El paper dels microARN en la disminució de la proteòstasi i l'agregació de proteïnes

Siusplau contactaoscar.xiao@wecistanche.comper a més informació

Resum:L'envelliment es pot definir com el deteriorament progressiu de la funció cel·lular, tissular i de l'organisme al llarg del temps. Les alteracions en l'homeòstasi de proteïnes, també coneguda com a proteòstasi, són un segell distintiu de l'envelliment que condueixen a desequilibris en el proteoma i a l'agregació de proteïnes, fenòmens que també es produeixen en malalties relacionades amb l'edat. Entre els diversos reguladors de la proteòstasi, s'ha informat que els microARN (miRNAs) tenen un paper important en el control post-transcripcional dels gens implicats en el manteniment de la proteòstasi durant la vida útil en diversos teixits de l'organisme. En aquesta revisió, consolidem els informes publicats recentment que demostren com els miRNA regulen els processos fonamentals relacionats amb la proteòstasi rellevants per a l'envelliment dels teixits, amb èmfasi en els dos teixits més estudiats, el teixit cerebral i el múscul esquelètic. També explorem una perspectiva emergent sobre el paper de les xarxes reguladores de miRNA en l'agregació de proteïnes relacionada amb l'edat, un segell conegut de l'envelliment i les malalties relacionades amb l'edat, per dilucidar possibles candidats a miRNA per a objectius diagnòstics i terapèutics anti-envelliment.

Feu clic aquí per saber-ne més

Paraules clau:miRNA; envelliment dels teixits dels mamífers; agregació proteica relacionada amb l'edat; xarxa de proteòstasi

1. Introducció

L'any 2050, el 22% de la població mundial tindrà més de 60 anys, la qual cosa comportarà un augment de la incidència de malalties associades a l'edat i afectarà la longevitat i el benestar de les persones grans [1]. Les alteracions en la proteòstasi són característiques de les malalties neurodegeneratives associades a l'edat com l'Alzheimer i el Parkinson, i també de l'envelliment normal [2-4]. La disminució de la proteòstasi consisteix en desequilibris graduals en els processos de síntesi, plegament i degradació de proteïnes al llarg del temps que condueixen a un augment del plegament incorrecte de proteïnes i a l'estrès proteotòxic que, finalment, redueixen la longevitat de l'organisme [2,5-8].

Cistanche pot anti-envelliment

La producció de proteïnes plegades malament dóna lloc a l'agregació de proteïnes i a l'activació de vies de resposta a l'estrès relacionades amb la proteòstasi, que es coneixen col·lectivament com a xarxa de proteòstasi (PN) i impliquen la resposta de xoc tèrmic (HSR), la resposta proteica desplegada al reticle endoplasmàtic. ER) (UPREN) i als mitocondris (UPRmt), el sistema ubiquitina-proteasoma (UPS) i la via autofàgia-lisosomal (ALP). L'activació del PN és necessària per replegar i/o degradar els agregats proteics, la qual cosa disminueix els nivells d'estrès i prevé la mort cel·lular [9-12]. L'agregació de proteïnes durant l'envelliment normal també s'ha estudiat en diversos models d'organismes, concretament al ronyó i al pàncrees de Rattus norvegicus [13,14], al cor, a la medul·la òssia i a la melsa de Mus musculus [15,16] i al còrtex humà[17,18]. Tanmateix, els mecanismes subjacents d'aquest fenomen encara no estan clars fins ara.

Els microARN (miRNAs) són una classe d'ARN petits i no codificants de 21 a 23 nucleòtids de longitud que regulen l'expressió gènica post-transcripcional mitjançant l'orientació i la prevenció de la traducció d'ARN missatgers específics (ARNm). Regulan una gran quantitat de processos cel·lulars, a saber, el creixement i la diferenciació cel·lular, el desenvolupament de l'organisme, el funcionament fisiològic i l'homeòstasi cel·lular[19-21]. De fet, els ~ 2500 miRNAs reportats en humans regulen aproximadament el 60 per cent dels gens que codifiquen proteïnes, mentre que cada miRNA regula, de mitjana, 200 gens objectiu a través de llocs objectiu complementaris [22]. Durant l'última dècada, s'ha demostrat que els experiments de sobreexpressió i/o eliminació de miRNA alteren directament la vida útil a C.elegans, D.melanogaster i M.musculus[23-26]. En particular, els estudis en centenaris han proporcionat més coneixement sobre com són dinàmics els perfils de miRNA humans al llarg de l'envelliment [27,28] Per exemple, s'observa un augment de la biogènesi dels miRNA en els centenaris en comparació amb els octogenaris [29]. Estudis més recents van demostrar que els miRNA regulen els processos associats a l'edat, i algunes evidències relacionen els miRNA amb l'agregació de proteïnes als teixits dels mamífers, concretament al cervell i al múscul esquelètic [30,31].

No obstant això, l'expressió de miRNA pot ser específica del teixit o específica de la cèl·lula i, al mateix temps, els miRNA poden ser autònoms no cel·lulars, actuant com a mediadors en diversos teixits [32]. Les alteracions relacionades amb l'edat que afecten famílies específiques de miRNA poden diferir segons el tipus de cèl·lula i teixit, cosa que fa que aquestes anàlisis siguin difícils a causa de la complexitat i la interconnexió de les xarxes de miRNA en un sol organisme [19,26]. A més, els miRNAs circulants (c-miRNAs) i les seves llançadores (és a dir, les vesícules extracel·lulars) es van observar recentment com a marcadors d'envelliment fisiològic saludable, amb miR-19a-3p i miR-19 Es va trobar que b-3p augmentava en individus envellits, però disminuïa en centenaris sans, afegint així una altra capa de complexitat a la xarxa reguladora de miRNA[27,28]. Per aquest motiu, estudis anteriors han proporcionat una recopilació de miRNAs associats a distintius d'envelliment específics en diversos organismes models per proporcionar una millor representació dels miRNAs que estan relacionats amb l'envelliment en diversos teixits [33]. Aquesta revisió se centra en els informes publicats recentment sobre la regulació de miRNA de dianes gèniques implicades en els processos relacionats amb la proteòstasi que són rellevants per a l'envelliment dels teixits, amb especial èmfasi en l'envelliment dels teixits dels mamífers.

