasbildning in vivo.104 dessutom är miRNA som reglerar uttrycket av dessa EMT-faktorer också kritiska för att kontrollera metastaser. Till exempel är miR-203 signifikant nedreglerad på grund av hypermetylering av dess promotor i mycket metastatiska bröstcancerceller. Återställandet av miR-203 i bröstcancerceller hämmar tumörcellinvasion in vitro och lungmetastatisk kolonisering in vivo genom att undertrycka SNAI2, vilket tyder på att SNAI2-och miR-203-regleringsslingan har en viktig roll i EMT och tumörmetastas.105,106

andra viktiga miRNA som är involverade i reglering av metastas inkluderar miR-9 och miR-212. Mir-9-uttryck aktiveras av c-Myc och n-Myc, som båda binder direkt till miR-9-3-lokusen. Expressionsnivån för miR-9 korrelerar nära med MYCN-amplifiering, tumörkvalitet och metastatisk status i neuroblastom tumörer. I primära brösttumörer hos patienter med metastatisk sjukdom är mir-9-uttrycket mycket högre än hos metastasfria patienter, vilket innebär att miR-9 är en potentiell regulator för den metastatiska processen. Ma et al. identifierade att miR-9 minskar uttrycket av E-cadherin i bröstcancerceller via direkt bindning till dess 3′-otranslate region. Konsekvensen av nedreglering av E-cadherin med miR-9 är aktiveringen av signalering av Bisexuell-catenin för att utlösa uttrycket av nedströms onkogena gener, vilket leder till ökad cellmotilitet och invasivitet. Funktionen av miR-9 bekräftas vidare av det faktum att hämning av miR-9 med användning av en miRNA-svamp undertrycker metastasbildning i djurmodell, vilket innebär att mir-9-tystnad kan representera ett nytt terapeutiskt tillvägagångssätt i avancerade bröstcancer för att förhindra metastasbildning.107,108 MiR – 212 är signifikant nedreglerad i humana CRC-vävnader på grund av både promotorhypermetylering och förlust av heterozygositet. Överuttryck av miR-212 hämmar CRC-cellmigration och invasion in vitro och lungmetastas in vivo genom att rikta uttryck av MnSOD, vilket krävs för nedreglering av epitelmarkörer och uppreglering av mesenkymala markörer i CRC-celler. Därför kan miR-212 vara en prognostisk markör för CRC-patienter för att förutsäga deras överlevnad, och både miR-212 och MnSOD kan också vara terapeutiska mål för cancer.109

inducerande angiogenes

angiogenes är en mycket samordnad process för att utveckla nya blodkärl från befintliga för att tillgodose behoven för mat och syre vid tumörtillväxt och metastas.110 eftersom tumörvävnader har signifikant lägre syrekoncentration än de omgivande normala vävnaderna, har hypoxi en kritisk roll i tumörmikromiljön genom att tillåta utveckling och underhåll av cancerceller. Hypoxi-inducerbar faktor (HIF) är en nyckeltranskriptionsfaktor som svar på hypoxi, vilket påverkar uttrycket av ett antal gener, inklusive Mirna. Vaskulär endoteltillväxtfaktor (VEGF) är en pivotal angiogen faktor som riktar endotelceller för att bygga nya kärl vid bindning till dess receptorer.111 därför kommer miRNA som riktar sig mot HIF-eller VEGF-signalvägar sannolikt att ha betydande inverkan på angiogenesen. Det är nu väl dokumenterat att processen med angiogenes regleras detaljerat av miRNAs, av vilka några beskrivs i detalj nedan.

MiR-210 är den mest konsekvent och signifikant inducerade miRNA under hypoxi.112 två oberoende studier visade att miR-210 överuttryck i normoxiska humana navelvenendotelceller stimulerar bildandet av kapillärliknande strukturer och VEGF-beroende cellmigration. Däremot motverkar mir-210-blockaden dessa processer.113,114 dessutom främjar miR-210 angiogenes inte bara genom att rikta in sig på receptortyrosinkinasligand ephrin-A3, som är en anti-angiogen faktor,113 men också genom att förbättra uttrycket av VEGF och VEGF receptor-2 (VEGFR2).115

MiR – 424 induceras av hypoxi i endotelceller för att främja angiogenes in vitro och in vivo genom att rikta in cullin 2, ett ställningsprotein för ubiquitinligas. Denna process stabiliserar HIF1a och gör det möjligt att transkribera VEGF-uttryck.116 en annan miRNA som inducerar angiogenes är miR-21. Det riktar sig mot PTEN för att aktivera nedströms Akt / ERK-signalvägar, vilket leder till högt uttryck av HIF1a och VEGF.117 däremot reglerar miR-20B och miR-519c negativt angiogenes genom att rikta VEGF och/eller HIF1a.118,119 förutom att reglera HIF1a, miR-107 kunde hämma uttrycket av Hif1 xnumx, så nedreglering av miR-107 främjar tumörangiogenes under hypoxiska förhållanden.120

nya undersökningar har visat att exosomal miRNA från cancerceller kan hjälpa till att modulera tumörmikromiljön. Ett av bevisen tillhandahölls av Umezu et al. De observerade att miR-135B, som är överuttryckt i exosomer från hypoxi-resistenta multipla myelomceller, undertrycker faktorhämmande HIF1 (FIH-1) i endotelceller, vilket främjar endotelrörbildning via HIF–FIH-signalvägen. Därför kan exosomal miR-135B vara ett mål för att kontrollera multipel myelomangiogenes.121