Посещений:
РЕДАКТИРОВАНИЕ РНК



Редактирование оснований A-to-I с помощью ADAR энзимов

RNA rewriting, recoding, and rewiring in human disease
Maria Anna Zipeto, Qingfei Jiang, Etienne Melese, Catriona H.M. Jamieson
Trends in Mol.Med. Volume 21, Issue 9, p549–559, September 2015

See also: "Deffit, S. N. and Hundley, H. A. (2016), To edit or not to edit: regulation of ADAR editing specificity and efficiency. WIREs RNA, 7: 113-127. doi:10.1002/wrna.1319" Adenosine deaminase that act on RNA (ADAR) энзимы редактирования указывают на то, что клеточные факторы необходимы для пространственно-временной регуляцииредактирования A-в-I. ADAR специфичность и эффективность редактирования, скорее всего, зависят от воздействия клеточных факторов, которые сегодня интенсивно исследуются. Данные от многих групп подтверждают сущестование двух главных механизмов контроля редактирования A-в-I в клетках: (1) регуляция доступности ADAR к РНК мишеням и (2) межбелковые взаимодействия, которые непосредственно изменяют ферментативную активность ADAR. Недавнее исследование подтвердило, что cis- и trans-действующие РНК элементы, гетеродимеризация и РНК-связывающие белки играют важные роли в регуляции уровней редактирования РНК in vivo.

Fig.1. (http://onlinelibrary.wiley.com/ enhanced/figures/doi/10.1002/wrna.1319# figure-viewer-wrna1319 -fig-0001)

Kazuko Nishikura
A-to-I editing of coding and non-coding RNAs by ADARs
Nature Reviews Molecular Cell Biology 17, 83–96 (2016)

Редактирование A-в-I происходит не только в белок-кодирующих регионах мРНК, но и также часто в некодирующих регионах, которые содержат инвертированные повторы Alu. Редактирование кодирующих последовательностей может привродить к экспрессии функционаьно измененнеого белка, который не кодируется в геноме, тогда как значение редактирования Alu остается в основном неизвестным. Определенные предшественники microRNA (miRNA) также подвергаются редактированияю, приводя к снижению экспрессии или изменению функции зрелых, miRNAs. Напротив, недавние исследования показали, что ADAR1 образует комплекс с Dicer, чтобы способствовать процессингу miRNA, указывая на новую функцию ADAR1 в регуляции РНК интерференции.

About C-to-U editing RNA and editing DNA in Knisbacher et al.

Считается, что некоторые аспекты связанных с возрастом дегенеративных болезней могут возникать в результате RNA editase-обусловленного rewriting (т.e., редактирования не кодирующих регионов), recoding (т.e., редактированием вызываемые индуцированные изменения в кодирующих регионах) и rewiring (т.e., редактированием вызванных изменений в топологии; Box 1) как кодирующих, так и не кодирующих РНК.

Box 1 A-to-I editing: RNA topology


Термин 'RNA editing' означает ферментативные пост-транскрипционные события, которые увеличивают разнообразие транскриптов за счет изменения нуклеотидных последовательностей благодаря инсерциям, делециям или заменам нуклеотидов. Впервые описанные пост-транскрипционные модификации в coxII (cytochrome oxidase subunit II) транскрипта митохондриальной РНК трипаносом [1]. Ген coxII содержит сдвиг рамки считывания, который устраняется за счет инсерции уридина посредством редактирования РНК [1]. Наиболее распространенной формой редактирования РНК у млекопитающих является гидролическое deamination (see Glossary) в позиции C6 аденозина, который впоследствии превращается в inosine (A-в-I). Энзимы, ответственные за это превращение, относятся к семейству ADAR editases , которые катализируют A-в-I превращение в структуированных или двунитчатых (ds) РНК (Box 2) [2, 3]. Геномное картирование ADAR1 выявило высоко воспроизводимое распределение более чем в 10 000 генов [4]. Подтверждено связывание ADAR1 с последовательностями Alu [5], но и идентифицированы большие фракции сайтов связывания в не Alu dsRNA последовательностях, включая 3' не транслируемые регионы (3'-UTRs) и первичные microRNAs (pri-miRNA) [4].

