Посещений: 
НЕ-КОДИРУЮЩИЕ РНК
Участие в раковых опухолях
Therapeutic Targeting of Long Non-Coding RNAs in Cancer Gayatri Arun, Sarah D. Diermeier, David L. Spector  J.Mol.Med Volume 24, Issue 3, p257–277, March 2018
DOI: https://doi.org/10.1016/j.molmed.2018.01.001
| |
|
Approximately 27% of annotated human genes encode lncRNAs.
Recent tumor genome sequencing efforts have identified several lncRNA loci that are deleted, amplified, and/or mutated in various cancers.
Many lncRNAs are up- or downregulated in cancers compared to respective normal tissues. Several lncRNAs have been shown to play a crucial role in various aspects of cancer progression.
Tissue-specific expression of lncRNAs positions them as interesting potential therapeutic targets for a variety of pathologies.
Nucleic acid-based therapeutics are emerging as a promising approach to target pathogenic lncRNAs. RNA-targeting therapies have been clinically approved for several diseases.
Nucleic acid-based therapeutics have shown success in several preclinical studies targeting lncRNAs in cancers.
Длинные некодирующие РНК (lncRNAs) представляют собой существенную популяцию транскриптома человека. Многие lncRNAs обнаруживают специфическую для клеток и/или тканей экспрессию, что делает их выдающимися кандидатами для терапевтического использования.
lncRNAs as Novel Players in Tumorigenesis
Крупномасштабный проект, такой как The Cancer Genome Atlas (TCGA) показал, что многие мутации и изменения в числе копий, обнаруживаемые при раке не касаются белок-кодирующих генов [1, 2], но часто располагаются в не кодирующей ДНК - включая как регуляторные ДНК элементы, такие как энхансеры, а также гены для не кодирующих РНК [3]. MicroRNAs (miRNAs) были среди первых изученных не кодирующих РНК в контексте рака и их роли в качестве терапевтических мишеней или биомаркеров при раке [4]. Мы рассмотрим клиническое значение lncRNAs, которые составляют самый большой и наиболее разнообразный класс не-кодирующих транскриптов, в настоящее время известно до 60 000 генов lncRNA в геноме человека [5]. lncRNAs определяются по длине (>200 nt), они транскрибируются с помощью RNA polymerase II, и обычно происходят из межгенных регионов [5, 6]. lncRNAs могут быть увенчаны шапочкой, сплайсированы и полиаденилированы, но лишены достоверной открытой рамки считывания. Члены этого класса не-кодирующих транскриптов используются как молекулярные каркасы, архитектурные РНК или как регуляторные молекулы в разных клеточных функциях, включая регуляцию эпигенетических генов, сплайсинг, стабильность мРНК и трансляцию, а также действуют как приманка или 'губка' для miRNAs или транскрипционных факторов [7, 8] (Figure 1).
Хотя первые, связанные с раком lncRNAs были идентифицированы по их измененной экспрессии в раковых клетках и опухолевых тканях (Table 1), функция некоторых lncRNAs только начинает проясняться. Многие lncRNAs играют критическую роль в одном или нескольких характерных проявлениях рака, таких как неконтролируемая пролиферация, избегание клеточной гибели и метастазирование [9, 10], и могут непосредственно действовать в качестве онкогенов или опухолевых супрессоров, или косвенно путем взаимодействия с хорошо известными онкогенами или опухолевыми супрессорами, такими как MYC или p53,на транскрипционном или пост-транскрипционном уровне [11, 12]. Большинство lncRNAs экспрессируются специфически в тканях и типах клеток [13, 14], делая их потенциальными высоко эффективными мишенями для системного лечения рака.
Table 1Selected Human lncRNAs and Their Expression in Tumorigenesis
Name Function Hallmarksa
Refs
aHIF Upregulated 5 [18
ANCR Downregulated 6 [183
ANRIL Upregulated 1, 2, 3, 6, 9 [85, 88]
BCAR4 Upregulated 6 [184
CCAT1 Upregulated 1, 2, 6 [73, 74, 75]
CCAT2 Upregulated 1, 6, 9 [76
ECONEXIN/MaTAR1 Upregulated 1 [57
FILNC1 Downregulated 7 [185
GAS5 Downregulated 2 [77, 78, 79]
H19 Up-/downregulated 1, 5, 6 [11, 12, 19]
HOTAIR Upregulated 6 [29, 32]
HOTTIP Upregulated 1,6 [186
HULC Upregulated 1, 5, 7 [187
Lilam Upregulated 1 [120
Linc-PINT Downregulated 6 [96
Linc-ROR Upregulated 6 [188
lincRNA-EPS/MaTAR18 Upregulated 10 [55
lincRNA-p21 Upregulated 3, 5, 6, 7, 9 [90, 94]
lncRNA-ATB Upregulated 6 [189
lncRNA-LET Downregulated 6 [190
lncRNA-MIAT Upregulated 5, 6 [191
LUNAR1 Upregulated 1 [34
MALAT1 Upregulated 6 [36, 37, 48]
MaTARs Upregulated 1, 6 [55
MEG3 Downregulated 1, 3 [192
MVIH Upregulated 1, 6 [193
NBAT1 Downregulated 1,6 [194
NBR2 Downregulated 7 [195
ncRAN Upregulated 1, 6 [196
NEAT1 Up-/downregulated 3 [49, 50, 51]
NORAD Downregulated 9 [81
PANDA Up-/downregulated 4, 9 [197
PCAT-1 Upregulated 1, 6 [66, 68]
PCAT-29 Downregulated 1,6 [198
PCGEM1 Upregulated 2, 3, 7 [199
PTENP1 Downregulated 2 [200
PVT1 Upregulated 1, 3, 6 [60
SAMMSON Upregulated 7 [201
SChLAP1 Upregulated 6 [202
TERRA Downregulated 4 [203
TUG1 Upregulated 1, 6 [204
THOR Upregulated 1, 7 [205
u-Eleanor Upregulated 1 [206
UCA1 Upregulated 2 [207] a Hallmarks of cancer: (1) sustained proliferative signaling, (2) insensitivity to growth suppressors, (3) evasion of apoptosis, (4) replicative immortality, (5) induced angiogenesis, (6) tissue invasion and metastasis, (7) abnormal metabolic pathways, (8) immune evasion, (9) genomic instability, and (10) inflammation [16, 17].
lncRNAs as Potential Oncogenes
H19
H19, одна из первых описанных lncRNAs, которая избыточно экспрессируется в широком круге типов рака. включая гепатоцеллюлярную карциному, коло-ректальный рак и рак груди, является отцовски импринтируемым геном (see Glossary), которая первоначально была обнаружена экспрессирующейся в эмбриональных тканях во время развития мыши, но которая замалчивалась в большинстве тканей при рождении [15, 16]. Потеря импринтинга приводит к повторной экспрессии H19, это коррелирует со многими ступенями туморогенеза, как это было продемонстрировано с использованием мышиных моделей и линий клеток человека [17, 18]. Транскрипция H19 контролируется частично с помощью опухолевого супрессора и главного регулятора клеточного цикла p53, а также с помощью повсеместного онкогена MYC. Потеря функционального p53 или усиление активности MYC при разных раках коррелирует с повышением экспрессии H19 [11, 19]. В отсутствии p53 дикого типа, H19 также может усиливать свою активность с помощью гипоксического стресса посредством hypoxia-induced factor 1α (HIF-1α) [20]. Анализ данных TCGA выявил повышенные уровни H19 при коло-ректальном раке и раке желудка, но не при др. типах рака [21].