2. La biogènesi i la unió diana dels miRNAs

L'ARN polimerasa II transcriu miRNAs, produint transcripcions primàries de miRNA (miRNAs anteriors) que després són processades per Drosha/DGC8, un complex de microprocessador de l'enzim RNasa III, per produir ~70-100 nucleòtids (nt) miRNAs precursors de bucle de tija (pre -miRNAs) [21,34]. Aquests pre-miRNA s'exporten des del nucli al citoplasma mitjançant Exportina-5, una proteïna de transport nuclear i d'unió a l'ARN de doble cadena que depenent de RanGTP, i després escindida per l'enzim RNasa II Dicer, donant {{ 13}}nt dúplex de miRNA madurs de doble cadena [35, 36]. El miRNA pot originar-se del costat 5' del pre. miRNA anomenada cadena "5p", o de l'extrem 3', que es coneix com a cadena "3p" [37]En el passat, es va informar que el procés de selecció de cadena començava amb una de les cadenes de miRNA dúplex conegudes com a cadena. miR o cadena guia, que es va seleccionar i carregar a la proteïna Argonaute per formar el complex de silenciament induït per miRNA (miRISC), mentre que l'altra cadena, tradicionalment denotada com a cadena de passatgers o miR', va ser expulsada del complex i degradada [37]. ]. No obstant això, en alguns casos, qualsevol cadena es pot seleccionar i carregar a les proteïnes Argonaute per regular l'expressió gènica, com és el cas de miR-34 on miR{-34b{-5p i miR{ {27}}b-3p estan presents en concentracions aproximadament iguals en humans, cosa que permet l'orientació d'ARNm diferents [37-39]. El fenomen anomenat "canvi de braços de miRNA", és on la selecció preferent de braços de miRNA 3' o 5' per a la selecció de cadena pot dependre del tipus de teixit o de l'etapa de desenvolupament de la vida, mentre que la desregulació d'aquesta. El procés s'associa amb la malaltia [37-39]El miRISC pot orientar-se a ARNm específics mitjançant la complementarietat de seqüències entre la seqüència de llavors de la cadena guia de miRNA carregada (2-7 nucleòtids) i, en la majoria dels casos, les 3 regions no traduïdes (3 'UTR) dels ARNm diana [32, 34]. En alguns casos, els extrems 3' dels miRNAs poden experimentar una unió complementària preferent a motius a les regions 5'UTR dels ARNm objectiu [40,41]. El canvi de braç pot provocar l'acumulació de miRNAs madurs amb seqüències de llavors alterades, que altera dràsticament l'orientació dels ARNm[42] Durant l'envelliment, hi ha un canvi general en l'expressió dels braços 3 i 5' madurs dels miRNAs, amb un augment de 5. "expressió madura i expressió decreixent de 3" al llarg del temps, especialment per a miR-6786 en mostres de plasma humà [42]. Al mateix temps, es va identificar miR-4423 amb la proporció d'expressió 5' més reduïda, és a dir, a la llet materna, el cor, els testicles, les cèl·lules mare i les cèl·lules sanguínies, cosa que significa que les variacions relacionades amb l'edat de 3' a Les proporcions d'expressió de miRNA 5' madurs poden dependre del teixit [42]

En l'era de la seqüenciació de la propera generació, es va demostrar que un sol locus de miRNA és capaç de produir diverses isoformes o isomiR de miRNA diferents, que són variants de seqüència de miRNA que han alterat els extrems 3' i/o 5' a causa dels nucleòtids. addició, supressió o substitució [43]. La biogènesi d'isomiR pot dependre de la plantilla, donant lloc a un desplaçament de nucleòtids de 5' o 3', o no depenent de la plantilla, donant lloc a l'edició i a la cua de l'ARN post-transcripcional [44]. Els IsomiR es poden classificar en 3', 5', polimòrfics i mixtos, depenent de la variació de la seqüència i les alteracions de longitud [4]. Les modificacions de la seqüència posterior a la maduració, com ara la retallada (eliminació de nucleòtids mitjançant exoribonucleases a l'extrem 3') i la cua (addició de nucleòtids per nucleotidil transferases terminals a l'extrem 3') donen lloc a isomiRs 3' (també coneguts com 3'-isomiR). -retallat i amb cua 3'-isomiR) [43-45]També s'ha informat que els isomiR 5' es generen en gran part per la divisió imprecisa de seqüències de miRNA mitjançant Drosha i/o Dicer[43]. Els isomiR polimòrfics contenen canvis dins de la seqüència madura i no canvien de longitud, mentre que els isomiR mixtos contenen alteracions de longitud i seqüència [46,47]. En particular, es va demostrar que la generació d'isomiRs era específica de cèl·lules i teixits en mamífers, i es van utilitzar com a biomarcadors de càncer i implicades en la malaltia d'Alzheimer [48,49].

Hi ha molt pocs estudis que aclareixin completament el paper dels isomiR en el context de l'envelliment. Recentment, es va trobar que iomiR-19a-3p augmentava significativament en els centenaris no saludables en comparació amb els centenaris sans, cosa que indica que aquest isomiR es pot utilitzar com a marcador potencial per a un envelliment saludable [28]. A més, la seqüenciació d'isomiR de cèl·lules endotelials de la vena umbilical humana (HUVEC) tractades amb metformina (tractament d'extensió de la vida útil) durant la senescència replicativa va revelar que les seqüències no canòniques representaven gairebé el 40 per cent del total de miRNA, per la qual cosa el tractament amb metformina va alterar significativament el relatiu. abundància de 133 isomiRs que es van identificar com a variants de 73 miRNAs individuals [50]. Curiosament, es va trobar que els gens objectiu d'aquests miRNA i isomiR formaven part de la via de la fosfatidilinositol-3-quinasa (PI3K)-Akt i l'objectiu dels mamífers de la via de senyalització de la rapamicina (mTOR) [50]. En particular, la majoria d'isomiR afectats pel tractament amb metformina es van identificar com a 3'isomiR; tanmateix, al voltant del 5 per cent es van identificar com 5' isomiR, que es va demostrar que canviaven la seqüència de llavors i van donar un nombre més gran de gens diana que no eren comuns en els objectius de miRNA d'aquest estudi [50]. Una vegada més, els isomiR semblen ser marcadors efectius per avaluar l'envelliment saludable i l'extensió de la vida útil. No obstant això, les repercussions biològiques dels canvis dinàmics dels isomiR a través de l'envelliment i la senescència s'han d'explorar més a fons.