Box 2

Not only A-to-I editing: APOBEC1, a DNA and RNA editor


A closer look at the ADAR editases


У человека семейство ADAR представлено тремя высоко консервативными членами, ADAR1, ADAR2 и ADAR3 [6, 7]. Они обладают повторяющимися копиями dsRNA-связывающих доменов (3 в ADAR1, 2 в ADAR2 и ADAR3) в центральном регионе и доменом каталитической деаминазы на C конце. Изоформы, появляющиеся в результате альтернативного сплайсинга, обладают отличающимися свойствами (Figure 1). Напр., ген ADAR1 картируется на хромосоме человека 1q21 и существует в двух отличающихся изоформах, постоянно и повсеместно экспрессирующейся ADAR1 p110, и индуцибельной ADAR1 p150 [8-12], экспрессирующейся с индуцируемого интерфероном (IFN) промотора, используя точку старта трансляции в экзоне 1A, и содержит дополнительный Z-ДНК-связывающий домен (Zα). Кроме того, присутствие уникального, сигнала экспорта в ядро в ADAR1 p150 определяет кго способность локализоваться как в ядре, так и цитоплазме, тогда как ADAR1 p110 обычно обнаруживается только в ядре [9, 13-16].
Ген ADAR2 расположен на длинном плече хромосомы 21 и экспрессирует множественные отличающиеся мРНК транскрипты; однако, только дна белковая изоформа обнаружена [17-19]. ADAR2 является ядерным белком и нуждается в функциональном РНК-связывающем домене для локализации в ядре [20, 21].
ADAR3 картируется на коротком плече хромосомы 10. ADAR3 обладает способностью соединяться с однонитчатой РНК посредством своего N-терминального богатого аргинином домена [22]. Хотя ADAR3 содержит deaminase dsRNA-связывающие домены in vitro не обнаруживается дезаминазной активности. Имеющиеся доказательства подтверждают, что ADAR3 может регулировать активность ADAR1 и ADAR2 посредством конкуренции за места связывания dsRNA [22, 23].
Экспрессия ADAR1 и ADAR2 обнаруживается в нескольких тканях, тогда как экспрессия ADAR3 специфически связана с тканью головного мозга [22]. In vitro установлено, что активность по редактированию A-в-I у ADAR1 и ADAR2 зависит от их способности формировать гомо-димеры посредством межбелковых взаимодействий [24]. Хотя димеризация ADAR может возникать независимо от соединения с dsRNA, но димеры ADAR нуждаются в двух субъединицах с функциональными dsRNA-связывающими доменами для соединения с и редактирования dsRNA субстрата [25]. Нет данных in vitro о димеризации ADAR3, что может объяснить каталитическую неактивность ADAR3 [23].

