mikroRNA: Pemahaman Baru Mekanisme Tindakan dalam Jangkitan Virus dan Kepentingannya

MicroRNA atau secara ringkasnya miRNA (tidak boleh dikelirukan dengan mRNA atau RNA messenger) ditemui pada tahun 1993 dan telah dikaji secara meluas dalam tempoh dua dekad yang lalu atau lebih untuk peranannya dalam mengawal ekspresi gen. miRNA dinyatakan secara berbeza dalam pelbagai sel dan tisu badan. Penyelidikan terkini oleh saintis di Queen's University, Belfast telah membongkar peranan mekanistik miRNA dalam peraturan sistem imun apabila sel badan dicabar oleh virus. Penemuan ini akan membawa kepada pemahaman yang lebih baik tentang penyakit dan eksploitasi mereka sebagai sasaran untuk pembangunan terapeutik baru.  

MikroRNA atau miRNA telah mendapat populariti sejak dua dekad yang lalu kerana peranan mereka dalam proses pasca transkrip seperti pembezaan, homeostasis metabolik, percambahan dan apoptosis ^(1-5). miRNA adalah beruntai tunggal kecil RNA urutan yang tidak mengekod untuk sebarang protein. Ia berasal daripada prekursor yang lebih besar, yang berstrand dua RNA. Biogenesis daripada miRNA bermula dalam nukleus sel dan melibatkan penjanaan primer miRNA transkrip oleh RNA polimerase II diikuti dengan pemangkasan transkrip utama untuk melepaskan jepit rambut pra-miRNA oleh kompleks enzim. Yang utama miRNA kemudiannya dieksport ke sitoplasma di mana ia bertindak oleh DICER (kompleks protein yang seterusnya membelah pra-miRNA), dengan itu menghasilkan miRNA untaian tunggal yang matang. MiRNA matang mengintegrasikan dirinya sebagai sebahagian daripada kompleks pembungkaman disebabkan RNA (RISC) dan mendorong pembungkaman gen selepas transkrip dengan mengikat RISC ke kawasan pelengkap, yang terdapat dalam 3' kawasan tidak diterjemahkan (UTR), dalam mRNA sasaran. 

Kisah ini bermula pada tahun 1993 dengan penemuan miRNA in C. elegans oleh Lee dan rakan-rakannya ⁽⁶⁾. Telah diperhatikan bahawa protein LIN-14 telah dikurangkan oleh gen transkripsi lain yang dipanggil lin-4 dan downregulation ini diperlukan untuk perkembangan larva dalam C. elegans dalam kemajuan dari peringkat L1 ke L2. Lin-4 yang ditranskripsikan menghasilkan ekspresi LIN-14 yang merendahkan melalui pengikatan pelengkap ke kawasan 3'UTR lin-4 mRNA, dengan sedikit perubahan kepada mRNA tahap lin-4. Fenomena ini pada mulanya dianggap eksklusif dan khusus untuk C. elegans, sehingga kira-kira 2000, apabila ia ditemui dalam spesies haiwan lain ⁽⁷⁾. Sejak itu, terdapat banyak artikel penyelidikan yang menerangkan penemuan dan kewujudan miRNA dalam kedua-dua tumbuhan dan haiwan. Lebih 25000 miRNA telah ditemui setakat ini dan bagi kebanyakan orang, peranan sebenar yang mereka mainkan dalam biologi organisma masih sukar difahami. 