Однако, избыточная экспрессия H19 кДНК,как было установлено, также приводит к снижению туморогенности в линии клеток rhabdoid опухоли человека in vivo [22]. Кроме того, в Apcmouse модели коло-ректального рака, нокаутные по H19 мыши, как было установлено, формируют множество полипов и обнаруживают более быстрое начало туморогенеза, чем мыши дикого типа, указывая на роль супрессии опухоли [23, 24]. Такие различающиеся исходы базируются на том, что H19 может действовать как онкоген или как опухолевый супрессор благодаря гетерогенности генетической зависимости опухолей, использованию разных модельных систем (т.e., трансгенные мышиные модели в противовес линиям раковых клеток человека), или напротив может потенциально отражать двойную, контекст-зависимую роль H19 в туморогенезе, хотя это предстоит ещё проверить.
Несколько разных путей, как полагают, могут объяснить, как H19 может влиять на прогрессирование опухолей. H19 является предшественником для miR-675 [24], являющейся мишенью для опухолевого супрессора retinoblastoma (RB) белка при коло-ректальном раке. В этой модели повышенные уровни H19 приводят к повышению экспрессии miR-675 и снижению экспрессии RB, это в свою очередь способствует клеточной пролиферации в линии клеток коло-ректального рака [25]. Имеется множество доказательств, что H19 помимо выступления в качестве предшественника для miR-675, может функционировать как как конкурентно-способная эндогенная РНК (ceRNA) для нескольких разных miRNAs [26]. В целом, ceRNAs являются lncRNAs, которые могут конкурировать с mRNAs за соединение с широко распространенными miRNAs, за секвестрирование miRNAs из клеточного пула [26]. H19 , как полагают, действует как 'губка' для многих разных miRNAs, таких как члены семейства let-7, члены семейства miR-200 (включая miR-141), а также для miR-138, miR-630, miR-138 и miR200a [25, 27]. Эта модель действия согласуется преимущественно с цитоплазматической локализацие H19 [28].
Разумно предположить, что повышенные уровни H19/miR-675 при разных раках, скорее всего, вносят вклад в повышение пролиферации раковых клеток и успешное секвестрирование опухолевых метастазов. Поэтому целенаправленное воздействие на H19 может быть интересным терапевтическим подходом при разных типах рака, где lncRNA может действовать как онкоген.
HOTAIR
HOX antisense intergenic RNA (HOTAIR) транскрибируется с локуса HOXC в ходе нормального развития. Ранние исследования показали, что HOTAIR действует в транс-положении путем привлечения polycomb repressive complex 2 (PRC2), LSD1 и CoREST/REST histone H3 lysine 4 (H3K4) demethylase комплекса к их генам мишеням [29]. Однако, недавние исследования открыли противоречие в отношении её функции и генов мишеней во время этого периода действия [30]. HOTAIR может действовать как онкоген для многих типов опухолей, включая рак груди, легких, печени, поджелудочной железы и коло-ректальную карциному, способствуя инвазии и метастазированию опухолей, но она может также действовать как независимый показатель (predictor) продолжительности жизни пациента [31, 32, 33]. Поэтому HOTAIR может служить в качестве ценной терапевтической мишени при раке, но это предстоит доказать.
LUNAR1
Др. пример мощной онкогенной lncRNA является leukemia-induced non-coding activating RNA 1 (LUNAR1), первоначально идентифицированной у пациентов с ten T-ALL (T cell acute lymphoblastic leukemia), несущих мутацию в NOTCH1 [34. Ген LUNAR1 расположен по соседству с геном insulin-like growth factor receptor 1 (IGF1R), который, как известно, сопричастен к T-ALL, и это значит, что NOTCH1 нацелен на самого себя [35]. Нокдаун находящейся в ядре LUNAR1, используя или shRNAs или антисмысловые олигонуклеотиды (ASOs) , приводит к репрессии IGF1Ras , а также редуцирует рост клеток T-ALL у людей in vitro и в ксенотрансплантатах мышам [34]. Эктопическая экспрессия IGF1R устраняет дефект роста, указывая, что LUNAR1 может регулировать рост T-ALL клеток путем активации экспрессии IGF1R в цис-положении [34]. LUNAR1 может соединяться с интронным энхансерным элементом для IGF1R, рекрутируя Mediator комплекс, тем самым вызывая полную активацию промотора IGF1R [34]. Т.о., целенаправленное воздействие на LUNAR1 может быть важной терапевтической альтернативой для целенаправленного воздействия на IGF1R , как способа ослабления нижестоящих эффектов аберрантной передачи сигналов NOTCH в клетках T-ALL [34, но необходима дальнейшая проверка.
MALAT1
Сильно законсервированная metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1(MALAT1) lncRNA первоначально была идентифицирована как избыточно экспрессирующаяся в опухоли легких человека с высокой склонностью к метастазированию [36], а потеря MALAT1 в ксенотрансплантате рака легких у мышей приводит к снижению метастазирования [37], что указывает на MALAT1 как онкоген. Впоследствии повышенная экспрессия MALAT1,как было установлено, ассоциирует с туморогенезом в разных типах рака (rev. [38]), включая рак груди. Экспрессия MALAT1у человека, как было установлено, усиливает в 3-4 раза возникновение опухолей груди, а также как и в разных линиях клеток рака груди человека [39]. Кроме того, мутации гена MALAT1 часто возникают в в опухолях груди luminal-type [1, 40].
В нормальных тканях, MALAT1 является обильно и повсеместно экспрессирующейся lncRNA, которая преобразуется после транскрипции в длинный в ~6.7 kb хранящийся в ядре транскрипт и в tRNA-подобную малую РНК, которая транслоцируется в цитоплазму [41]. были предположены разные механизмы действия MALAT1, включая регуляцию сплайсинга пре-мРНК, а её нокдаун в клетках человека может приводить к аресту клеточного цикла [42,43] или активации E2F генов мишеней путем перемещения их с polycomb телец на транскрипционно активные сайты в ядре зависимым от сыворотки способом [44].