The A-to-I editing effect


Вследствие дезаминирования adenosine в inosine, остаток затем интерпретируется как guanosine, что происходит к серии функциональных последствий, которые зависят от мишени A-в-I редактирования (Figure 2) [26]. Если события редактирования A-в-I возникают в кодирующем регионе пре-мРНК, то транслируемый белок с редактируемых транскриптов может содержать не-синонимные замены, которые будут нарушать функцию белка. Наилучшим примером является glutamate receptor subunit 2 (GluA2), одна из субъединиц, составляющих α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) рецепторов. GluA2 пре-мРНК содержат сайты редактирования, расположенные в кодирующем регионе, и они выявляются по соотв. изменениям аминокислот: Q/R, Q/R +4, и R/G [27]. A-в-I редактирование в Q/R сайте приводит к замещению glutamine на arginine, при этом изменяются и композиция и функция AMPA рецептора, оказывая влияние на проницаемость кальция. Помимо A-в-I редактирования в сайте R/G возникает более быстрая десенсибилизация и восстановление рецептора по сравнению с рецепторами, содержащими не подвергнутую редактированию GluA2 в сайте R/G, хотя и буз влияния на проницаемость кальция [28]. Интересно, что Q/R GluA2 сайт является единственной мишенью, где редактирование A-в-I происходит со 100% частотой [29, 30].
Редактирование РНК может быть также результатом генерации или элиминации альтернативного сайта сплайсинга. Напр., ADAR2-обеспечиваемая само-регуляция своей пре-мРНК, когда A-в-I редактирование генерирует новый сайт сплайсинга, который вызывает сдвиг рамки считывания и возникновение преждевременного стоп-кодона в зрелой мРНК. Редактирование своей собственной пре-мРНК представлено ауто-регуляторной петлей обратной связи для ADAR2 [31].
Главными мишенями редактирования A-в-I являются Alu повторяющиеся последовательности, которые часто интегрированы в виде инвертированных повторов в геноме и поэтому образуют расширенные дуплексы РНК в первичных транскриптах, которые и делают их основной мишенью для ADARs [5]. Компьютерный анализ предсказал 100 миллионов мест редактирования в транскриптоме человека, в основном в Alu последовательностях [32].
Редактирование A-в-I в Alu последовательностях коррелирует с генерацией или элиминацией новых сайтов splice-acceptor [31]. Др. последствием является деградация многократно редактированных транскриптов с помощью RNase III Tudor staphylococcal nuclease (Tudor-SN), которая специфически распознает и деградирует inosine-содержащие РНК транскрипты [33]. Наконец, редактирование в Alu последовательностях может вызывать изменения во вторичной структуре РНК, клеточной локализации и стабильности, влияя тем самым на их способность взаимодействовать с РНК-связ0ывающими белками и др. мишенями [34, 35, 36].

A-to-I editing of non-coding RNA: post-transcriptional regulation of post-transcriptional regulators


A-в-I редактирование участвует в биогенезе и функционировании microRNA (miRNA) (Figure 3). Структуры stem-loop pri-miRNAs и pre-miRNAs делают их предпочтительными мишенями для ADARs [39, 40]. События A-в-I редактирования могут влиять на способность Drosha и Dicer соединяться с и затем расщеплять inosine-содержание pri-miRNA и pre-miRNA, соотв. Соединение ADARs с pri-miRNA и pre-miRNA изменяет их биогенез и, по-видимому, затрудняя доступ к miRNA Drosha и Dicer благодаря стерическим помехам независимым от A-в-I редактирования образом [41]. Транскрипты с многократным редактированием специфически распознаются с помощью RNase III Tudor-SN, которая является частью RNA-induced silencing complex (RISC), приводя к их деградации [37], чтобы снизить уровни зрелых miRNA [41]. Однако, помимо их антагонистической роли в биогенезе miRNA, ADAR1, как было установлено, непосредственно соединяется с Dicer и усиливает её активность, приводя тем самым к повышенным уровням зрелых miRNA [42].
Помимо модулирования экспрессии miRNA редактирование A-в-I в seed регионе может изменить специфичность связывания miRNA с её мишенями и/или одновременно делая одну и ту же miRNA комплементарной др. мРНК [43]. Поскольку A-в-I редактирование в miRNA seed последовательности является редким событием [44, 45, 46], то A-в-I редактирование обладает потенциалом косвенно влиять на miRNA targeting, катализируя редактирование в 3'-UTR части мРНК, приводя к появлению новой мРНК мишени, или удаляя мишень последовательность для связи с miRNA [47]. Показано, что ADAR1 соединение с 3'-UTR происходит при регуляции использования альтернативной 3'-UTR, это может существенно влиять на экспрессию генов у животных и растений. Связанные с ADAR1 3'-UTRs, как было установлено, менее часто регулируются с помощью канонических факторов процессинга 3'-UTR, поскольку связыванию ADAR1 предшествует связывание др. факторов. ADAR1-обусловленное использование альтернативного 3'-UTR зависит от РНК редактирования по некоторым UTRs, но др. могут затрагиваться ADAR1 независимым от редактирования способом [4].

