Apresentação the complexities of micro rna regulation mirandering around the rules
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12/04/2023
THE COMPLEXITIES OF MICRORNA REGULATION: MIRANDERING AROUND THE RULES
Kimberly Breving, Aurora Esquela-Kerscher
Department of Microbiology and Molecular Cell Biology,
Eastern Virginia Medical School, Norfolk, VA , United States
Apresentação: Vitor Lima Coelho
Ministério de Ciência, Tecnologia e InovaçãoLaboratório Nacional de Computação Científica
Petrópolis, RJ
12/04/2023
Tópicos• Introdução• Biogênese do miRNA• Repressão e Ativação do mRNA• miRNA e Câncer• Considerações finais• Referências
12/04/2023
INTRODUÇÃO
12/04/2023
Introdução
• MicroRNAs (miRNAs) são pequenas moléculas de RNA de fita única com aproximadamente 22 nucleotídeos.
• Em geral, os miRNAs são localizados nas regiões intergênicas, nos éxons ou íntrons de outros genes.
12/04/2023
Introdução• Apresentam função na degradação ou inibição da
tradução do mRNA [1].
Fonte: http://www.laskerfoundation.org/awards/2008_b_description.htm
12/04/2023
Introdução
• Considerada a maior classe de reguladores gênicos.
• O miRBase é um repositório online de anotações e sequências de miRNA. • O número de sequências da base de dados sofreu
crescimento exponencial desde sua implementação.
12/04/2023
Introdução
• O release 18 do miRBase contém mais de 1.900 miRNAs maduros distintos, com mais de 1.520 loci de genes de miRNA somente de humanos.
• Além disso, o número de publicações na PubMed com referências para a palavra-chave “microRNA” acompanhou esse crescimento exponencial [2].
12/04/2023
Introdução
Fonte: [2]
12/04/2023
BIOGÊNESE DO MIRNA
12/04/2023
Biogênese do miRNA
•Núcleo:• Transcrição• Formação de pre-miRNA
•Citoplasma:• Formação do miRNA maduro.• Atuação.
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Biogênese - Núcleo
Transcrição:• Regulada positivamente e negativamente:
• Fatores de transcrição.• Elementos silenciadores.• Modificações da cromatina.
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Biogênese - Núcleo
Transcrição:• Atuação da polimerase II e alguns casos polimerase III
• Regiões intergênicas, éxons ou íntrons de outros genes.
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Transcrição:• Fatores de transcrição:
• Podem se ligar aos elementos promotores e modular a expressão do miRNA.
• C-Myc: fator de transcrição oncogênica sobre o miR-17-5p.
• p53: proteína citoplasmática regula família miR-34
Biogênese - Núcleo
12/04/2023
Transcrição:• Fatores de transcrição:
• Fatores regulatórios de transcrição estão associados a supressores de tumor e oncogenes.
Biogênese - Núcleo
12/04/2023
Biogênese - Núcleo
Transcrição:• Certos lóci de miRNA estão sobre regiões de CpG (C –
pontes de fosfodiéster - G) indicando controle epigenético.
12/04/2023
Biogênese - Núcleo
Transcrição:• Alguns miRNA tem sua transcrição dependente do nível
de metilação.
• Nos vertebrados, a seqüência CpG é um sinal para a metilação pelas metiltransferases.
• A principal função da metilação nestes organismos é a repressão da expressão gênica.
• Seqüências não devem estar metiladas para serem transcritas (ao menos na região promotora).
12/04/2023
Biogênese - Núcleo
Transcrição:• Estudos apontam que os miRNAs podem ser transcritos
bidirecionalmente.• Pode gerar miRNA maduro com diferentes alvos.• Ou interferência caso os complexos de polimerase se
colidam.
12/04/2023
Biogênese - Núcleo
Formação do pre-miRNA:• 1 - Os miRNAs de
mamíferos são transcritos pela RNA polimerase II.
• Origina o pri-miRNA, formado por uma ou mais estruturas em forma de grampo (hairpin).