Нокаутные по Malat1 мыши имеют нормальный фенотип: они плодовиты и не обнаруживают крупных изменений в экспрессии генов или в сплайсинге мРНК, демонстрируя, что Malat1 безразлична для нормального развития и жизнеспособности мыши [45-47]. Однако, генетический нокаут или ASO-обусловленный нокдаун Malat1 у MMTV-PyMT мышей, моделирующих рак груди, приводит к высоко дифференцированным первичным опухолям и почти к 80% редукции легочных метастазов [48]. Следовательно, Malat1, скорее всего, действует контекст-зависимым способом, чтобы выполнять свою критическую роль в регуляции экспрессии генов на уровне транскрипции и пост-транскрипционно в различных раковых опухолях. Отсутствие фенотипических отклонений после потери или нокдауна Malat1 в 'нормальных' тканях и клетках, скорее всего, обусловлено её перекрываемостью, которое может отсутствовать или 'ослабевать' в контексте рака, хотя прямо это не было продемонстрировано. Итак, эти исследования показывают, что MALAT1 может служить ключевым игроком в прогрессировании опухолей, а её терапевтический нокдаун может предоставлять прекрасную возможность модулирования метастатической болезни [48].
NEAT1
The nuclear enriched abundant transcript 1 (NEAT1) является lncRNA , которая участвует в туморогенезе [49-51]. NEAT1 необходима для формирования paraspeckle в ядре и, как было установлено, обеспечивает сохранение в ядре мРНК interleukin 8 (IL8) в инфицированных вирусом клетках мыши [47, 52-54]. Несколько групп показали, что NEAT1 является геном мишенью для p53 и обеспечивает туморогенез in vivo, способствуя жизнеспособности клеток, экспрессирующих онкогены, такие как активированный Kras в генетически преобразованных мышиных моделях [51]. Более того, высокий уровень экспрессии NEAT1, как было установлено, коррелирует с плохим прогнозом при разных типах рака у людей, включая глиому, рак яичников, гепатоцеллюлярная карцинома, меланома и рак простаты [50, 51, 54]. Усиление активности NEAT1 в клетках рака простаты человека обусловливает также резистентность к антогонистам androgen receptor (AR), приводя к плохому исходу болезни [50]. Однако, недавнее сообщение указывает на то, что NEAT1 может также супрессировать трансформацию в p53 мутантных клетках [49]. В частности, потеря, NEAT1 увеличивает туморогенность p53 в нулевых и мутантных Kras мышиных моделях pancreatic ductal adenocarcinoma [49], подтверждая. что сходство с H19, для NEAT1 может обнаруживаться в контекст-специфической функции, способствуя или подавляя образование опухоли.
MaTARs
Недавно мы идентифицировали и охарактеризовали 30 lncRNAs mammary tumor-associated RNAs (MaTARs) [55]. 21 MaTARs обнаруживали достоверную избыточную экспрессию в раковой1 опухоли груди людей, исходя из TCGA анализа, а избыточная экспрессия часто зависела от статуса гормональных рецепторов [55]. Независимый ASO-обусловленный нокдаун 20 MaTARs выявили снижение пролиферации, инвазии клеток опухоли молочных желез у мышей и снижение морфогенеза ветвления в органоидах [55]. Процесс ветвления органоидов управляется коллективной миграцией клеток и пролиферация клеток - двумя важными характеристиками прогрессирования опухолей; т.о. органоиды представляют собой мощную 3D ex vivo модельную систему для изучения потенциала онкогенов [56]. Кроме того, некоторые MaTARs, по-видимому, выполняют важные роли в др. типах раков: MaTAR1 (известна также как LINC00461 или ECONEXIN), как было установлено, действует ка онкоген в глиомах [57]. Человеческая EXONEXIN/MaTAR1, как полагают, действует как губка для miR-411-5p, которая в свою очередь регулирует topoisomerase 2α в линии клеток глиомы человека [57]. Подавление предполагаемого онкогена, с использованием siRNAs приводит к снижению клеточной пролиферации [57]. Проводимые исследования имеют целью выявить молекулярные механизмы действия этой и дополнительных MaTARs, и выяснить их потенциал в качестве кандидатов на роль терапевтических мишеней при разных раках.
lncRNAs Regulating Oncogenes
Наиболее частые амплификации количества копий при раке - это избыток онкогенного транскрипционного фактора MYC [58]. Некоторые lncRNAs участвуют в регуляции экспрессии MYC , такие как PVT1, PCAT1, CCAT1 и CCAT2. Поскольку попытки непосредственно целенаправленно воздействовать на MYC в опухолях оказались безуспешными, то эти регуляторные lncRNAs могут предоставить важные новые мишени для модуляции экспрессии MYC или активности MYC косвенно.
PVT1
Ген plasmacytoma variant translocation 1 (PVT1) расположен по соседству с MYC на хромосоме 8q24 человека и амплифицируется совместно с MYC в 98% раковых опухолей [59]. PVT1 lncRNA стабилизирует белок MYC после транскрипции, приводя в результате к повышенной пролиферации клеток и туморогенности в клетках с амплификациями MYC [60]. Недавнее исследование подтвердило, что генерация PVT1 слитых белков, возникающих в результате перестроек ДНК, может вносить вклад в туморогенез, как и в случае химерного гена PVT1-WWOX при множественной миеломе [61]. WWOX (WW domain-containing oxidoreductase) была описана как опухолевый супрессор, участвующий в возникновении апоптоза в некоторых линиях клеток [62]. Слитые транскрипты PVT1 часто обнаруживаются в др. типах рака, таких как медуллобластома, где слитые гены возникают в результате achromothripsis-подобного механизма [63]. Локус PVT1 обладает также кластером из 6 miRNAs [64, 65]; снижение экспрессии одной из них, miR-1204, в клеточной линии медуллобластомы, приводит к снижению пролиферации клеток до тех же уровней, которые достигаются посредством siRNA-обусловленного нокдауна MYC. Конечно, этот анти-пролиферативный эффект наблюдается только в клеточных линиях со слиянием PVT1-MYC [63]. Точные взаимоотношения между PVT1 и c-MYC нуждаются в дальнейшем исследовании в свете оптимальной терапевтической стратегии, нацеленной на PVT1.
PCAT-1
The prostate cancer-associated transcript 1 (PCAT-1) был идентифицирован как активатор клеточной пролиферации при раке простаты [66], и был впоследствии выявлен в некоторых др. типах раков. Напр., высокие уровни PCAT-1 были найдены в корреляции с удаленными метастазами и снижением жизни пациентов в коло-ректальным раком [67]. PCAT-1 в клеточной линии рака простаты человека моделирует транскрипцию генов, связанных с клеточным циклом, потенциально действуя как репрессор транскрипции в комплексе с polycomb repressive complex 2 (PRC2) [66]. PCAT-1, как было установлено, действует в цитоплазме, где он действует как ceRNA, устраняя связывание miR34-1 с транскриптами MYC, это приводит к повышению уровней белка MYC в клетках рака простаты человека [68]. В этой связи, PCAT-1 может действовать подобно PVT1, стабилизируя белок MYC после транскрипции, хотя, по-видимому, посредством иного механизма. PCAT-1 участвует также в репарации повреждений ДНК путем снижения уровней РНК BRCA2 - важного опухолевого супрессора - пост-транскрипционным способом [69]. Было также продемонстрировано усиление чувствительности клеток с избыточной экспрессией PCAT-1 к ингибиторам poly (ADP-ribose) polymerase (PARP), которая обычно используется для лечения опухолей, обладающих мутациями опухолей, обладающих мутациями в BRCA1 или BRCA2 [69]. Т.о., экспрессия PCAT-1 может служить не только как прогностический маркер, но и также потенциально как индикатор чувствительности к PARP.