miRNA melaksanakan kesannya dengan menindas mRNA selepas transkripsi dengan mengikat ke tapak pelengkap dalam 3' UTR mRNA yang mereka kawal. Komplementari yang kuat menandakan mRNA untuk degradasi manakala komplementari yang lemah tidak menyebabkan sebarang perubahan dalam tahap mRNA tetapi menyebabkan perencatan terjemahan. Walaupun peranan utama miRNA adalah dalam penindasan transkrip, mereka juga bertindak sebagai pengaktif dalam kes yang jarang berlaku ⁽⁸⁾. miRNA memainkan peranan yang sangat diperlukan dalam perkembangan organisma dengan mengawal selia gen dan produk gen terus dari keadaan embrio kepada perkembangan sistem organ dan organ. ^(9-11). Sebagai tambahan kepada peranan mereka dalam mengekalkan homeostasis selular, miRNA juga telah terlibat dalam pelbagai penyakit seperti kanser (miRNA bertindak sebagai pengaktif dan penindas gen), gangguan neurodegeneratif dan penyakit kardiovaskular. Memahami dan menjelaskan peranan mereka dalam pelbagai penyakit boleh membawa kepada penemuan biomarker baharu dengan pendekatan terapeutik baharu yang serentak untuk pencegahan penyakit. miRNA juga memainkan peranan penting dalam pembangunan dan patogenesis jangkitan yang disebabkan oleh mikroorganisma seperti bakteria dan virus dengan mengawal selia gen sistem imun untuk melancarkan tindak balas yang berkesan terhadap penyakit ini. Dalam kes jangkitan virus, interferon Jenis I (IFN alpha dan IFN beta) dikeluarkan sebagai sitokin anti-virus yang seterusnya memodulasi sistem imun untuk melancarkan tindak balas memerangi. ⁽¹²). Pengeluaran interferon dikawal ketat pada tahap transkripsi dan terjemahan dan memainkan peranan penting dalam menentukan tindak balas anti-virus oleh hos. Walau bagaimanapun, virus telah berkembang dengan cukup untuk memperdayakan sel perumah supaya menekan tindak balas imun ini, memberikan kelebihan kepada virus untuk replikasi dan dengan itu memburukkan lagi gejala penyakit. ^{(12, 13)}. Kawalan ketat interaksi antara pengeluaran IFN oleh hos apabila jangkitan virus dan penindasannya oleh virus yang menjangkiti menentukan tahap dan tempoh penyakit yang disebabkan oleh virus berkenaan. Walaupun kawalan transkrip pengeluaran IFN dan gen yang dirangsang IFN (ISG) yang berkaitan telah mantap ⁽¹⁴⁾, mekanisme kawalan translasi masih sukar difahami ⁽¹⁵⁾. 

Kajian terbaru oleh penyelidik di Universiti McGill, Kanada dan Universiti Queens, Belfast memberikan pemahaman mekanistik tentang kawalan translasi IFN pengeluaran yang menonjolkan peranan protein 4EHP dalam menyekat pengeluaran IFN-beta dan penglibatan miRNA, miR-34a. 4EHP mengecilkan pengeluaran IFN dengan memodulasi pembungkaman translasi yang disebabkan oleh miR-34a bagi mRNA Ifnb1. Jangkitan dengan virus RNA dan induksi beta IFN meningkatkan tahap miR-34a miRNA, mencetuskan gelung kawal selia maklum balas negatif yang menindas ekspresi beta IFN melalui 4EHP ⁽¹⁶⁾. Kajian ini sangat penting berikutan pandemik semasa yang disebabkan Covid-19 (jangkitan yang disebabkan oleh virus RNA) kerana ia akan membantu dalam pemahaman lanjut tentang penyakit dan membawa kepada cara baru untuk menangani jangkitan dengan memodulasi tahap miR-34a miRNA menggunakan pengaktif/perencat pereka bentuk dan mengujinya dalam ujian klinikal untuk kesannya terhadap tindak balas IFN. Terdapat laporan ujian klinikal yang menggunakan terapi beta IFN ⁽¹⁷⁾ dan kajian ini akan membantu merungkai mekanisme molekul dengan menonjolkan peranan miRNA dalam mengawal selia jentera translasi hos secara intrinsik untuk mengekalkan persekitaran homeostatik. 

Penyiasatan dan penyelidikan masa depan mengenai perkara tersebut dan lain-lain yang diketahui dan baru muncul miRNA ditambah dengan penyepaduan penemuan ini dengan data genomik, transkriptomi dan/atau proteomik, bukan sahaja akan meningkatkan pemahaman mekanistik kami tentang interaksi dan penyakit selular, tetapi juga akan membawa kepada novel miRNA terapi berasaskan dengan mengeksploitasi miRNA sebagai aktimir (menggunakan miRNA sebagai pengaktif untuk penggantian miRNA yang telah dimutasi atau dipadamkan) dan antagomir (menggunakan miRNA sebagai antagonis di mana terdapat regulasi yang tidak normal bagi mRNA tersebut) untuk penyakit manusia dan haiwan yang lazim dan baru muncul.  

