Sickle cell disease (SCD) вызывается мутацией β^S-globin, приводящей к продукции гемоглобина S, формированию полимера в условиях низкого давления кислорода и образованию серповидноклеточных эритроцитов. Исходом этого процесса является хронический гемолиз, оксидативный стресс, анемия и эпизоды закупорки сосудов с болями и повреждениями органов. Наиболее эффективным лечением для SCD является индукция фетального гемоглобина (HbF; α₂γ₂), который подавляет полимеризацию sickle гемоглобина за счет образования гибридных молекул [1]. Оксимочевина является единственным разрешенным Food and Drug Administration лекарством, которое ослабляет клинические симптомы SCD путем индукции HbF и др. благоприятных свойств, таких как увеличение уровней nitric oxide и противовоспалительные эффекты^{2, 3}. Не все индивиды реагируют на лечение с помощью hydroxyurea, поэтому понимание молекулярных механизмов, участвующих в регуляции γ-globin для разработки стратегии индукции HbF является критическим для обнаружения дополнительных эффективных терапевтических вмешательств при SCD.

При изучении геномных ассоциаций, выявлены полиморфизмы одиночных нуклеотидов (SNPs), ассоциированные с уровнями HbF при SCD и талассемии^4-8. Три генетических локуса, включая -158 Xmn1-HBG2, BCL11Aat 2p15 и HBS1L-MYB регион, насчитывают 30-50% наследуемых вариаций уровней HbF в нескольких популяциях^4-7. Локус Xmn1-HBG2 вносит 13% вклад в вариабельность HbF в популяциях при β-thalassemia, но этот эффект не воспроизводится у афроамериканцев [7] или тайзанийцев [8]. Самый значительный эффект на экспрессию HbF обеспечивается с помощью SNPs во втором интроне BCL11A, приводя к замалчиванию гена^{4, 6, 7, 9}. Последующий генный нокаут подтвердил главную репрессирующую роль BCL11A в замалчивании γ-globin гена во время переключения гемоглобинов [10] посредством активации KLF1 ^{11, 12} и взаимодействия с ко-репрессором SOX6 ^{13, 14}. Более того, гаплонедостаточность KLF1, вызываемая с помощью SNPs в кодирующих и не кодирующих регионах ДНК вызывает высокие уровни HbF у людей [15]. Недавнее исследование Bauer et al. продемонстрировало, что эритроид-специфический энхансер во втором интроне BCL11A[16], который регулирует клон-специфическую активацию BCL11A, является прекрасной мишенью для разработки новой генотерапии β-hemoglobinopathies.

Третий локус, затрагивающий экспрессию HbF, расположен в регионе HBS1L-MYB 5' репрессора онкогена MYB[5]. Исследования на первичных эритроидных культурах продемонстрировали связывание транскрипционных факторов LDB1, Tal1 и KLF1 в регионе HBS1L-MYB, чтобы контролировать экспрессию MYB [17]. Дополнительное исследование Sankaran et al. продемонстрировало, что microRNA (miRNA) miR-15a и miR-16-1 усиливают экспрессию γ-globin путем замалчивания MYB у детей с трисомией 13 [18].

Недавние исследования идентифицировали механизмы экспрессии гена γ-globin, сфокусировавшись на пост-транскрипционной регуляции генов, обеспечиваемой с помощью miRNA. Azzouzi et al. продемонстрировали при скрининге miRNA в пупочном канатике и ретикулоцитах периферической крови, что miRNA-96 целенаправленно воздействует на открытую рамку считывания молекулы γ-globin мРНК, чтобы замалчивать экспрессию γ-globin [19]. В работе Miller et al. [20] установлена способность LIN28B репрессировать экспрессию let-7 miRNA в качестве механизма индукции HbF в системах тканевой культуры. Недавно была подтверждена роль miR34a в активации γ-globin [21] путем замалчивание гена STAT3. Мы ранее продемонстрировали негативную роль STAT3 экспрессии γ-globin [22]. эти исследования расширили роль miRNA в регуляции γ-globin, но дополнительные мишени ещё будут открыты.

Итак, наследуемые генетические модификаторы и фармакологические агенты, усиливающие экспрессию плодного гемоглобина (HbF) уменьшают клиническую тяжесть sickle cell disease (SCD). Предпринят геномный анализ microRNA (miRNA) для идентификации генов, связанных с экспрессией HbF у пациентов с SCD. Была выделена РНК из очищенных ретикулоцитов для профилирования экспрессии microarray-based miRNA. Используя выборки от пациентов с контрастирующими уровнями HbF, мы наблюдали восьмикратное увеличение активности miR-144-3p (miR-144) и miR-144-5p в группе с низким HbF по сравнению с таковыми с высокими уровнями HbF. Дополнительный анализ с помощью reverse transcription quantitative polymerase chain reaction подтвердил отличающиеся уровни экспрессии miR-144 у субъектов обеих групп. Последующие функциональные исследования в нормальных и sickle эритроидных предшественниках показали замалчивание гена NRF2 с помощью miR-144 и последующую репрессию транскрипции γ-globin; напротив, воздействие с помощью miR-144 antagomir устраняет его эффект замалчивания зависимым от дозы способом. Поскольку NRF2 регулирует уровни реактивных видов кислорода, то проведены дополнительные исследования механизмов регуляции HbF с использованием модели hemin-индуцируемого оксидативного стресса. Воздействие на клетки KU812 hemin вызывает увеличение экспрессии NRF2 и индукцию HbF, которые устраняются предварительным воздействием miR-144. Метод иммунопреципитации хроматина подтвердил связывание NRF2 с antioxidant чувствительным элементом γ-globin, который был подавлен с помощью воздействия, мимикрирующего miR-144. Данные геномного микромассива miRNA и первичных эритроидных предшественников подтвердили эффективность miR-144/NRF2-обеспечивающего механизма регуляции гена γ-globin при SCD.