The search for A-to-I editing sites


Использование более мощных стратегий амплификации и более длинных считываний спаренных концов (paired-end reads) делает возможным более аккуратное расположение, что пивело к открытию свыше 100 миллионов событий редактирования A-в-I [32].
Противоречия стали обнаруживаться, когда исследователи описали 10 210 сайтов несоответствий между мРНК и ДНК [49]. Затем три групы подтвердили, что свыше 94% идентифицированных сайтов редактирования могут быть некорректными [50, 51,52]. Возникла необходимость в оценке с помощью техники, такой как RNA editing site-specific quantitative PCR (RESSq-PCR) [53].

The ADAR family in development


ADAR1 необходим для нормального развития, а его делеции приводят к эмбриональной летальности [54] из-за нарушений эритропоэза [54-57]. Следовательно, ADAR1 необходим для жизнеспособности гематопоэтических стволовых клеток и клеток предшественников, а также для кишечных стволовых клеток [58, 59]. Мыши Adar2-/- обнаруживают постнатальную гибель, возможно из-за судорог, возникающих в результате уменьшения редактирования GluA2 РНК в Q/R сайте [60].

A-to-I editing and cancer


Растут доказательства, что редактирование C-в-T в ДНК и A-в-I в РНК важные участники патогенеза (Table 1). Установлено, что опухоли обладают определенными паттернами редактирования РНК, а уровни активности ADAR сравнимы с таковыми в их нормальных тканевых аналогах [61]. Несмотря на доказательства, что Alu последовательности недостаточно редактируются в опухолевых клеточных линиях по сравнению с нормальными тканями, недавние находки показали повышенное редактирование стволовых клеток бластного криза лейкоза, подчеркивая зависимость от типа клеток и контекст-специфических эффектов редактирования РНК [62].

