microRNAs: הבנה חדשה של מנגנון הפעולה בזיהומים ויראליים ומשמעותו

MicroRNA או בקיצור miRNA (לא לבלבל עם mRNA או שליח RNA) התגלו בשנת 1993 ונחקרו בהרחבה בשני העשורים האחרונים בערך על תפקידם בוויסות ביטוי גנים. miRNAs מתבטאים בצורה דיפרנציאלית בתאי גוף וברקמות שונות. מחקר שנערך לאחרונה על ידי מדענים מאוניברסיטת קווינס, בלפסט גילה את התפקיד המכניסטי של ה-miRNAs בוויסות מערכת החיסון כאשר תאי הגוף מאותגרים על ידי וירוסים. ממצאים אלה יובילו להבנה משופרת של המחלה וניצול שלה כיעדים לפיתוח טיפולי חדשני.  

MicroRNAs או מירנאים צברו פופולריות במהלך שני העשורים האחרונים בשל תפקידם בתהליכים פוסט-תעתיקים כגון בידול, הומאוסטזיס מטבולי, ריבוי ואפופטוזיס ^(1-5). מירנאים הם חד-גדיליים קטנים רנ"א רצפים שאינם מקודדים לאף חלבון. הם נגזרים מבשרים גדולים יותר, שהם דו-גדילים RNAs. הביוגנזה של מירנה מתחיל בגרעין התא וכרוך ביצירת ראשוני מירנה תמלילים מאת רנ"א פולימראז II ואחריו חיתוך של התמליל הראשוני לשחרור סיכת השיער שלפני ה-miRNA על ידי קומפלקס אנזים. הראשי מירנה לאחר מכן מיוצא לציטופלזמה שם הוא מופעל על ידי DICER (קומפלקס חלבון שמבקע עוד יותר את ה-Pre-miRNA), ובכך מייצר את ה-mirna החד-גדילי הבוגר. ה-miRNA הבוגר משתלב בעצמו כחלק מ-RNA-induced silencing complex (RISC) ומשרה השתקת גנים שלאחר שעתוק על ידי הידוק RISC לאזורים המשלימים, המצויים באזורי 3' הבלתי מתורגמים (UTRs), ב-mRNAs היעד. 

הסיפור התחיל ב-1993 עם גילוי מירנאים in ג. אלגנים על ידי לי ועמיתיו ⁽⁶⁾. נצפתה שחלבון LIN-14 היה מווסת מטה על ידי גן מתומלל אחר בשם lin-4 וויסות מטה זה היה הכרחי להתפתחות הזחל ב ג. אלגנים בהתקדמות משלב L1 ל-L2. ה-lin-4 המתועתק הביא להורדת ביטוי LIN-14 באמצעות קישור משלים לאזור 3'UTR של lin-4 mRNA, עם שינויים קטנים ב mRNA רמות של lin-4. תופעה זו נחשבה בתחילה בלעדית וספציפית ל סי elegans, עד שנת 2000 לערך, אז התגלו במיני בעלי חיים אחרים ⁽⁷⁾. מאז, יש מבול של מאמרי מחקר המתארים את גילוי וקיומם של מירנאים בצמחים ובבעלי חיים כאחד. מעל 25000 מירנאים התגלו עד כה ועבור רבים, התפקיד המדויק שהם ממלאים בביולוגיה של האורגניזם עדיין נותר חמקמק. 

מירנאים להפעיל את השפעותיהם על ידי דיכוי פוסט-תעתיק של ה-mRNA על ידי קישור לאתרים משלימים ב-3' UTRs של ה-mRNA שהם שולטים בהם. השלמה חזקה מסמנת את ה-mRNA לפירוק בעוד שהשלמה חלשה אינה גורמת לשינויים ברמות ה-mRNA אלא גורמת לעיכוב התרגום. למרות שהתפקיד העיקרי של ה-miRNA הוא בדיכוי תעתיק, הם פועלים גם כמפעילים במקרים נדירים ⁽⁸⁾. ל-miRNA יש תפקיד הכרחי בהתפתחות האורגניזם על ידי ויסות הגנים ומוצרי הגנים ממש ממצב העובר ועד להתפתחות מערכות האיברים והאיברים. ^(9-11). בנוסף לתפקידם בשמירה על הומאוסטזיס תאי, מירנאים היו מעורבים גם במחלות שונות כגון סרטן (מירנאים פועלים גם כמפעילים וגם כמדכאים של גנים), הפרעות נוירודגנרטיביות ומחלות לב וכלי דם. הבנה והבהרה של תפקידם במחלות שונות יכולה להוביל לגילוי סמנים ביולוגיים חדשים לצד גישות טיפוליות חדשות למניעת מחלות. מירנאים ממלאים גם תפקיד קריטי בפיתוח ופתוגנזה של זיהומים הנגרמים על ידי מיקרואורגניזמים כמו חיידקים ווירוסים על ידי ויסות הגנים של מערכת החיסון כדי להגביר תגובה יעילה למחלה. במקרה של זיהומים ויראליים, אינטרפרונים מסוג I (IFN alpha ו-IFN beta) משתחררים כציטוקינים אנטי-ויראליים אשר בתורם מווסתים את מערכת החיסון ליצירת תגובה קרבית ⁽¹²). ייצור האינטרפרונים מווסת היטב הן ברמת השעתוק והן ברמת התרגום וממלאים תפקיד מרכזי בקביעת התגובה האנטי-ויראלית על ידי המארח. עם זאת, וירוסים התפתחו מספיק כדי להונות את התאים המארח לדכא את התגובה החיסונית הזו, לספק יתרון לנגיף לשכפול שלו ובכך להחמיר את תסמיני המחלה ^{(12, 13)}. השליטה ההדוקה של משחק הגומלין בין ייצור IFN על ידי המארח עם זיהום ויראלי ודיכוי הנגיף המדביק קובעת את היקף ומשך המחלה הנגרמת על ידי הנגיף האמור. למרות שהבקרה התעתיק של ייצור IFN וגנים מעוררי IFN קשורים (ISGs) מבוססת היטב ⁽¹⁴⁾, מנגנון בקרת התרגום עדיין נותר חמקמק ⁽¹⁵⁾. 