Els estudis van informar que almenys una coincidència de sis parells de bases de miRNA amb ARNm és necessària per al silenciament de l'expressió gènica i, a causa d'aquesta unió complementària amb l'ARNm objectiu, els miRNA individuals poden tenir múltiples ARNm objectiu (aproximadament 100 ARNm) i poden simultàniament. orientar diferents llocs 3-UTR del mateix ARNm, mentre que diferents miRNA també poden orientar-se al mateix ARNm, la qual cosa augmenta la complexitat dels resultats reguladors del mateix ARNm [32]. Això significa que cada cèl·lula i tipus de teixit presenta patrons molt complexos de miRNAs, i la desregulació d'un o més components dins de les xarxes de miRNA pot provocar un desequilibri de l'homeòstasi, una vida útil escurçada i una malaltia [5152]. De fet, els centenaris mostren una regulació positiva de l'expressió de miRNAs, és a dir, miR-16, miR{-18a i miR-21, mentre que l'expressió d'ARNm de l'ARN polimerasa Ⅱ, Drosha, Exportin{{ 10}}, i Dicer també estan tots regulats en comparació amb els octogenaris [29].

3. Degradació de miRNA dirigida a diana i el seu paper en els processos cel·lulars fonamentals

A diferència de la biogènesi del miRNA, el paper de la decadència/degradació del miRNA, especialment de la degradació del miRNA dirigida a la diana (TDMD), en la salut i la malaltia només comença a dilucidar-se. La TDMD es produeix quan un ARN objectiu és capaç d'induir la degradació/desintegració del seu miRNA cognat en lloc de provocar la repressió de la diana, que permet la modulació d'una varietat de processos cel·lulars. La TDMD es produeix quan hi ha una unió complementària extensa a la regió 3' del miRNA, que provoca un canvi conformacional que estimula l'extrem 3' perquè s'alliberi de la butxaca d'unió del domini Ago PAZ [53-55]Exposició posterior de l'extrem 3' permet la degradació enzimàtica del miRNA [54]Aquest procés també pot anar acompanyat de modificacions post-transcripcionals de la seqüència del miRNA, com ara la cua (per nucleotidil transferases terminals) i la retallada (per 3'-a{{9 }}'exonucleases), donant lloc a la producció d'isomiRs[56,57]. Els objectius TDMD també són capaços d'atrapar Ago2 en una conformació particular que permet l'exposició de l'extrem 3' del miRNA per a la cua i el retall mentre contínuament es troba a Ago2 [54,55]. Curiosament, és possible mesurar les taxes de desintegració del miRNA a les cèl·lules de mamífer mitjançant metodologies combinades com l'etiquetatge "pulse-chase" basat en l'ARN metabòlic 4sU amb seqüenciació d'ARN d'alt rendiment, on es va demostrar que la retallada i la retallada eren dinàmiques al llarg del temps en fibroblasts. 57]Aquestes metodologies poden resultar útils en estudis futurs que avaluïn la desintegració del miRNA durant l'envelliment fisiològic.

Un grapat d'estudis han explorat la TDMD endògena i la seva funció en mamífers, identificant els gens diana clau implicats en aquest fenomen. Per exemple, Serpinel, que codifica l'inhibidor de la proteasa serina-treonina, actua com un objectiu TDMD per controlar la degradació de miR-30b-5p i miR{-30c{-5p al ratolí fibroblasts, afavorint així la reentrada al cicle cel·lular dels fibroblasts quiescents[58]. Curiosament, tots els membres de la família miR-30 (miR-30a -30b,-30c,-30d-30e) poden interactuar amb Serpinel; tanmateix, només miR-30b i miR-30c presenten una complementarietat de l'extrem 3' estès (també coneguda com a aparellament 3C) amb la transcripció de Serpinel, demostrant que aquest aparellament 3C és fonamental per a TDMD [58]. En conjunt, la interacció Serpinel.miR-30b/c té un paper regulador clau en els fenotips de cèl·lules de mamífers facilitant la reentrada al cicle cel·lular de les cèl·lules quiescents. Es va informar que un altre exemple d'un objectiu TDMD endògen, el gen de la proteïna relacionada amb la regeneració neuronal (Nrep), va dirigir la degradació de miR-29b mitjançant el retall de 3', controlant la coordinació motora global i l'aprenentatge motor en ratolins[59]. Normalment, Nrep restringeix l'expressió miR-29b únicament a les neurones cerebel·loses de Purkinje, mentre que la interrupció del lloc miR-29 a Prep va expandir l'expressió miR{-29b a la capa granular cerebel·losa, donant lloc a anormalitats. aprenentatge motor i coordinació en ratolins [59]. Més concretament, el revolt del lloc miR-29 a Nrep a les cèl·lules progenitores neuronals va donar lloc a l'absència d'isoformes miR-29 produïdes mitjançant la retallada o la cua 3'[59]. Curiosament, també es va demostrar que el lloc Prep miR-29 tenia una gran similitud de seqüències amb la libra d'ARN no codificant del peix zebra, que regula el comportament exploratori i semblant a l'ansietat en el peix zebra [59]. En conjunt, el TDMD, a través d'objectius endògens, és essencial per mantenir les funcions i els comportaments adequats del cervell dels mamífers i per controlar els fenotips cel·lulars.