CCAT1
Экспрессия colon cancer-associated transcript 1 (CCAT1) [70, известен также как CARLo-5 [71] или onco-lncRNA-40 [72], коррелирует с ассоциированным с раком вариантом rs6983267, расположенным внутри супер-энхансера 8q24 MYC человека и ассоциированного также с повышенной чувствительностью к возникновению рака [71]. Нокдаун CCAT1 in vitro с использованием siRNAs приводит к снижению пролиферации клеток рака толстой кишки в результате ареста клеточного цикла в G1, вызывающего усиление активности CDKN1A/p21. Инъекции таких siRNA-трансфицированных клеток приводят к продолжительному выживанию ксенотрансплантатов, лишенных опухоли, у мышей, указывая на участие CCAT1 в туморогенезе [71]. Точный механизм действия не совсем ясен. Конечно, CCAT1 обладает потенциалом биомаркера для коло-ректального рака, поскольку она может обнаруживаться на всех стадиях туморогенеза, вплоть до появления метастазов, и обнаружима в периферической крови 40% пациентов с коло-ректальным раком [70, 73]. Кроме рака толстой кишки CCAT1 активируется также в раке простаты и легких [71, 72]. Недавно CCAT1 была описана как крайне чувствительная к bromodomain and extraterminal (BET) белковым ингибиторам, таким как JQ1, и было предположено, что это важный биомаркер для пациентов при лечении BET ингибиторами коло-ректального рака [74].
CCAT2
Подобно CCAT1, colon cancer-associated transcript 2 (CCAT2) избыточно экспрессируется при коло-ректальном раке, он расположен выше MYC, и ассоциирован с single-nucleotide polymorphism (SNP) rs6983267 [75]. Избыточная экспрессия CCAT2 обнаружена в способствующих росту xenografted опухолях, вызывающих высокие количества метастазов в печень у мышей [75]. CCAT2, преимущественно располагается в ядре и, как было установлено, вызывает хромосомную нестабильность [75]. Более того, эта lncRNA повышает экспрессию MYC путем усиления передачи сигналов Wnt посредством транскрипционного фактора TCF7L2, возможно за счет непосредственных взаимодействий между CCAT2 и TCF7L2 [75]. Наконец, активация CCAT2 была также обнаружена при др. типах рака, таких как рак груди, легких, желудка и пищевода [76], подтверждая. что эта lncRNA может обладать способствующими туморогенезу свойствами при нескольких раках.
lncRNAs as Potential Tumor Suppressors
Не все ассоциированные с раком lncRNAs амплифицируются или избыточно экспрессируются. Модели с потерей функции идентифицируют всё увеличивающееся число lncRNAs, которые могут действовать как опухолевые супрессоры, при этом инактивация касается начала туморогенеза и/или влияет на прогрессирование опухоли. Важно понять их функции в контексте главных сигнальных раковых путей, а также их значение в качестве предполагаемых прогностических маркеров.
GAS5
The growth arrest-specific transcript 5 (GAS5) был впервые идентифицирован как один из 6 генов, предпочтительно экспрессирующихся в клетках млекопитающих с остановленным ростом [77]. GAS5 является одной из наиболее высоко экспрессирующейся lncRNAs, она присутствует во всех тканях человека и подобно H19, учатвует в эмбриогенезе [78]. Её экспрессия достоверно снижена при разных типах рака, таких как рак груди, простаты, мочевого пузыря, желудка, толстой и прямой кишки, поджелудочной железы и шейки матки [79]. Кроме того, экспрессия GAS5 обратным образом скоррелирована с клинико-патологическими характеристиками, такими как размер, стадия и метастазирование опухоли [79]. Более того, избыточная экспрессия GAS5 в xenografted breast cancer линии клеток у лысых мышей, как было установлено, подавлят рост рака груди in vivo путем индукции ареста клеточного цикла и апоптоза, это ещё больше подтверждает её роль в супрессии опухолей [79]. На молекулярном уровне GAS5 действует как приманка для glucocorticoid receptor (GR), супрессируя тем самым зависимую от GR регуляцию генов в HeLa и HepG2 линиях клеток [80]. GAS5 может соединяться с др. рецепторами стероидных гормонов, такими как рецепторы андрогенов и прогестерона, которые играют важную роль в гормон-зависимых раковых опухолях [78].
NORAD
Транскрипт non-coding RNA activated by DNA damage (NORAD) индуцируется в ответ на повреждения ДНК и первоначально был идентифицирован при лечении doxorubicin в линии клеток рака толстой кишки [81, 82]. Эта lncRNA экспрессируется p53-зависимым способом в ответ на повреждения ДНК в клетках рака толстой кишки [81, 82]. NORAD экспрессируется повсеместно очень обильно сильно законсервирована [81]. В качестве цитоплазматической lncRNA она действует как ловушка для РНК-связывающих белков PUMILIO 2 (PUM2) и в меньшей степени для PUMILIO 1 (PUM1) в клетках коло-ректальной карциномы [81, 82]. Эти белки стимулируют деаденилирование и устранение шапочки с мРНК мишеней, приводя к пост-транскрипционной репрессии генов [83], а потеря NORAD ведет к высвобождению белков PUMILIO, вызывая тем самым репрессию их мРНК мишеней, многие из которых кодируют белки, участвующие в митозах, репликации ДНК, и репарации ДНК [83]. Следовательно, гиперактивность PUM1/2 в нокаутных по NORAD клетках будет приводить к хромосомной нестабильности, фенотипическому отклонению, часто наблюдаемому во время прогрессирования опухолей [81, 84]. Более того, усиление анеуплоидии, наблюдаемое после потери NORAD, указывает на то, что эта lncRNA может действовать как опухолевый супрессор [81].
lncRNAs That Regulate Tumor Suppressors
Некоторые lncRNAs могут влиять на важные регуляторы клеточного цикла, такие как p21 или p53. Такие lncRNAs могут т.о., действовать как онкогены, регулируя важные опухолевые супрессоры в клетках.
