小分子和小 RNA 的大大“梦想”
近年来,lncRNA、circRNA、miRNA 相关研究的话题相当火热,哟呵,小小 RNA 的花样儿还不少,它们与小分子化合物又能碰撞出什么样的火花呢?今天我们要提一提小分子化合物与 miRNA 这对 “CP”!
MicroRNA (miRNA) 是什么?“micro”“mi”是微小的意思,顾名思义,miRNA 就是小的非编码 RNA,长度约 23 个核苷酸 (nt),它在转录后的基因调控中发挥关键作用,包括疾病的发生、细胞分化与组织发育,细胞凋亡等等。
miRNA 的生物发生及在疾病中的作用
miRNA 要到哪儿去:miRNA 的种子区域 (5’ 端的 2-8 nt) 通过序列互补原则靶向 mRNA,可直接抑制翻译,或可导致 mRNA 不稳定,从而降解靶蛋白。
(Ago 是 miRNA 的得力助手和保镖,miRNA 调控靶蛋白需要通过 Ago 实现,Ago 还保护了 miRNA 不被降解。以 hAgo 为例,hAgo 有四个亚型 hAgo1-hAgo4,Ago 通过 miRNA 的引导,定位到靶 mRNA 的互补区域,hAgo2 通过固有的内切核酸裂解活性来使 mRNA 沉默。或者更典型地,通过抑制翻译,以及诱导 mRNA 降解来发挥作用。)
图 1. miRNA 的生物发生过程[2]
作为最早发现、名字都很独树一帜的 miRNA,let-7 一直以来都是 miRNA 研究中的常客,let-7 是个抑癌因子 (通过下调 MYC、HMGA2、BLIMP1 或者 RAS 家族成员,抑制肿瘤的发展),降低了癌症的侵袭性、化疗抗性和放射抗性 (极少数情况下,也可能作为一个原癌基因)。此外,let-7 还在诸多癌症中差异性表达,有望成为肿瘤筛选的标记物。
另一个流量明星——miR-210,是一个原癌 miRNA,在多种癌细胞中表达显著升高,如胰腺癌、乳腺癌。研究发现,沉默 miR-210-3p 可以显著抑制临床前模型中前列腺癌细胞的骨转移,miR-210-3p 通过靶向 NF-κB 信号通路的负调控因子 TNIP1 和 SOCS1 促进 EMT (间充质转化)、侵袭和迁移,导致 NF-κB 通路的激活。此外,miR-210 是低氧诱导因子的一个重要靶点,已有研究证实,高水平的 miR-210 和体内缺氧信号有关。
RNA 的二级结构也可成为小分子靶点?
第一个靶向 miRNA 的小分子得追溯到 2008 年,Shan 等人通过荧光标签筛选 FDA 库,发现依诺沙星 (Enoxacin) 可增强 siRNA 介导的 mRNA 降解,能促进内源性 miRNAs 的生物发生,该作用依赖于 TRBP 途径。但因 miRNA 的特殊性,不少小分子都是靶向 AGO、TRBP 等调控 miRNA 生物发生的关键分子,而非直接靶向。可喜的是,近年,研究人员发现了可靶向 RNA 二级结构的小分子。
2017 年,Matthew G. Costales 等人发现了 miR-210 的一个靶向小分子 Targapremir-210 (TGP-210),TGP-210 选择性的识别 miR-210 前体 pre-miRNA,并结合到该前体结构的 Dicer 位点,抑制 miRNA 的成熟,从而解除 miR-210 对缺氧相关蛋白 GPD1L 活性的抑制,引发一系列的生物学反应。
图 2. TGP-210 的作用机制[7]
图 3. 不同物种 pre-miR-210 的序列比对 (来自数据库 miRBase)
TGP-210 的 2.0 版本——核糖核酸酶靶向嵌合物 (RIBOTAC)
图 4. TGP-210 和 TGP-210-RL 的结构式比较[10]
TGP-210 可结合 pre-miRNA (Kd = 160 nM),但也能结合 DNA (Kd = 620 nM),而优化后的 TGP-210-RL 与 DNA 的结合活性大大降低 (Kd = 1200 nM),且具有更高的特异性,但其与 pre-miRNA 的结合活性也有所降低 (Kd = 320 nM)。
(Dicer 位点发生单碱基突变后,无法与 TGP-210-RL 结合。)
尽管有寡核苷酸的存在,TGP-210-RL 还是可以自如地进入细胞发挥作用 (进入数量是 TGP-210 的 60%),与 TGP-210 主要定位于细胞核不同,TGP-210-RL 主要存在于细胞质。TGP-210 和 TGP-210-RL 均可以显著下调成熟 miRNA 的水平。TGP-210-RL 同时显著下调 pre-miR-210 的水平,这是 TGP-210-RL 激活的 RNase L 选择性切割 pre-miR-210 的结果。和阳性对照 LNA-210 相比,TGP-210 和 TGP-210-RL 均可引起相似的癌细胞凋亡作用,且 TGP-210-RL 活性更好。
(TGP-210 会导致 pre-miR-210 的水平升高,这与其机制是一致的。过表达 miR-210 后,LNA-210、TGP-210 和 TGP-210-RL 的凋亡作用均消失,进一步验证了癌细胞凋亡是由抑制 miR-210 导致的。)
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参考文献
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