4. Els perfils d'expressió de miRNA són dinàmics i específics per als teixits durant l'envelliment

Durant l'envelliment dels teixits, hi ha una disminució progressiva de l'abundància de miRNA, que es va informar per primera vegada a causa de les disminucions associades a l'edat en la biogènesi de miRNA que es produeixen mitjançant la regulació a la baixa de Dicer[60]. De fet, es va demostrar que la biogènesi de miRNA millora la tolerància a l'estrès i la longevitat en C. elegans i en el teixit adipós dels ratolins, mentre que els miRNA específics es van associar amb la resistència a l'estrès i l'envelliment[23,60]. Més recentment, es va trobar que els gens de la biogènesi de miRNA. De fet, estan molt enfocats pels miRNAs que estan implicats en processos relacionats amb l'edat, és a dir, miRNA-71, que es va demostrar que regula a la baixa l'expressió global de miRNA i condueix a una major variabilitat de l'expressió d'ARNm amb l'edat [19]. Aquests resultats estan en línia amb evidències anteriors que van establir miR-71 com un dels miRNA més estudiats en el context de l'envelliment i la longevitat, amb una regulació significativa de la seva expressió durant l'edat adulta primerenca i mitjana [24,25]. Curiosament, també s'ha informat recentment que miR-71 estimula el recanvi de proteïnes depenent de la ubiquitina, específicament a l'intestí, allargant la vida útil de C. elegans, mentre que la seva inhibició afectava la proteòstasi de l'organisme [61]. En particular, les olors dels aliments detectades per C. elegans mitjançant neurones olfactives AWC ciliades 1) estimulen una regulació no autònoma de la cèl·lula de la degradació de proteïnes depenent de la ubiquitina mitjançant el sistema ubiquitina-proteasoma (UPS) i mitjançant la degradació de proteïnes associada al reticle endoplasmàtic (ER). (ERAD) i 2) augmenten la resistència a l'estrès tèrmic a l'intestí [61]. Els autors van demostrar que miR-71 inhibeix específicament la proteïna del domini del receptor Toll (TIR-1) a les neurones olfactives de l'ala "C" (AWC) dels àmfids, mentre que miR-71 i/o TIR{ {29}}els cucs eliminatoris mostren una disfunció UPS i ERAD, eliminant la influència de la font d'aliment en aquesta resposta [61]. Un punt important que sorgeix és que les xarxes reguladores de miRNA són molt complexes en diversos models d'organismes, i els perfils d'expressió de miRNA semblen ser específics del teixit i, al mateix temps, interconnectats amb diversos teixits.

La majoria dels estudis que han explorat el paper dels miRNAs en l'envelliment normal dels teixits dels mamífers s'han centrat en experiments utilitzant mostres principalment del teixit cerebral i del múscul esquelètic, potser a causa de la propensió d'aquests teixits al desenvolupament de malalties relacionades amb l'edat [62]Una molt estudiada. El miRNA en l'envelliment i les malalties relacionades amb l'edat és miR-34. S'ha demostrat que aquest miRNA està regulat a l'alça en l'envelliment de C. elegans [63], mentre que la seva sobreexpressió allarga la vida útil a Drosophila i redueix la propensió a la neurodegeneració relacionada amb l'edat [64] Tanmateix, al contrari d'altres organismes, els membres del miR{{7} } té un paper perjudicial en l'envelliment del cervell dels mamífers, on es va trobar una regulació de miR-34c a l'hipocamp del ratolí tant en l'envelliment normal com en els models d'AD i s'associa amb el declivi cognitiu [65]. A més, la regulació a l'alça associada a l'edat de miR-29a i miR{-29b al cervell del ratolí condueix a una desregulació de la microglia i un augment de la neuroinflamació, també un segell distintiu de l'envelliment cerebral [66]. De la mateixa manera, durant el procés d'envelliment, la degeneració i la regeneració musculars estan desequilibrades, provocant una pèrdua de l'homeòstasi muscular. A més, els miRNAs, és a dir, miR-29, es van relacionar amb la sarcopènia, una pèrdua de funció muscular relacionada amb l'edat, i es va demostrar que modulaven l'apoptosi, la senescència i la senyalització del factor de creixement semblant a la insulina (IGF{-1). en les cèl·lules musculars envellides [67]. Així, els miRNAs es poden utilitzar com a biomarcadors de l'envelliment en més d'un teixit i per a fenotips específics associats a l'edat com la sarcopènia.

Recentment, un grup d'estudis va explorar el paper del miR-206 durant l'envelliment i l'homeòstasi vascular (és a dir, el múscul cardíac) i el múscul esquelètic[68-74]. L'expressió augmentada de miR-206 es va relacionar amb l'envelliment vascular, especialment en individus amb arítmies, [74] i també es va demostrar que inhibeix la proliferació de cèl·lules musculars llises vasculars i promou l'aterosclerosi[72,73]. Aquests estudis posen l'accent en la importància d'explorar la regulació del miRNA en un teixit específic de mamífer per poder trobar noves dianes terapèutiques per a patologies específiques relacionades amb l'edat.

Tenint en compte totes aquestes troballes recents, és evident que les xarxes reguladores de miRNA medien l'envelliment i la longevitat fins a cert punt. Tanmateix, és essencial aclarir els papers dels miRNAs per a cada model d'organisme a causa de la naturalesa complexa de les xarxes reguladores de miRNA i la gran quantitat d'objectius potencials que pot tenir cada miRNA. A les seccions següents, destaquem més de prop l'impacte de la disminució de la proteòstasi específicament relacionada amb l'edat dels miRNAs que implica processos de degradació i eliminació de proteïnes, resumits a la figura 1, i aprofundim en la seva influència potencial en l'agregació de proteïnes generalitzada durant l'envelliment dels mamífers.