Table 1 Known effects of aberrant RNA editing on human diseases



Уровни редактирования в кодирующих регионах могут быть или понижены или повышены в опухолях. Дифференциальная регуляция A-в-I редактирования в кодирующих и не кодирующих регионах подтверждают, что модуляция редактирования может вносить вклад в рост опухолей [61]. Помимо идентификации в геноме соматических мутаций, RNA-seq анализ установил, что ADAR1 находится на вершине в 5% среди активированных генов при relapsed lobular раке молочных желез. Новые события редактирования белок-кодирующих регионов идентифицированы в двух транскриптах, COG3 и SRP9 [48].
Одним из первых раков, ассоциированных с редактированием РНК стала acute myeloid leukemia (AML) [63]. Новые PTPN6 транскрипты, как было установлено, возникают в результате A-в-I редактирования аденозина, расположенного на предполагаемом месте разветвления сплайсинга, приводя к генерации нефункционального транскрипта, которые сохраняет интрон 3. Очевидно, PTPN6 является критическим для развития, пролиферации гематопоэтических клеток и рецепторами опосредованной передачи митогенных сигналов. Кроме того, PTPN6 осуществляет опухоль-супрессирующую роль путем подавления широкого спектра рецепторов, способствующих росту, и рецепторов цитокинов. Продукция нефункционального PTPN6 в результате A-в-I редактирования может вызывать потерю его ингибирующей активности в отношении одной из его мишеней, c-kit.
Известна роль A-в-I редактирования в терапии резистентных лейкемичных стволовых клеток [62]. RNA-seq анализ транскриптома выявил избыточную презентацию воспалительных путей и повышенные уровни чувствительного к воспалению ADAR1 p150 энзима у пациентов при переходе от хронической фазы к бластному кризу chronic myeloid leukemia (CML). Повышенные уровни ADAR1 p150 были ассоциированы с существенным обогащением изменений A-в-G в сайтах мишенях для ADAR и с зависимым от редактирования РНК сдвигом паттернов транскрипции. Напр., повышенный уровень ADAR1 p150 оказался ассоциированным с активацией миелоидного транскрипционного фактора PU.1 и с подавлением эритроидного транскрипционного фактора GATA1, внося тем самым вклад в сдвиг в сторону миелоидного ростка. Более того, shRNA нокдаун ADAR1вызывает достоверное снижение лейкемичных стволовых клеток в серии исследований по трансплантации. Эти данные подтверждают, что ADAR1 играет жизненно важную роль в самообновлении злокачественных предшественников. Более того, идентификация аномального сплайсинга glucogen synthase kinase 3β (GSK3β), негативного регулятора β-catenin, в клетках предшественниках CML с помощью лентивируса трансдуцированного ADAR1 p150 подтвердила, что с помощью A-в-I редактирования индуцируемый альтеранативный сплайсинг представляет новый механизм прогрессирования болезни. Впервые ADAR1 был идентифицирован как драйвер репрограммирования злокачественных предшественников в само-обновляющиеся лейкемичные стволовые клетки и было подтверждено, что мишени для A-в-I редактирования могут служить как биомаркеры прогрессирования болезни.
Аномальное A-в-I редактирование наблюдалось также в солидных опухолях [61]. Напр., A-в-I редактирование повторов Alu в Q/R сайте GluA2 оказалось сцепленным с патогенезом и прогрессированием глиом. Наиболее продвинутые опухоли обнаруживали более низкое редактирование [64, 65]. Др. исследование идентифицировало пониженное редактирование pri-miRNAs в качестве механизма инвазивности глиобластом [66]. Кластер miR-376 обнаруживает редактирование по многим сайтам в тканях головного мозга [67]. Количественная оценка частот редактирования выявила уменьшение или отсутствие редактирования высокой степени в выборках из глиом человека, включая мультиформные глиобластомы, по сравнению с нормальной тканью головного мозга. ADAR2-обусловленное снижение редактирования pri-miRNA в miR-376a* кластере лает зрелые miRNAs с пониженным редактированием в seed последовательности. Отредактированные и не отредактированные miR-376a* транскрипты вызывают репрессию трансляции разных и исключительных мишеней. RAP2A, член семейства RAS, целенаправленно подавляется с помощью неотредактированных транскриптов, тогда как autocrine motility factor (AMFR), который запускается с помощью редактирования miR-376a*, усиливает свой активность. Интересно, что репрессия трансляции RAP2A и повышенные уровни AMFR, возникающие в результате снижения редактирования miR-376a* seed последовательности, способствует миграции и инвазии клеток глиомы [66].
A-в-I редактирование с помощью ADAR2 возможно регулируют экспрессию и функцию miRNA в нормальных и раковых клетках. Эти события, по-видимому, ограничивают уровни экспрессии miR-221, miR-222 и miR-21 путем подавления их созревания и индукции накопления их предшественников. В результате нарушения активности ADAR2 снижение редактирования A-в-I приводит к повышенным уровням этих miRNAs вместе с усилением миграции и пролиферации клеток глиобластомы [68].
Достоверная miRNA-обусловленная супрессия экспрессии ADAR1 p150 и ADAR1 p110 в линиях клеток метастатической меланомы обнаруживается по сравнению с первичными опухолями или нормальными меланоцитами [69]. Показано, что подавление ADAR1 может регулироваться с помощью cAMP response element-binding protein (CREB) в метастатических меланомах [70]. В этом клеточном контексте пониженные уровни ADAR1 способствуют опухолевому росту и пролиферации клеток, что характеризует метастатичекий фенотип. Наблюдаются изменения профиля генной экспрессии и уровней экспрессии miRNA в результате снижения активности ADAR1 в зависимости от типа клеток и контекста. Независимые от РНК редактирования изменения экспрессии miRNA могут возникать в результате непосредственного связывания ADAR1 с pri-miRNA или в результате регуляции аппарата процессинга miRNA с помощью ADAR1 [69]. Описано также РНК редактирование трех miRNAs, включая miR-455-5p [70]. События редактирования приводят к изменениям процессинга miRNA, а также к целенаправленному воздействию на miR-455 targeting. Снижение редактирования miR-455, как и результат CREB-обусловленной потери ADAR1, вносят вклад в рост меланом и метастазирование, но значение этих путей редактирования в меланомах человека пока не определено [69, 70].
Установлено повышенное редактирование antizyme inhibitor-1 (AZIN1) во время многоступенчатой прогрессии здоровых печеночных предшественников в hepatocellular carcinoma (HCC) [71]. Была выявлена высокая частота S/G аминокислотных замен в AZIN1 как следствие редактирования A-в-I в транскриптах. Усиление редактирования в AZIN1 оказалось связанным с активацией уровней обеих изоформ ADAR1 p150 и p110. Усиление редактирования в AZIN1 транскриптах способствует инициации опухолей за счет усиления потенциала инвазивности туморогенности. Усиление активности связывания между AZIN1 и antizyme1, нейтрализует тем самым antizyme-обусловленную деградацию нижестоящих онкобелков, таких как OCD и cyclin D1. При скрининге на A-в-I редактирования в широком спектре опухолей, перекодирование AZIN1 было также открыто в выборках из esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) [71]. Следовательно, ADAR1 может служить в качестве онкогена или негативного показателя общей жизнеспособности во время прогрессии ESCC [72].
Недавно описано зависимое от A-в-I редактирования проявление RAS homolog family member Q (RHOQ) в colorectal cancer (CRC) [73]. Нарушения редактирования этого транскрипта широко распространены во многих опухолях, включая рак желудка и легких, а также HCC. A-to-I редактирование в транскриптах RHOQ приводит к аминокислотным заменам asparagine на serine, это усиливает активность белка и обеспечивает динамическую реорганизацию актинового цитоскелета, увеличивая тем самым инвазивный потенциал. Отредактированные RHOQ оказались связаны с повышенной скоростью рецидивов, которые были даже выше при комбинации с мутантным KRAS (G12D). Однако, редактирование RHOQ , по-видимому, не изменяет ни стабильность, ни структурную укладку белка [73].