ANRIL
Локус для INK4B-ARF-INK4A в хромосоме человека 9p21 является кластером из хорошо известных генов опухолевых супрессоров, которые часто оказываются делетированы при раке [85, 86]. Этот локус кодирует p15INK4B и p16INK54A, два cyclin-зависимых киназных ингибитора, а также ARF, регулятор пути p53. Этот геномный регион обладает также 'antisense noncoding RNA in the INK4 locus' (ANRIL, известен также как p15-AS или CDKN2B-AS1), который первоначально был идентифицирован при семейной меланоме, и потом был описан как онкоген при раке желудка, груди, легких, мочевого пузыря и гепатоцеллюлярном раке, помимо прочих [87, 88]. Экспрессия локуса INK4B-ARF-INK4A тонко регулируется с помощью polycomb group protein complexes (PcG) (rev. [88). ANRIL привлекает chromobox 7 (CBX7), компонент polycomb repressive complex 1 (PRC1), к локусу INK4B-ARF-INK4A, внося вклад в его эпигенетическую репрессию в клетках рака простаты [89]. Т.о., онкогенная активность ANRIL может быть объяснена его репрессией транскрипции генов опухолевых супрессоров в цис-положении. Нокдаун ANRIL приводит к снижению клеточной пролиферации, миграции и/или инвазии и способствует апоптозу in vitro во многих эпителиальных раках. Кроме того, терапевтическое подавление ANRIL устраняет репрессию локуса INK4B-ARF-INK4A, реактивируя тем самым экспрессию опухолевых супрессоров [88].
lincRNA-p21
Подобно NORAD, экспрессия lincRNA-p21 может возникать в ответ на повреждения ДНК зависимым от p53 способом [90]. LincRNA-p21, располагается на 16.7 kb выше гена опухлевого супрессора p21 (CDKN1A), она транскрибируется в антисмысловом направлении [12]. Экспрессия LincRNA-p21 ассоциирует со стадией опухоли и статусом инвазии коло-ректального рака [91]. Более того, она может действовать как репрессор транскрипции в транс-положении путем соединения с hnRNP-K [12], и она может также усиливать транскрипционную активность p53 путем соединения с гомологом mouse double minute 2 (MDM2) в раковых клетках [92]. Ранние исследования lincRNA-p21 не выявили эффекта экспрессии lincRNA-p21 на соседний с ней ген p21, или на клеточный цикл в целом [12]. Однако, недавнее исследование с использованием LincRNA-P21 loxP кондиционных нокаутных мышей выявило, что она может преимущественно действовать путем активации p21 в цис-положении и нарушает G1/S клеточного цикла КПП (checkpoint); хотя это, по-видимому, не влияет на апоптоз или на регуляцию генов мишенй в транс-положении [90]. Это отличие может базироваться на использовании базирующихся на RNAi методов нокдауна, это подчеркивает важность комплементарных подходов, чтобы изменять и оценивать функцию lncRNA . Кроме того, lincRNA-p21, как было установлено, взаимодействует с HuR и репрессирует трансляцию β-catenin (CTNNB1) и JunB в клетках рака груди [93]. Регуляция на транскрипционном и пост-транскрипционном уровнях согласуется с локализацией lincRNA-p21, которая обнаруживается в ядре, а также в цитоплазме [93]. Более того, lincRNA-p21, как было установлено, индуцируется с помощью гипоксии и участвует с гипоксией индуцированном гликолизе в эмбриональных фибробластах мышей, подтверждая роль этой lncRNA в регуляции эффекта Варбурга в клеточном метаболизме [94]. Итак, lincRNA-p21, помимо различных своих ролей участвует в тонкой настройке транскрипционной регуляторной цепи p21 и/или p53, двух хорошо известных опухолевых супрессоров.
Некоторые др. lncRNAs, такие как PANDA (Table 1) и PINT, индуцируются с помощью p53 и могут или усиливать транскрипционную реакцию p53 в клетках или противодействовать ей [95, 96]. Поэтому целенаправленное воздействие lncRNAs внутри этих транскрипционных сетей скорее, чем регуляторы клеточного цикла сами по себе могут составить жизненно важную альтернативу, чтобы преодолеть ограничения целенаправленного воздействия на эти белки.
Therapeutic Targeting of lncRNAs
Некодирующие РНК играют важную роль в патогенеза рака [97]. Принимая во внимание разнообразие потенциального способа их действия, lncRNAs могут быть нацелены с помощью множественных подходов (Figure 2, Key Figure): (i) пути пост-транскрипционной деградации РНК могут вызывать нокдаун патогенных РНК. Это может быть достигнуто, используя siRNAs, которые будут активировать dicer- и argonaute (AGO)-зависимый путь расщепления. Альтернативно, ASOs с химическими модификациями могут быть использованы, чтобы целенаправленно воздействовать на интересующую для деградации посредством RNase H-зависимого механизма. (ii) Модуляция генов lncRNA с помощью стерической блокады промотора или путем использования техники геномного редактирования. (iii) Наконец, возможно также достичь потери функции путем создания стерического подавления взаимодействий РНК-белок или предупреждения образования вторичных структур. РНК-связывающие малые молекулы или ASOs, могут быть использованы в этом случае. Мы даем примеры современных успехов в каждой из упомянутых стратегий воздействия на lncRNAs, а также возможное их терапевтическое использование.
Post-Transcriptional Targeting of lncRNAs
Пост-транскрипционное целенаправленное воздействие представляет собой прямой способ модуляции любой интересующей РНК. Высоко избирательная природа образования РНК-РНК или РНК-ДНК дуплексов позволяет исследователям изучать потенциал базирующейся на олигонуклеотидах терапии [98, 99]. Эти базирующиеся на нуклеиновых кислотах лекарства могут целенаправлено воздействовать на любой уникальный регион транскриптома человека и, что важно, предоставлять возможность целенаправленно действовать на 'undruggable' части генома. Это сегодня невозможно с малыми молекулами или лекарствами. базирующимися на антителах, которые обладают значительно меньшим репертуаром молекул и мишеней [100, 101]. На сегодня существуют два главных подхода с использованием терапии нуклеиновыми кислотами; двунитевое RNA-mediated interference (RNAi) и однонитчатые ASOs (see below). Терапия нуклеиновыми кислотами никогда не обнаруживала значительной стабильности и высокой эффективности и результаты обычно существенно снижались из-за побочных эффектов, и лекарства, базирующиеся на нуклеиновых кислотах находятся на разных стадиях клинических испытаний для некоторых болезней, включая и злокачественное [102,103, 104].