12/04/2023
Biogênese - Núcleo
Formação do pre-miRNA:• 2 - Pri-miRNAs são
processados por um complexo composto pela enzima Drosha + proteína DGCR8.
• DGCR8 interage diretamente e de forma estável com o pri-miRNA, determinando a precisão e a eficiência da clivagem.
12/04/2023
Biogênese - Núcleo
Formação do pre-miRNA:• O produto do microprocessamento nuclear é o pre-miRNA, formado por aproximadamente 70 nucleotídeos.
12/04/2023
Biogênese - Núcleo
Formação do pre-miRNA:• O microprocessamento pelo complexo da Drosha não é
obrigatório (BARTEL, 2004; DU & ZAMORE, 2005; WINTER et al., 2009).
• Alguns pri-miRNAs intrônicos, após o processo de splicing, apresentam um tamanho apropriado e uma conformação de grampo semelhante a um pre-miRNA.
• São levados diretamente ao citoplasma para serem novamente processados (RUBY et al., 2007).
12/04/2023
Biogênese - Núcleo
Formação do pre-miRNA:• Então o pre-miRNA, é transportado ao citoplasma associado ao complexo Exp5 (Exportin-5-Ran-GTP-dependent).
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Biogênese - citoplasma
Formação do miRNA maduro:• 3 - O pre-miRNA é
processado pelo complexo enzimático Dicer/TRBP, perdendo a configuração em “grampo” e originando duas fitas simples de miRNA de aproximadamente 22 nucleotídeos.
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Biogênese - citoplasma
Atuação:• Uma fita se liga a uma proteína AGO2.• Acoplada ao complexo de proteínas que reprime ou
degrada a tradução do gene alvo (miRNP).
12/04/2023
REPRESSÃO E ATIVAÇÃO DA EXPRESSÃO DO MRNA
12/04/2023
Repressão e ativação da expressãodo MRNAA repressão da expressão do mRNA• Atua principalmente na região UTR 3’.• Complementariedade imperfeita
• Repressão da tradução• Degradação do mRNA
12/04/2023
Repressão e ativação da expressãodo MRNAA repressão da expressão do mRNA• O controle da expressão do gene alvo também pode ser
realizado através da associação do miRNA com regiões diferentes da UTR 3’• Regiões codificadoras;• Elementos da UTR 5’;
12/04/2023
Repressão e ativação da expressãodo MRNAA repressão da expressão do mRNA• miRNAs podem se ligar a regiões de sequências
codificadoras de aminoácidos dos transcritos de mRNA:
12/04/2023
Repressão e ativação da expressãodo MRNAA repressão da expressão do mRNA • Redes complexas de miRNAs distintos podem se ligar em
diferentes regiões de complementariedade do mRNA;• Essas regiões podem ser tanto codificadoras quanto não-
codificadoras.
12/04/2023
Repressão e ativação da expressãodo MRNAA ativação da expressão do mRNA • Complementariedade imperfeita com elementos
promotores de genes codificadores de proteínas.• Ativação de RNA (aRNA)• miR-373
12/04/2023
Repressão e ativação da expressãodo MRNAA ativação da expressão do mRNA • Indução da tradução de proteínas.• Condições promotoras ótimas.• Associação com elementos da UTR 5’.
12/04/2023
Repressão e ativação da expressão do MRNAOscilação entre ativação e repressão da expressão• A associação do miRNA com diferentes fatores pode (ou
não) definir a característica ativadora ou repressora;
• AGO2 + miRNA associado com outros fatores (GW182) podem resultar na repressão e/ou degradação do mRNA.• GW182 possui papel na estabilidade do miRNA [3].
• AGO2 + FXR1 (fragile-X-mental retardation) + outros fatores formam um “complexo de ativação” miRNP
12/04/2023
Repressão e ativação da expressão do MRNAFatores de inibição da atuação do miRNA:• Fatores de ligação de RNA Dnd1(Dead end homolog 1) e
HuR (Hu antigen R) quando se ligam ao mRNA podem inibir a repressão causada pelo miRNA.