*** 

Rujukan  

1. Clairea T, Lamarthée B, Anglicheau D. MikroRNA: molekul kecil, kesan besar, Pendapat Semasa dalam Pemindahan Organ: Februari 2021 – Jilid 26 – Isu 1 – ms 10-16. DOI: https://doi.org/10.1097/MOT.0000000000000835  

2. Ambros V. Fungsi mikroRNA haiwan. alam semula jadi. 2004, 431 (7006): 350–5. DOI: https://doi.org/10.1038/nature02871  

3. Bartel DP. MikroRNA: genomik, biogenesis, mekanisme, dan fungsi. sel. 2004, 116 (2): 281–97. DOI: https://10.1016/S0092-8674(04)00045-5  

4. Jansson MD dan Lund AH MicroRNA dan Kanser. Onkologi Molekul. 2012, 6 (6): 590-610. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molonc.2012.09.006  

5. Bhaskaran M, Mohan M. MicroRNAs: sejarah, biogenesis, dan peranan mereka yang berkembang dalam pembangunan haiwan dan penyakit. Doktor haiwan Pathol. 2014;51(4):759-774. DOI: https://doi.org/10.1177/0300985813502820 

6. Rosalind C. Lee, Rhonda L. Feinbaum, Victor Ambros. Gen heterokronik C. elegans lin-4 mengodkan RNA kecil dengan pelengkap antisens kepada lin-14, Sel, Jilid 75, Isu 5,1993, Halaman 843-854, ISSN 0092-8674. DOI: https://doi.org/10.1016/0092-8674(93)90529-Y 

7. Pasquinelli A., Reinhart B., Slack F. et al. Pemuliharaan urutan dan ungkapan temporal bagi mari-7 RNA pengawalseliaan heterokronik. Alam 408, 86–89 (2000). DOI: https://doi.org/10.1038/35040556 

8. Vasudevan S, Tong Y dan Steitz JA. Beralih daripada Penindasan kepada Pengaktifan: MikroRNA Boleh Mengawal Selia Penterjemahan. Sains/Ilmu  21 Dis 2007: Jld. 318, Keluaran 5858, hlm.1931-1934. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1149460 

9. Bernstein E, Kim SY, Carmell MA, et al. Dicer adalah penting untuk pembangunan tetikus. Nat Genet. 2003; 35:215–217. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1253 

10. Kloosterman WP, Plasterk RH. Kepelbagaian fungsi mikro-RNA dalam perkembangan haiwan dan penyakit. Sel Dev. 2006; 11:441–450. DOI: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2006.09.009 

11. Wienholds E, Koudijs MJ, van Eeden FJM, et al. Enzim penghasil mikroRNA Dicer1 adalah penting untuk pembangunan ikan zebra. Nat Genet. 2003; 35:217–218. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1251 

12. Haller O, Kochs G dan Weber F. Litar tindak balas interferon: Induksi dan penindasan oleh virus patogen. Virologi. Jilid 344, Isu 1, 2006, Halaman 119-130, ISSN 0042-6822, DOI: https://doi.org/10.1016/j.virol.2005.09.024 

13. McNab F, Mayer-Barber K, Sher A, Wack A, O'Garra A. Jenis I interferon dalam penyakit berjangkit. Nat Rev Immunol. 2015 Feb;15(2):87-103. DOI: https://doi.org/10.1038/nri3787 

14. Apostolou, E., dan Thanos, D. (2008). Jangkitan virus mendorong persatuan interchromosomal yang bergantung kepada NF-kappa-B yang mengantara ekspresi gen IFN-b monoallelic. Sel 134, 85–96. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.05.052   

15. Savan, R. (2014). Peraturan pasca transkrip interferon dan laluan isyaratnya. J. Interferon Cytokine Res. 34, 318–329. DOI: https://doi.org/10.1089/jir.2013.0117  

16. Zhang X, Chapat C et al. Kawalan translasi yang dimediasi mikroRNA terhadap imuniti antivirus oleh protein pengikat topi 4EHP. Sel Molekul 81, 1–14 2021. Diterbitkan: 12 Februari 2021. DOI:https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.01.030

17. SCIEU 2021. Interferon-β untuk Rawatan COVID-19: Pentadbiran Subkutaneus lebih Berkesan. Eropah saintifik. Disiarkan pada 12 Februari 2021. Tersedia dalam talian pada http://scientificeuropean.co.uk/interferon-β-for-treatment-of-covid-19-subcutaneous-administration-more-effective/ Diakses pada 14 Februari 2021.  

***