RNAi
Открытие пути RNAi у Caenorhabditis elegans сопровождалось демонстрацией специфического нокдауна РНК мишеней с использованием экзогенной двунитчатой РНК [105-107]. Добавление из двойной нити малой РНК вызывает деградацию пути, который использует dicer, фермент RNase III, и мультибелковый комплекс RISC (RNA-induced silencing complex) совместно с эндонуклеазой AGO2 [108. RNAi также активна в клетках человека и это привело исследователей к использованию синтетических siRNAs для целенаправленного воздействия на РНК в клетках человека и мышиных моделях [109, 110]. Первое сообщение об успешном in vivo исследовании базировалось на не-модифицированных siRNAs, чтобы вызвать нокдаун Fas мРНК у модельных мышей со скоротечным гепатитом [111. С тех пор проведены многочисленные исследования, продемонстрировавшие успешное использование siRNAs против мРНК мишеней для разных патологических состояний, таких как рак, нейрологические болезни и метаболические нарушения [112, 114]. Некоторые фармацевтические компании, включая Alnylam Pharmaceuticals, siRNA Therapeutics и miRNA Therapeutics стаи пионерами в разработке терапии, базирующейся на siRNA и miRNA [113]. Поскольку двунитчатая РНК прирожденно чувствительна к нуклеазам, то они нуждаются в дополнительных химических модификациях, чтобы предупреждать от становления субстратами для последующих путей ферментативной деградации [114]. Успехи по химической модификации, такие как 2'-O methyl (2'-O-Me) остатки сахаров и phosphorothioate связки на 3'-конце РНК, улучшили фармацевтические свойства лекарств. базирующихся на siRNA [115].
Некоторые lncRNAs были подвергнуты нокдауну, используя традиционные siRNAs в линиях клеток [114, 115]. Однако, эксперименты in vivo с использованием siRNAs оказались затруднены. Это частично обусловлено отсутствием эффективных методов доставки и ограниченной биодоступности siRNAs у животных [116, 117]. miRNAs были первыми не-кодирующими РНК, которые подверглись фармацевтическому воздействию с использованием терапии, базирующейся на РНК (rev. [118). Однако, пре-клинические исследования с использованием siRNAs/shRNAs для воздействия на lncRNAs оказались очень ограниченными. siRNAs, нацеленные против MALAT1 в линии клеток рака простаты человека, вызывали подавление клеточного роста, инвазии и миграции и вызывали арест клеточного цикла [119]. siRNA-обусловленный нокдаун HOTAIR подавлял инвазию матрикса в ряде клеточных линий рака груди человека [32]. Более того, подкожные инъекции клеток линии рака желудка человека, трансфицированные с помощью HOTAIR shRNA, подавляли эффективность приживления у мышей nude [31]. Недавно базирующийся на shRNA скрининг у модельных мышей с лейкемией, выявил несколько видов lncRNA как важных для поддержания лейкемии и показал, что некоторые lncRNAs могут способствовать проявлению сигнатур стволовых клеток лейкемии [120].
ASOs
Они соединяются с РНК посредством стандартного спаривания оснований по Watson-Crick. Zamecnik и Stephenson впервые продемонстрировали, что короткие 13-mer однонитчатые ДНК целенаправленно воздействуют на вирусную РНК Rous саркомы и могут ингибировать репликацию вирусов в клеточных линиях [121, 122]. Сегодня ASOs целенаправленно воздействуют на разные mRNAs, по ним проводятся клинические испытания для некоторых болезней, включая рак [123]. Они также выступают в качестве многообещающего терапевтического подхода для целенаправленного воздействия на lncRNAs [48]. После соединения со своей РНК мишенью, ASOs могут подавлять или изменять экспрессию генов посредством стерических помех, нарушений сплайсинга, инициации целенаправленной деградации и/или др. событий. Эволюция химии ASO внесла четкий вклад в успешность их клинического испытания в разных сценариях. Новая генерация ASOs состоит из 15-20 nt с модификацией остова (backbone), содержащего phosphorothioate сцепления [124. Phosphorothioate повышает резистентность к деградации с помощью клеточных нуклеаз [125, 126]. Однако, после соединения со своими мишенями, эти ASOs способны поддаваться RNase H-зависимому расщеплению, приводя к эндонуклеотическому расщеплению РНК мишени [126]. Кроме того, при добавлении phosphorothioate модификации, химическая модификация сахарного остова особенно в позиции 2' position (2'-O-methoxyethyl) наделяет их лекарственными свойствами ASOs [127. Эта вторая генерация ASOs обнаруживает улучшенную способность к связыванию и устойчивую фармакокинетику [128]. Поскольку все сахара в остове могут быть модифицированы, то возникает в результате униформность модифицированных ASOs, такие ASOs демонстрируют очень низкую или не обнаруживают активности RNAse H и не могут быть использованы для нокдауна РНК, поскольку модифицированные основания устойчивы к расщеплению с помощью RNAse H [129]. Однако, они эффективны в качестве переключающих сплайсинг ASOs и могут быть использованы для модуляции паттерна сплайсинга РНК мишеней путем блокирования энхансеров сплайсинга или репрессоров сайтов связывания [102]. Первые клинические проверки splice-switching ASO drug Spinraza™ (nusinersen, Ionis Pharmaceuticals/Biogen) базируются на этой технологии и использованы для коррекции переключения сплайсинга в гене SMN2 (survival of motor neuron 2) в ЦНС у пациентов, страдающих от spinal muscular atrophy (SMA) [102, 130].
Чтобы достичь RNAse H-обеспечиваемого нокдауна РНК мишеней используются химерные ASOs, обозначаемые как 'gapmers'. Gapmer ASOs являются гибридами РНК-ДНК -РНК, где остатки РНК содержат 2'-O-MOE модифицированный сахарный остов[129]. Kynamro®(mipomersen sodium, Ionis Pharmaceuticals) является первым разрешенным FDA лекарством, используемым для нокдауна мРНК APOB100 для лечения семейной hypercholesterolemia [131,132]. Однако, появились сообщения о печеночной токсичности, связанной с использованием Kynamro® и неясно, зависит ли это от последовательностей [131]. Химические свойства Gapmer связаны с различными модификациями сахаров, это обусловливает значительное улучшение лекарственных атрибутов ASO [133]. Одним из главных преимуществ химии ASO является разработка модификаций типа locked nucleic acids (LNAs) и S-constrained ethyl (cEt), которые демонстрируют улучшенную потенцию и многообещающие фармакокинетические профили и это подтверждено в клинических испытаниях разных связанных с раком и нейрологическими болезнями [134-136]. cEt gapmers для STAT3 и андрогенного рецептора разработаны в Ionis Pharmaceuticals вступили в фазу Phase II клинических испытаний [103, 137]. Хотя вызываемый ASO нокдаун действует на цитоплазматические РНК, ASOs также функционируют эффективно в клеточном ядре. Это обусловлено тем фактом, что главный эффектор nuclease RNase H концентрируется в ядре [126]. Большое количество lncRNAs концентрируется в ядре [8]; поэтому ASOs представляют собой идеальный подход для вызывания существенного нокдауна lncRNA.