Good editor gone bad: diseases associated with mutations in ADAR1


Мутации в гене ADAR может вызывает патологические фенотипические отклонения. Трансляция укороченных белков, nonsense-mediated decay (NMD) мутантных транскриптов и белков с не функциональным deaminase доменами могут возникать в результате генетических мутаций в генах ADAR и приводить к аберрантному A-в-I редактированию [74]. Мутации в генах ADAR1 оказались ассоциированы, по крайней мере, с двумя болезнями, которые имеют до некоторой степени общие мутации.
Dyschromatosis symmetrica hereditaria (DSH) редкое аутосомно доминантное заболевание, характеризующееся гиперпигентированными и гипопигментированными пятнами на своих конечностях. Патогенез этого нарушения связан с мутациями в гене ADAR1, при этом, по крайней мере, 131 мутация идентифицирован у DSH индивидов [75, 76]. Большинство из них расположены в deaminase домене, подтверждая, что мутантный ADAR1 может формировать нефункциональный гомодимерный комплекс и нарушать активность ADAR1 дикого типа. Гаплонедостаточность по ADAR1 p150 оказалась специфическим детерминантом DSH [77]. Авт. идентифицировали новый мутантный ADAR1 p150, который генерирует кодон преждевременного окончания, приводя к элиминации мутантного транскрипта. Эта мутация не оказывает какого-либо эффекта га экспрессию ADAR p110, предоставляя тем самым новую информацию о роли ADAR1 p150 в патогенезе DSH [77].
Др. болезнь, связанная с мутациями в гене ADAR1 - это Aicardi-Goutieres syndrome (AGS), аутоиммунное нарушение, которое прежде всего воздействует на головной мозг и кожу. Эта болезнь ранее была ассоциирована с мутациями, возникающими в TREX1, RNASEH2B, AG2S, RNASEH2C, AGS3, RNASEH2A, AGS4 и SAMHDI. Однако, недавний анализ геномного секвенирования выявил 9 самостоятельных не-синонимных альтераций кодирования у AGS пациентов, 8 из которых были в ADAR1 [76]. Большинство вновь идентифицированных мутаций были миссенс мутациями, расположенными в каталитическом домене ADAR1. Поскольку AGS ассоциирует с глобальным усилением активности IFN-стимулируемых генов и ADAR1 супрессирует IFN type I реакцию, то мутации в ADAR1 могут участвовать в патогенезе AGS. Эта гипотеза была подтверждена данными, показавшими более высокие уровни экспрессии чувствительных к IFN генов у гетерозиготных пациентов с AGS и DSH [76]. Помимо AGS, повышенные уровни транскриптов ADAR1 и их активности были обнаружены при systemic lupus erythromatosus (SLE) [78].