5. El paper de la regulació del miRNA en la disminució autofàgica relacionada amb l'edat del cervell i el múscul esquelètic

Descrits com a moduladors principals de diverses vies de degradació relacionades amb la proteòstasi durant l'envelliment dels teixits dels mamífers, els informes científics s'han centrat en les xarxes reguladores de miRNA que impliquen la via autofàgia-lisosoma (ALP), amb especial èmfasi en l'objectiu dels mamífers del complex de rapamicina (mTOR), principalment. al cervell i al múscul [24,75].Inukai i els seus col·legues (2012) van realitzar un dels primers estudis utilitzant la seqüenciació profunda de Solexa per identificar l'enllaç entre l'expressió diferencial dels miRNA durant l'envelliment cerebral i la senyalització mTOR [24].cistanche แอ ม เว ย์En aquest estudi, la majoria dels miRNAs expressats de manera diferencial van disminuir en abundància relativa en ratolins de 24-25-mesos en comparació amb els de 5-mesos, amb l'anàlisi de KEGGenrichment que va revelar que els miRNAs, és a dir, miR-5620 isomiR i miR-341 isomiR, estan implicats en la senyalització mTOR/proteïna quinasa B(Akt)/Forkhead box classe O (FOXO) [24].

Un tipus d'autofàgia, anomenada macrofàgia, implica la degradació i el reciclatge dels components citoplasmàtics, inclosos els residus cel·lulars i les proteïnes mal plegades, que s'empaqueten en vesícules de doble membrana anomenades autofagosomes, que es fusionen amb lisosomes per ser degradats per hidrolases lisosomals. 75]. Els agregats de proteïnes poden ser absorbits pels autofagosomes i degradats, i l'envelliment pot alterar l'eliminació autofàgica a través de defectes en la formació d'autofagosoma, fusió fallida autofagosoma-lisosoma i acidificació del lisosoma [76]. La disfunció autofàgica relacionada amb l'edat també pot provocar el desenvolupament de malalties relacionades amb l'edat, és a dir, sarcopènia i malalties neurodegeneratives. Per a una revisió extensa, vegeu [75]. Durant l'envelliment del múscul esquelètic, es va demostrar que l'activitat autofàgica disminueix en pacients d'edat avançada amb sarcopènia i en el teixit muscular murí, on els nivells de proteïnes de LC3, un marcador d'autofagosomes i autolisosomes, i l'enzim E{10}}com ATG7 disminueixen amb l'edat. 62]. Recentment s'ha confirmat que miR-34a és un actor clau en l'activitat autofàgica en l'envelliment cerebral, amb la seva regulació positiva que provoca una autofàgia defectuosa i una dinàmica mitocondrial anormal en models d'envelliment de rates induïts per d-galactosa [77]. En aquest mateix estudi, la disfunció autofàgica es va revertir mitjançant l'administració d'un inhibidor de miR-34a cèl·lules SH-SY5Y induïdes per d-galactosa i va donar lloc a l'expressió augmentada de proteïnes relacionades amb l'autofàgia, és a dir, LC3, Beclin 1, ATG7 i la degradació de P62[7]En conjunt, el miRNA-34a pot ser un objectiu terapèutic eficaç per atenuar i/o revertir la disminució autofàgica relacionada amb l'edat al cervell dels mamífers.

Els miRNAs enriquits en múscul, coneguts com a mio-miRNAs, com ara miR-1 i miR{-206, poden regular els objectius mitjançant la via PI3K/AKT/mTOR/FOXO, que controla el cicle cel·lular, la proliferació i processos de diferenciació en miòcits [68-71]. Recentment, es va demostrar que els pacients amb hemodiàlisi sotmesos a un entrenament de resistència física regular tenien nivells més baixos de miR-206, cosa que va provocar una miogènesi més gran i menys calcificacions cardíaques, un segell distintiu de l'envelliment vascular [69]. Els autors van concloure que, després d'un entrenament regular, la regulació a la baixa de miR-206 possiblement estimula la miogènesi mitjançant la unió del factor de creixement semblant a la insulina 1 (IGF1) i l'activació de la via PI3K/AKT/mTOR [70]. De la mateixa manera, al múscul esquelètic humà, es va identificar 26 miRNAs que estaven regulats per l'edat, l'exercici o una combinació d'ambdós, de manera que nou d'aquests miRNAs, és a dir, miR-99a-5p, miR{{18 }}b-5p, miR-100-5p, miR-199a i miR-196b{-5p, tenen seqüències objectiu validades dins dels 3'UTR dels gens diana implicats en la via de senyalització Akt/mTOR, com ara mTOR, Akt, proteïna associada reguladora del complex MTOR 1 (RPTOR) i IGF1[71].

En particular, també es va identificar que miR-378 era crucial per a l'homeòstasi muscular mantenint l'autofàgia mitjançant l'orientació directa de la proteïna quinasa 1 depenent de fosfoinosítids (PDK1), promovent la senyalització Akt-mTORCl i reduint l'apoptosi dels miòcits mitjançant l'orientació de la caspasa 9. [69]. Els ratolins MiR-378-knockout presentaven una autofàgia deteriorada i l'acumulació de mitocondris defectuosos, mentre que es va demostrar que la sobreexpressió de miR-378 reduïa la fosforilació de l'unc-51-com l'autofàgia activant la cinasa 1 (ULK1), promovent posteriorment la formació d'autofagosomes, un resultat que es va validar per l'expressió LC3 i la punxada regulada a la línia cel·lular de miotub C2C12[69]. Aquest estudi és important perquè confirma que miR-378 té un paper beneficiós en la promoció de l'autofàgia i identifica els seus dos objectius directes: (1) PDK1, que activa Akt i mTORCl per promoure l'autofàgia al múscul esquelètic i (2) Caspasa9, que suprimeix l'apoptosi dels miòcits. No obstant això, encara queden molts aspectes de la regulació del miRNA de l'autofàgia per explorar en el context de l'envelliment dels teixits, especialment en espècies de mamífers.