• Altera os pontos de ligação do complexo miRNP, reduzindo a afinidade do miRNA com o mRNA.
12/04/2023
MIRNA E CÂNCER
12/04/2023
MiRNA e Câncer
Estudos mostram que os miRNAs têm sua expressão desregulada em células anormais [4].• Exemplo:
• miR-15a e -16-1 são super-expressos no cromossomo 13q14• Regiões associadas a CLL e outros cânceres;• Células normais possuem menor quantidade relativa desses dois
miRNAs
• Podem regular positivamente e negativamente.
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MiRNA e CâncerTumor Método de
profilingRegulador
(+)Regulador
(-)Anotação
Pancreático Array miR-196a miR-217 Adenocarcinoma ductal vs. Pancreatite e tecido normal
Câncer de mama
Array miR-21 miR-125b, -145
Características clinicopatológicas
Câncer da tireóide
Array miR-30d, -125b, -26a e -30ª-5p
Carcinomas de tireóide anaplásico vs. Tecidos normais
Fonte: [4]
12/04/2023
MiRNA e Câncer
Mecanismos de desregulação de miRNA em câncer• Anormalidade genômica:
• deleção, amplificação, etc. cromossômicas.
• Fatores epigenéticos:• Hipermetilação em ilhas de CpG em regiões promotoras resultam
em silenciamento transcricional de genes supressores de câncer.
• Regulação transcricional• Fatores de transcrição impactam nos processos celulares.
• Regulação nas etapas de processamento de miRNA• Níveis alterados de Dicer ou Drosha em células cancerígenas.
12/04/2023
CONSIDERAÇÕES FINAIS
12/04/2023
Considerações Finais• miRNAs desempenham papéis essenciais durante o
desenvolvimento e homeostase na fase adulta.
• Um único miRNA pode realizar atividades biológicas relacionadas com diversos genes.
• Múltiplos fatores estão associados à sua regulação.
12/04/2023
Considerações Finais• Regulação de Genes ultraconservados (GUC):
• Genes de transcritos de RNA não codificadores encontrados no genoma humano que compartilham um alto grau de conservação com outros vertebrados e são hipoteticamente considerados importantes funcionalmente.
12/04/2023
Considerações Finais• A desregulação dos miRNA podem resultar em uma série
de efeitos negativos devido a expressão incorreta tanto de genes codificadores quanto não codificadores de proteínas.
12/04/2023
Considerações Finais• Fatores celulares e ambientais podem definir se um
miRNA irá reprimir ou ativar a expressão de um gene e induzindo ou bloqueando determinadas atividades celulares, como crescimento e diferenciação.
12/04/2023
Considerações Finais• Resultados preliminares sugerem que miRNAs podem ser
úteis para terapia do câncer.
• No entanto, há ainda uma lacuna significante entre as pesquisas e a aplicação clínica.
12/04/2023
Considerações Finais• Em paralelo, é necessário adquirir maior conhecimento
sobre a biogênese, interação dos miRNAs com a expressão gênica e como essas interações estão relacionadas com a tumorigênese.
12/04/2023
REFERÊNCIAS
12/04/2023
Referências• [1] BREVING, K.; ESQUELA-KERSCHER, A. The complexities of
miRNA regulation: mirandering around the rules. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, vol. 42, p.1316-1329 2010.
• [2] KOZOMARA, A.; GRIFFITHS-JONES, S. miRBASE: integrating microRNA annotation and deep-sequencing data. Nucleic Acids Research, vol. 39, 2011.
• [3] YAO, B.; CHEN, Y. C.; CHANG, L. J.; CHAN, E. K. Defining a new role of GW182 in maintaining miRNA stability. PubMed Reports, 13 (12), 2012.
• [4] LEE, Y. S.; DUTTA, A. MicroRNAs in Cancer. Annu Rev Pathol., vol. 4, p.199-227, 2010.
12/04/2023
OBRIGADO!
Apresentação: Vitor Lima Coelho
Ministério de Ciência, Tecnologia e InovaçãoLaboratório Nacional de Computação Científica
Petrópolis, RJ