A-to-I editing and neurological disorders


Аномальное редактирование Q/R GluA2 сайта приводит к усилению проницаемости кальция [79], индуцируя тем самым клеточную гибель благодаря excitotoxic притоку кальция. Пониженные уровни A-в-I редактирования в GluA2 субъединицах наблюдаются при нескольких нейрологических нарушениях, включая Alzheimer's disease (AD) [80]. Несмотря на неясную этиологию, эти болезни ассоциируют с ε4 аллелем гена apolipoprotein E (APOE) [81]. Установлено снижение уровня редактирования A-в-I в GluA2 Q/R сайте префронтальной коры у AD пациентов [82]. Подтверждена роль аномального редактирования A-в-I у AD пациентов, впервые была установлена связь между присутствием аллеля APOE ε4 и снижением редактирования A-в-I в гиппокампе AD пациентов [80]. Авт. предположили, что дефицит редактирования может быть ранним событием, предшествующим гибели нейронов в гиппокампе. Снижение редактирования может быть ответственным за потерю нейронов за счет нарушения клеточного баланса кальция в избранных регионах.
Снижение уровней редактирования A-в-I в сайте Q/R в GluA2 наблюдалось также в спинном мозге у пациентов с Amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Семейный ALS объясняет 5-10% от всех случаев и ассоциирован с более чем 20 мутациями в нескольких генах. Однако, 90% случаев являются спорадическими, а патогенез ALS остается в основном неизвестным. Снижение уровня редактирования Q/R сайтов в субъединице GluA2 обнаруживается в двигательных нейронах при ALS [83]. Недавно продемонстрировано, что уровни ADAR2 снижены в двигательных нейронах у пациентов со спорадическим ALS по сравнению со здоровым контролем. Снижение редактирования A-в-I субъединицы GluA2 приводит к AMPA-обусловленной excitotoxicity, указывая тем самым на механизм гибели нейронов при ALS. Кондиционный ADAR2 нокаут двигательных нейронов у модельных мышей подтвердил важность аномального редактирования A-в-I в патогенезе ALS [84]. Сходным образом, потеря ADAR2 у мышей приводит к развитию прогрессирующей и медленно текущей дисфункции двигательных нейронов, напоминающей ALS. Наконец, недавние данные связали повышенную проницаемость кальция каналов AMPA, снижающие активность редактирования A-в-I ADAR2, с расщеплением и эктопической локализацией реакции ДНК-связывающего белка 43 (TDP-43). Аномалии TDP-43 в двигательных нейронах были идентифицированы как показатель спорадических ALS. Интересно, что эктопическая экспрессия TDP-43 и TDP-43-содержащих агрегатов наблюдается только в двигательных нейронах с пониженными уровнями ADAR2, где повышенная проницаемость кальция приводит к активации calpain-зависимому расщеплению TDP-43 [85].

Concluding remarks and future directions


Based on the vital role of A-to-I editing in embryonic development, it is not surprising that aberrant A-to-I editing can result in the development of human diseases, such as cancer, which recapitulate aspects of embryogenesis, albeit in a deregulated manner. In addition to malignancies, aberrant regulation of ADAR enzyme expression and activity, together with genetic mutations in ADAR genes, have been associated with a growing number of human diseases, including autoimmune diseases and neurological and behavioral disorders. Although the development of more sensitive and accurate sequencing techniques and bioinformatics tools has dramatically increased the number of identified editing sites, a complete understanding of the functional impact of these editing events remains to be elucidated.