En el context de l'agregació de proteïnes relacionada amb l'edat, es va demostrar que miR-1 regula la funció muscular i millora el bombeig faríngi en resposta a l'estrès proteotòxic al llarg del temps, alhora que suprimeix l'agregació de proteïnes de poliglutamina 35 (polyQ35) a C.elegans [30]. ]. Es va identificar una subunitat v-ATPasa, vha-13 com a objectiu directe de miR-1, que regula la biogènesi i la funció lisosomals [30]. Per tant, miR-1 s'hauria d'estudiar com una estratègia terapèutica putativa per combatre l'agregació de proteïnes específiques del múscul i millorar la motilitat muscular al llarg de la vida. Anteriorment, es va demostrar que l'augment dels nivells de miR-1 promou l'autofàgia reduint així l'acumulació d'agregats de proteïnes a C. elegans i cèl·lules de mamífers[78]En particular, a les neurones corticals del ratolí i les cèl·lules HeLa, miR-1 s'activa. autofàgia mitjançant l'orientació de la proteïna activadora de la GTPasa Rab Tre-2/Bub2/CDC16 (TBC) (TBC1D15) en resposta a l'acumulació d'agregats de huntingtina mutants[78]. Es va demostrar que TBC1D15 bloqueja l'autofàgia inactivant Rab7, que regula la fusió de l'autofagosoma i el lisosoma. Una vegada més, miR-1 sembla ser un candidat eficaç per a terapèutiques anti-envelliment dirigides a processos relacionats amb l'autofàgia.

6. Els miRNAs medien el sistema ubiquitina-proteosoma en l'envelliment cerebral i l'atròfia muscular

El sistema ubiquitina-proteasoma (UPS) és un procés de degradació proteolítica cel·lular que consisteix en el proteasoma 26S com a component central, que inclou dos components reguladors 19S i un nucli 20S [79]. L'activitat proteasòmica disminueix durant l'envelliment normal i en la neurodegeneració [80]. Durant l'últim any, dos estudis han descrit la contribució de la regulació del miRNA a les alteracions relacionades amb l'UPS al llarg de l'envelliment en el context no relacionat amb la malaltia [81-83]. Per exemple, es va trobar que miR-127-5p tenia una expressió reduïda al cervell de ratolins C57BL/6] envellits sotmesos a isquèmia induïda per LPS i, per primera vegada, va identificar la subunitat reguladora 3 no ATPasa del proteasoma 26S (Psmd3) com un dels seus objectius [82]. Aquest estudi és important perquè els autors no només van proporcionar un miRNome cerebral mitjançant la seqüenciació de miRNA madur, sinó que també van identificar un nou miRNA al cervell, miR-127, que s'associa amb l'apoptosi cel·lular i l'activitat proteasòmica durant l'envelliment i la isquèmia. A més, en els portadors sans del polimorfisme de l'apolipoproteïna E (ApoE c4), relacionat amb l'eliminació A i un major risc de desenvolupament d'AD, es va demostrar que miR-153-3p augmentava, provocant el bloqueig del factor nuclear eritroide{{ 23}}funció proteasòmica mediada pel factor relacionat-2(Nrf2) i acumulació d'eritròcits A al plasma [81] A més, components associats al proteasoma, com la proteïna 1 (Keapl) associada a ECH similar a Kelch en plasma i eritròcit histona desacetilasa 6 (HDAC6), també es va incrementar en els portadors d'Apoes4 en comparació amb els no portadors [81]. El polimorfisme ApoE a4, juntament amb els components associats al proteoasoma i miR-153-3p, es pot utilitzar com a marcadors de plasma o circulants per avaluar la vulnerabilitat a l'acumulació d'A i la disfunció proteasòmica associada durant l'envelliment cerebral i, al mateix temps, per avaluar la propensió al desenvolupament de la neurodegeneració patològica relacionada amb l'edat i l'agregació de proteïnes, proporcionant així una mesura no invasiva per als portadors.

L'atròfia muscular es caracteritza per una degradació aberrant de proteïnes a través de la via UPS [83].quant cistanche prendreEn el múscul esquelètic, el dit anular muscular 1 (MuRF1) i la caixa F d'atròfia muscular (MAFbx)/atrogin-1 són lligases d'ubiquitina E3 que es creu que estan implicades en la ubiqüitinació de substrats per a la degradació pel proteasoma 26S, en què els augments d'aquests components de l'UPS afavoreixen l'atròfia muscular [83]. Durant l'atròfia muscular, hi ha una sobreexpressió de MuRFI i MAFbx/atrogin-1, mentre que la inhibició d'aquests components frena la pèrdua muscular [84,85].bioflavonoidesDiversos estudis han destacat el paper dels miRNAs en la regulació de l'expressió de MuRFl i MAFbx/atrogin{0}}. Per exemple, es va demostrar que miR-23a inhibeix l'activació translacional de MuRFl i MAFbx/atrogin-1, contrarestant l'atròfia muscular en un model de ratolí d'atròfia muscular induïda per dexametasona [86].què és un cistancheA més, es va trobar que l'augment de l'expressió de miR-1 específic del múscul redueix els nivells d'HSP70, disminuint la fosforilació AKT i conduint a l'activació de FOXO3 i, finalment, resultant en la regulació de l'expressió MuRFl i MAFbx/atrogin-1. durant l'atròfia muscular induïda per la dexametasona en ratolins [87]. En particular, després de la inducció de dexametasona, miR-1, regula la desfosforilació i la posterior activació de FoxO3a mitjançant la senyalització HSP70/Akt, que inhibeix directament o indirectament les proteïnes que contraresten l'atròfia muscular [87] Més recentment, la inhibició de MuRF1 i MAFbx/ Es va demostrar que la transcripció d'atrogina-1 millora la pèrdua muscular al múscul esquelètic (específicament, els músculs gastrocnemi) de ratolins de 40-setmana d'edat amb acceleració de senescència 8 (SAMP8) en comparació amb la senescència igualada per edat. -ratolins resistents al ratolí accelerat (SAMR1) després de l'estimulació amb epigalocatequina-3-gallat (EGCG), un component de catequina del te verd conegut per millorar la pèrdua muscular [88]. Es va demostrar que l'EGCG inhibeix la miostatina i regula a l'alça miR-486-5p, que suprimeix directament la fosfatasa i l'homòleg de tensina (PTEN), augmentant la fosforilació Akt i donant lloc a la inhibició de FoxOla activa i la supressió de MuRFl i MAFbx/atrogin{{ 25}} transcripció al múscul esquelètic de ratolins SAMP8 de 40-setmanes d'edat, així com en cèl·lules de mioblast C2C12 de pas tardà [88]. Aquest estudi va descobrir una intervenció única de pèrdua de múscul mitjançant el component EGCC del te verd per alterar la regulació del miRNA en el procés ubiquitina-proteasoma i la senyalització PI3K/Akt/FOXO al múscul esquelètic. De fet, aquestes troballes proporcionen proves que l'activació de l'UPS associada a miRNA promou l'atròfia muscular principalment mitjançant l'orientació de MuRFI i MAFbx/atrogin-1 al múscul esquelètic.