В нашей лаб. впервые были использованы cEt gapmers для целенаправленного воздействия на Malat1 lncRNA в разных моделях рака груди. Подкожное введение Malat1 ASO модельным мышам MMTV-PyMT с luminal B раком груди приводило к дифференцировке первичных опухолей и почти 80% снижению метастазов по сравнению с неспецифическими ASO у контрольных мышей [48]. Далее нокдаун Malat1 с использованием ASOs снижал также морфогенез ветвления в 3D органоидной модели, происходящей из MMTV-PyMT опухоли и Her2 модели опухоли молочных желез мышей [48]. Помимо опухолей груди, MALAT1 ASOs также обнаруживали мощную противо-метастатическую реакцию в модели рака легкого xenograft. В частности, системный нокдаун MALAT1 у nude мышей при внутривенном введении клеток рака легкого человека снижал приживляемость клеток в легких более чем на 70% по сравнению с инъекциями контрольных ASO мышам [37]. Эти результаты указывают на то, что MALAT1 ASOs могут выступать в качестве мощного терапевтического средства против метастатической болезни при нескольких типах рака, но необхолдима дальнейшая оценка [138]. Кроме того, многочисленные MaTARs также оказываются чувствительны к вызываемому ASO- нокдауну в ex vivo органоидных моделях и обнаруживают достоверную противоопухолевую реакцию [55, 56]. Идущие пре-клинические исследования на происходящих от пациентов enograft моделях, а также на органоидах, происходящих из опухолей от пациентов, нацелены на проведение их в жизнь в клинические испытания (Box 1).
Box 1
Useful Preclinical Models for lncRNA Research
Morpholinos
Morpholino oligonucleotides - это не ионные аналоги ДНК , которые первоначально были использованы в биологии развития для изучения потери функции у рыбок данио [139, 140]. Они были также использованы, чтобы модулировать активность miRNA у разных организмов [141. Morpholinos - это обычно 25 nt в длину и используются для предотвращения трансляции или способствуют переключению сплайсинга путем соединения с мишенью mRNAs/pre-mRNAs [140, 142]. Morpholino ASOs могут быть химически модифицированы с помощью methylenemorpholine колец, замещающих молекулы сахаров и содержат не ионные, phosphorodiamidate связки, которые замещают анионные фосфаты ДНК или РНК [143]. Первый клинически разрешенный morpholino, Exondys 51™ (eteplirsen, Sarepta Therapeutics) был использован, чтобы вызвать модуляцию сплайсинга мРНК дистрофина у пациентов с DMD (Duchenne muscular dystrophy) [104, 144, 145].Однако, пре-клинические исследования, нацеленные на lncRNAs с использованием морфолино оказались ограниченными. Тем не менее, учитывая клинический успех и анти-смысловое связывание с мишенями, morpholinos могут оказаться пригодными для стерического вмешательства между lncRNAs и их белковыми или ДНК мишенями при др. патологических состояниях.
Limitations of Nucleic Acid-Based Therapies
Поскольку имеется безмерный энтузиазм, окружающий терапию с помощью нуклеиновых кислот при разных нарушения., включая рак, необходимо предостеречь от таких стратегий. Пересечение клеточной плазматической мембраны является первым и наиболее важным вопросом. Кроме того, присутствие клеточных нуклеаз и реакций врожденного иммунитета на чужеродные РНК, такие как посредством путей Toll-like receptor (TLR) и retinoic acid-inducible gene I-like (RIG-I) RNA helicase, могут существенно блокировать эффективность клеточного проникновения этих молекул [146, 147]. Кроме того, использование синтетических ASOs в эндосомном компартменте может существенно редуцировать биодоступность этих молекул [116, 148, 149]. Наконец, важно гарантировать, что олигонуклеотиды обладают минимальными побочными эффектами или токсичностью. Всё это мешает использованию анти-смысловой терапии [121, 122], несмотря на первоначальные терапевтические успехи [102, 130,131]. Новые поколения химических соединений играют критическую роль в преодолении многих их этих барьеров. включая способность достигать 'free uptake', повышенную стабильность, устойчивость к нуклеазам и расширению фармакокинетики. Чтобы преодолеть реакции врожденного иммунитета, запускаемые с помощью TLRs, ASOs необходимы обширные поиски, чтобы идентифицировать последовательности, которые высоко толерантны и были бы лишены CpG мотивов, которые могут провоцировать иммунные реакции [150, 151]. Главным прогрессом в целенаправленном воздействии стала разработка N-acetylgalactosamide (GalNAc)-conjugated siRNAs, чтобы вызывать специфичный для печени таргетинг (Alnylam Pharmaceuticals) [152]. Asialoglycoproteins, такие как GalNAc, соединяются с asialoglycoprotein receptor (ASGPR) и поэтому гепатоциты экспрессируют многочисленные копии ASGPR на своей клеточной мембране, эффективно потребляя такие конъюгированные siRNAs, которые могут присутствовать в печеночной ткани в очень низких дозах [152]. Др. конъюгационные методы включают липиды, такие как cholesterol, peptide nucleic acids (PNAs) и антитела, среди прочего [153, 154]. Конъюгация олигонуклеотидов возникает как много обещающая область исследований, нацеленная на расширение специфического таргетинга, нацеленного на печеночную ткань и др. типы тканей. Однако, необходима идентификация ткане- или опухоль-специфических рецепторов или маркеров клеточной поверхности и субстратов, готовых к конъюгации. Эффекты вне мишени остаются важным вопросом, нуждающимся в решении. Одной из возможностей является элиминация последовательностей, связанных с потенциальными побочными эффектами. Кроме того, успехи методов редактирования генома могут помочь избегать побочных эффектов благодаря нокдауну в клетках, которые делает нулевым ген мишень.
Modulation of lncRNA-Expressing Loci Using CRISPR/Cas9
Гены lncRNA подобны генам, кодирующим белки, транскрибируются с помощью RNA polymerase II. Недавние успехи в геномном редактировании с помощью CRISPR/Cas9 , делающим возможным достижение замалчивание транскрипции lncRNA-экспрессирующих локусов, с использованием CRISPR interference (CRISPRi) [155, 156]. При таком подходе dead-Cas9, слитая с транскрипционными репрессорами, и этот слитый белок целенаправленно воздействует на специфический промотор гена с помощью guide RNAs, чтобы вызвать транскрипционное молчание [157]. В геномном исследовании CRISPRi , guide RNAs была преобразована, чтобы целенаправленно воздействовать на промоторы более чем 16 000 генов lncRNA в геноме человека [158]. CRISPRi была использована избирательно. чтобы инактивировать гены lncRNA в наборе 7 клеточных линий человека. включая 6 типов раковых клеток и линию iPSCs; ~500 lncRNAs были найдены как важные для роста раковых клеток. Многие из них были важны только для одного типа клеток, подчеркивая тот факт, что функция lncRNA очень специфична для данного типа клеток [158]. Эти эксперименты показали, что замалчивание транскрипции lncRNAs с использованием CRISPR осуществимо и, скорее всего, будет использовано в будущем для терапевтических воздействий этих молекул на транскрипционном уровне [155, 159]. Недавно идентифицирована нацеленная на РНК CRISPR/Cas13 система [160], и она представляет др. многообещающий подход нокдауна lncRNAs, что пригодна для разработки терапии. Т.о., lncRNAs, участвующие в раках, связанных с кровью, такие как PVT1 и LUNAR1, могут быть легко подвергнуты CRISPR-базирующимся подходам [34, 60]. Некоторые исследования выявили преимущества CRISPR-обеспечиваемого редактирования, теперь необходимо выяснить, как впишутся в клинические сценарии при раковых опухолях.