7.miRNAs com a UPR i reguladors d'agregació de proteïnes

En condicions d'estrès, les proteïnes plegades malament s'acumulen al lumen de l'ER i provoquen l'UPRER per a la degradació d'aquestes proteïnes a través de tres vies clau, és a dir, la proteïna quinasa semblant a l'ARN ER kinase (PERK), l'enzim -1 alfa que requereix inositol. (IRE-1o)/proteïna d'unió a X-box-1 (XBP{-1) i les vies del factor de transcripció activador 6 (ATF6)[890]. L'activitat UPRFR es redueix durant l'envelliment de les condicions d'estrès ER, mentre que la sobreexpressió de XBP-1 és capaç de millorar la resistència a l'estrès i la longevitat ER [89,90]. En general, és evident que la UPRER té un paper funcional en l'envelliment i la vida útil.

Es va informar que els miRNA modulen directament la resposta a l'estrès ER o, en canvi, se sotmeten a una regulació mitjançant l'estrès ER [91]. De fet, els sensors d'estrès ER, és a dir, PERK, poden regular directament l'expressió de miRNA coordinant la senyalització pro i anti-apoptòtica sobre l'estrès ER [92]. Per exemple, miR-30c{-2-3p mitjançant la senyalització mediada per PERK condueix a una disminució de l'ARNm de XBP-1, que posteriorment afavoreix la mort cel·lular en fibroblasts NIH-3T3 [92]. ]Durant l'estrès del ER, la regulació a la baixa de la família miR-106b{-25 mitjançant l'activació PERK permet l'activació dels gens de la família del limfoma de cèl·lules B pro-apoptòtics 2 (BCL{-2), com ara Bim, provocant així l'apoptosi induïda per l'estrès ER a les línies cel·lulars [93]. La regulació a la baixa de la família miR106b-25 i l'apoptosi induïda per l'estrès ER també es va trobar en un model de ratolí ALS (SOD1 G93A mutant), que vincula aquesta família de miRNA i els seus objectius a la neurodegeneració en ALS[93]. Recentment, a les neurones corticals i hipocampals dels ratolins, després de l'estimulació amb glicació avançada dels productes finals de l'albúmina sèrica bovina (AGE-BSA) per induir estrès ER, miR-24,-27b,{{ Es va trobar que 30}},-224,-290,-351 i-488 estaven regulats a la baixa, mentre que l'ARNm dels objectius UPR (Prk, Irela, Chop i Puma) estaven regulats a l'alça, cosa que indica que aquests miRNAs són probables reguladors de la UPR [94]Usant algorismes de predicció de miRNA-objectius, els autors van trobar que PERK estava dirigit per miR-24 i miR{-488, Irelo per miR{{ 40}},-124,-290,-351 i -488, Chop by miR-224 i Puma per miR-24,{{ 47}}b i -351 [94]. Després de l'exposició als sucres, la glicació avançada de proteïnes dóna lloc a interaccions entre els productes finals de glicació avançada (AGEs) i RAGE (receptor d'AGEs), que promou l'acumulació de proteïnes tòxiques aberrants, estrès oxidatiu cel·lular posterior i estrès ER [94]. A més, alguns d'aquests miRNA també es van trobar en estudis de perfil d'expressió en neurodegeneració, és a dir, miR-27b, -124 i -488 [95], cosa que suggereix que aquests miRNAs poden ser adequats. marcadors de l'envelliment en ambdós contextos. No obstant això, encara s'ha d'establir una relació causal directa entre l'agregació de proteïnes i la desregulació del miRNA en el context tant de l'envelliment saludable com de la neurodegeneració patològica relacionada amb l'edat.

8. Les proteïnes d'unió a miRNA també regulen la vida útil mitjançant components de xarxa de proteòstasi

Nombrosos informes han demostrat que les proteïnes d'unió a miRNA regulen l'envelliment mitjançant components de la xarxa de proteòstasi. A C. elegans, per exemple, es va demostrar que Argonaute, Dicer, Drosha i DGCR8/Pasha controlen l'envelliment i la longevitat [19,24,25]. S'ha demostrat que l'argonaute-1 (alg-1) promou la longevitat, mentre que l'argonaute-2(alg{-2) escurça la vida útil on molts dels gens expressats de manera diferent en alg{{10} mutants }} i alg-2 C elegans formen part de la via de senyalització (IS) de la insulina/IGF-1, amb regulació mitjançant DAF. 16/FOXO [96]. A més, específicament en alg-1 mutants, es va trobar que el factor de xoc tèrmic 1 (hsf1), un factor transcripcional que forma part de la resposta a l'estrès del xoc tèrmic, estava regulat a la baixa [96]. Els cultius de cèl·lules d'agregació de Huntingtina i els models de ratolí, així com les mostres post mortem de pacients amb malaltia de Huntington, també han demostrat que l'Argonaute-2(AGO2), un component bàsic del RISC, es relocalitza i s'acumula en els grànuls d'estrès. localitzades a les neurones estriatals que expressen agregats mutants de Huntingtina (mHTT), dificultant així la fusió tardana d'autofagosoma i lisosoma i, al mateix temps, provocant un augment global de l'expressió de miRNA [31].No obstant això, a causa de la relocalització d'AGO2 i la formació de complexos AGO2-miRNA en grànuls d'estrès, els autors van assenyalar que l'activitat global del miRNA, especialment el silenciament de la diana, es veia obstaculitzada a les neurones que expressaven mHTT [31]. En aquest cas, es va demostrar que els agregats de proteïnes interfereixen amb l'eliminació autofàgica, la qual cosa afavoreix l'acumulació d'AGO2 i alteracions en els nivells i l'activitat de miRNA, possiblement provocant danys neuronals. Aquests resultats presenten una perspectiva nova, resumida a la figura 2, que destaca el paper de l'agregació de proteïnes relacionada amb l'edat en la disfunció autofàgica, la biogènesi del miRNA i l'activitat del miRNA durant l'envelliment dels mamífers (figura 2).

supervivència de les neurones reduint la vulnerabilitat específicament a l'estrès ER induït per thapsigargina, cosa que suggereix que la biogènesi de miRNA mitjançant Dicer és neuroprotectora contra l'estrès ER. La baixa regulació de Dicer durant l'envelliment pot comprometre la biogènesi del miRNA i conduir a l'estrès ER acumulat i la neurodegeneració de les neurones de dopamina[9]. Tècniques de seqüenciació innovadores com la seqüenciació de reticulació millorada amb ribonucleòsids fotoactivables i immunoprecipitació (PAR-CLIP) han identificat funcions alternatives de Dicer a les cèl·lules humanes, així com a C.elegans, per la qual cosa es va demostrar que Dicer estava implicat en la degradació de diversos elements estructurals. ARN que abans eren indetectables amb altres metodologies [9]

A més, Drosha pot escindir les estructures de forquilla que estan incrustades en els ARNm, desestabilitzant-les i, per tant, controlant directament l'expressió d'ARNm. Es va demostrar que Drosha talla els ARNm per a factors de diferenciació que són fonamentals per a la neurogènesi[10]. A més, després de la infecció viral, es va informar que Drosha s'exportava al citoplasma per tallar l'ARN genòmic viral per tal de suprimir la replicació viral [101,102]. La fosforilació i l'exportació nuclear de Drosha també es produeix després del xoc tèrmic i l'estrès oxidatiu, perjudicant la biogènesi de miRNA mediada per Drosha[103]. Una altra tècnica de seqüenciació innovadora, anomenada immunoprecipitació i seqüenciació de reticulació de formaldehid (fCLIP-seq), ha descobert que Drosha escinda els substrats no canònics provinents de la loi no miRNA en forquilles curtes, generant petits ARN[104] Els protocols que utilitzen PAR-CLIP i fCLIP poden identificar possibles interaccions entre proteïnes d'unió a miRNA i ARN estructurals en mostres de teixit i en el context de malalties relacionades amb l'edat [104]. En conjunt, els resultats d'aquests estudis proporcionen noves vies d'investigació per a l'orientació dels components de la biogènesi de miRNA per canviar l'expressió de miRNA i, possiblement, nous objectius d'ARNm, per tal d'augmentar l'eficiència de la xarxa de proteòstasi per netejar proteïnes tòxiques i atenuar l'agregació de proteïnes relacionada amb l'edat.

9. Conclusions

L'objectiu principal d'aquesta revisió era proporcionar proves de suport, basades en estudis recents, per a la nova perspectiva emocionant que els miRNAs, i fins a cert punt les proteïnes que s'uneixen a miRNA, poden regular directament la proteòstasi, que és rellevant per a l'expansió de la vida de l'organisme, i poden També s'utilitzarà com a marcadors de l'envelliment dels teixits sans per a comparacions amb malalties relacionades amb l'edat. En particular, els gens objectiu del miRNA en vies de degradació relacionades amb la proteòstasi, com ara els sistemes UPS i ALP, semblen ser molt específics del teixit al cervell i al múscul esquelètic dels mamífers durant l'envelliment, a través de diversos models d'organismes. A més, el paper de la regulació del miRNA en la disfunció relacionada amb l'edat dels mecanismes de degradació i eliminació de proteïnes s'ha fet encara més evident en estudis recents sobre el cervell dels mamífers i els teixits musculars esquelètics.comprar cistancheA partir de les troballes que demostren la regulació de la proteòstasi mediada per miRNA durant l'envelliment dels mamífers, teoritzem que els estudis futurs haurien d'explorar una relació causal directa entre l'agregació de proteïnes i la desregulació del miRNA en el context tant de l'envelliment saludable com de la neurodegeneració patològica i l'atròfia muscular relacionada amb l'edat, que es representen a la figura 2. Com que hi ha alguns perfils de miRNA superposats alterats tant en els contextos normals com patològics de l'envelliment, el potencial de modular els miRNAs, especialment augmentar els nivells de miRNAs que tenen com a objectiu l'eliminació de proteïnes i els gens relacionats amb l'autofàgia, podria ser rellevant per al futur. estratègies terapèutiques anti-envelliment.

Contribucions de l'autor: Conceptualització, SF,VM, ARSi MAS; redacció: preparació de l'esborrany original, SF; redacció: revisió i edició, visualització SF, VM., MF, AR, GM, ARS i MAS, SF i VM; recursos, GM, A.RS.i MAS; supervisió, A.RS.i M.ASS, adquisició de finançament, GM, ARS i MASSATots els autors han llegit i acceptat la versió publicada del manuscrit.

Finançament: aquesta investigació va ser finançada per la FUNDACIÓ PORTUGUESA PER A LA CIÈNCIA I LA TECNOLOGIA (FCT) i FEDER (FUNDO EUROPEU DE DESENVOLVIMENTO REGIONAL) a través del PROGRAMA OPERACIONAL COMPETE2020 PER A LA COMPETITIVITAT I LA INTERNACIONALITZACIÓ (POCI) (Genoma:} FEDER-022184;SAVE: POCI-0145-FEDER-029843); MEDICIS(CENTRO-01-0246-FEDER{-000018);i el projecte "Piloto per a una elaboració d'una estrategia i una rede regional per a una medicina personalitzada/precisa" Grant(CENTRO-08-5864-FSE{{9} }).

La unitat de recerca iBiMED compta amb el suport de la FCT (UID/BIM/04501/2020). SF i MF tenen el suport directe de subvencions FCT (SFRH/BD/148323/2019 i SFRH/BD/131736/2017).

Aquest article està extret de Int. J. Mol. Ciència. 2022, 23, 3232. https://doi.org/10.3390/ijms23063232 https://www.mdpi.com/journal/ijms