Transcriptional Upregulation by Targeting Natural Antisense RNAs
Большинство современных терапевтических стратегий оперирует ингибированием или нокдауном молекул мишеней. Однако, имеется заметное отсутствие терапевтических стратегий, усиливающих экспрессию генов. Такое усиление активности является критическим для активации опухолевых супрессоров при раках и др. критических факторов роста, чья экспрессия обеспечивает нарушения роста в пролиферирующих клетках. Natural antisense RNAs (NATs) являются субнабором из не-кодирующих РНК, которые перекрываются с белок-кодирующими генами и транскрибируются в анти-смысловом направлении [161]. Перекрывающие NATs найдены для нескольких белок-кодирующих локусов в геноме человека [161]. Большинство таких транскриптов влияет на транскрипцию перекрывающих их генов, т.о., действуя в цис-положении [162, 163]. Подавление цис-действующих анти-смысловых транскриптов может приводить к усилению активности генов для соседних и перекрывающихся белков, указывая на то, что значительное количество NATs может действовать как репрессоры транскриптов, кодирующих смысловые последовательности [162, 163]. NATs присутствуют для очень многих критических для супрессии опухолей генов, таких как CDKN2B(ANRIL) [89] и CDKN1A (P21-AS) [90]. При некоторых раках повышенная экспрессия NATs супрессирует экспрессию соотв. генов опухолевых супрессоров [164]. Т.о., терапевтическое подавление NATs с использованием ASOs обладает потенциалом активации опухолевых супрессоров. Эти ASOs известны как antagoNATs - они являются однонитчатыми, химически модифицированными LNAs или др. ASOs [163]. Сегодня OPKO-CURNA и RaNA Therapeutics предлагают несколько AntagoNATs для разных стадий пре-клинического и клинического испытания. Эти примеры открывают возможности моделирования экспрессии lncRNA.
Steric Inhibition of lncRNA Function
Накапливаются данные, подтверждающие, что многие lncRNAs проявляют свою функцию путем соединения с белками или с интегральными компонентами белковых комплексов [165, 166]. Большинство lncRNAs связаны с хроматин-модифицирующими комплексами, такими как члены PRC комплекса. В этих случаях РНК закрепляется на поверхности белка, что зависеть от последовательности или структуры [167]. Morpholinos и униформно модифицированные ASOs, которые не могут стимулировать активность RNAse H, могут быть использованы в таких случаях, чтобы соединиться специфически с РНК и блокировать РНК-белок взаимодействие, приводя к потере функции [141].
Small Molecules
lncRNAs, подобно др. не-кодирующим РНК образуют стабильные вторичные и третичные структуры [168]. Поскольку компьютерные предсказания базируются на модели ковариантности, то предполагается, что очень немногие lncRNAs обладают законсервированными структурными свойствами [169], исследования химических поперечных связей in vivo продемонстрировали вторичные и/или третичные структуры для некоторых lncRNAs [168, 170, 171]. С развитием определения структуры РНК , таких методов, как SHAPE и PARIS становится возможным точно картировать вторичную и третичную структуры lncRNAs [172-174]. Клинические испытания, лежащие в основе целенаправленного воздействия на высоко структуированные бактериальные или вирусные riboswitches используют малые молекулы ингибиторов бактериальной и вирусной инфекций, соотв. [175]. Некоторые генетические нарушения человека, включая болезнь Гентингтона, синдром ломкой Х и миотонической дистрофии вызываются удлинением трех-нуклеотидных повторов в РНК транскриптах, которые складываются в стабильные РНК шпильки и приводят к нарушениям сплайсинга и/или трансляции [170, 176, 177]. Эти вызывающие болезнь элементы РНК представляют собой совершенно новый класс лекарственных мишеней. Резонно предположить, что сходство структуированных элементов РНК присутствовать в многочисленных патогенных lncRNAs [173]. MALAT1 и NEAT1 являются классическим примером, когда 3' конец транскрипта складывается в уникальную тройную спиральную структуру [170,171, 178, 179]. Низкомолекулярные ингибиторы, нацеленные на эти уникальные структурные элементы в lncRNAs могут в принципе дестабилизировать транскрипты или аллостерически вмешиваться в соединение белка, чтобы обеспечить терапевтический эффект, хотя это tot предстоит подтвердить.
Therapeutic Manipulation of lncRNA Promoters
Помимо того факта, что lncRNAs сами по себе могут служить в качестве потенциальных терапевтических мишеней, недавние находки при клинических испытаниях с использованием lncRNA промоторов предоставили обнадеживающую информацию. BC-819 (DTA-H19), двунитчатая ДНК плазмида, несущая ген для A субъединицы дифтерийного токсина под регуляцией промотора гена H19 , была применена, чтобы выявить противо-опухолевую реакцию в различных солидных опухолях (BioCancell Therapeutics) [180]. Первоначально протестированная на мышиной модели рака мочевого пузыря, BC-819 теперь была протестирована на non-small cell легочной карциноме, раке толстой кишки, поджелудочной железы и оварий [181, 182]. Фазы I/IIa клинического испытания на пациентах с инвазивным раком мочевого пузыря, получающих внутрь пузыря BC-819 сопровождалась умеренной, локальной токсичностью. а также полной и частичной реакцией у 22 и 44%, соотв. [181. Высокая избирательная тканевая специфичность экспрессии некоторых lncRNAs, таких как H19, в комбинации с терапевтической реакцией на ранних стадиях клинических испытаний BC-819, вызывали значительный интерес к дальнейшим исследованиям с использованием специфичных для тканей или типов клеток промоторов lncRNA, чтобы управлять экспрессией токсинов, стимулировать цитотоксические эффекты в клетках, затронутых болезнью.
Concluding Remarks
lncRNAs are emerging as important players in tumorigenesis. A detailed understanding of their expression and mechanisms of action is crucial to appreciate the importance of this unique class of molecules. The fact that lncRNAs are generally expressed in a cell- or tissue-specific manner makes them exceptional therapeutic targets. Further, sequence-based nucleic acid therapeutics are evolving at a rapid pace. The identification and evaluation of a lncRNA target in the context of cancer may be translated into clinical scenarios in a reasonable time-window. Although many questions and challenges remain to be addressed (see Outstanding Questions and Box 2), the increased success rate of nucleic acid therapeutics provides an exciting opportunity to explore lncRNAs as viable candidate therapeutic targets in cancer and other pathologies.
|