המחקר האחרון על ידי חוקרים מאוניברסיטת מקגיל, קנדה וה אוניברסיטת קווינס, בלפסט מספקת הבנה מכניסטית של בקרת התרגום של IFN ייצור המדגיש את התפקיד של חלבון 4EHP בדיכוי ייצור IFN-beta ומעורבות של miRNA, miR-34a. 4EHP מווסת את ייצור IFN על ידי אפנון ההשתקה התרגום המושרה על ידי miR-34a של Ifnb1 mRNA. הידבקות בנגיפים של RNA והשראת IFN בטא מעלה את רמות ה-miR-34a miRNA, מפעילה לולאת וויסות משוב שלילי המדכאת ביטוי IFN בטא באמצעות 4EHP ⁽¹⁶⁾. למחקר זה יש משמעות רבה בעקבות המגיפה הנוכחית שנגרמה תקופת הקורונה (זיהום הנגרם על ידי נגיף RNA) שכן הוא יסייע בהבנה נוספת של המחלה ויוביל לדרכים חדשות להתמודד עם הזיהום על ידי אפנון רמות ה-miR-34a miRNA באמצעות מפעילים/מעכבי מעצבים ובדיקתם בניסויים קליניים עבור השפעותיו על תגובת IFN. היו דיווחים על ניסויים קליניים המשתמשים בטיפול IFN בטא ⁽¹⁷⁾ ומחקר זה יעזור לפענח את המנגנונים המולקולריים על ידי הדגשת התפקיד של מירנה בוויסות מהותי של מנגנון התרגום המארח לשמירה על סביבה הומאוסטטית. 

חקירות ומחקר עתידיים על כאלה ואחרים ידועים ומתהווים מירנאים יחד עם שילוב של ממצאים אלה עם נתונים גנומיים, תעתיקים ו/או פרוטאומיים, לא רק ישפרו את ההבנה המכניסטית שלנו לגבי האינטראקציות הסלולריות והמחלות, אלא גם יובילו לחידושים מירנה טיפולים מבוססים על ידי ניצול מירנה כאקטמירים (שימוש ב-miRNA כמפעילים להחלפת מירנאים שעברו מוטציה או נמחקה) ואנטגומירים (המשתמשים ב-miRNAs כאנטגוניסטים כאשר יש וויסות עלייה לא נורמלי של ה-mRNA האמור) עבור מחלות נפוצות ומתעוררות של בני אדם ובעלי חיים.  

*** 

הפניות  

1. Clairea T, Lamarthée B, Anglicheau D. MicroRNAs: מולקולות קטנות, השפעות גדולות, דעה נוכחית בהשתלת איברים: פברואר 2021 - כרך 26 - גיליון 1 - עמ' 10-16. DOI: https://doi.org/10.1097/MOT.0000000000000835  

2. Ambros V. הפונקציות של microRNAs של בעלי חיים. טֶבַע. 2004, 431 (7006): 350–5. DOI: https://doi.org/10.1038/nature02871  

3. ברטל DP. מיקרו-רנ"א: גנומיקה, ביוגנזה, מנגנון ותפקוד. תָא. 2004, 116 (2): 281–97. DOI: https://10.1016/S0092-8674(04)00045-5  

4. Jansson MD ולונד AH MicroRNA וסרטן. אונקולוגיה מולקולרית. 2012, 6 (6): 590-610. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molonc.2012.09.006  

5. Bhaskaran M, Mohan M. MicroRNAs: היסטוריה, ביוגנזה ותפקידם המתפתח בהתפתחות ומחלות של בעלי חיים. וטרינר פאתול. 2014;51(4):759-774. DOI: https://doi.org/10.1177/0300985813502820 

6. רוזלינד סי לי, רונדה ל. פיינבאום, ויקטור אמברוס. הגן ההטרוכרוני C. elegans lin-4 מקודד RNAs קטנים עם השלמה אנטי-חושית ל-lin-14, Cell, Volume 75, Issue 5,1993, Pages 843-854, ISSN 0092-8674. DOI: https://doi.org/10.1016/0092-8674(93)90529-Y 

7. Pasquinelli A., Reinhart B., Slack F. et al. שימור הרצף והביטוי הזמני של תן-7 RNA רגולטורי הטרוכרוני. טבע 408, 86–89 (2000). DOI: https://doi.org/10.1038/35040556 

8. Vasudevan S, Tong Y ו-Steitz JA. מעבר מהדחקה להפעלה: מיקרו-RNA יכולים לווסת את התרגום. מדע  21 בדצמבר 2007: כרך 318, גיליון תשמ"ח, עמ' 5858-1931. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1149460 

9. ברנשטיין E, Kim SY, Carmell MA, et al. Dicer חיוני לפיתוח עכבר. נט ג 'נט. 2003; 35:215–217. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1253 

10. Kloosterman WP, Plasterk RH. הפונקציות המגוונות של מיקרו-RNA בהתפתחות ומחלות של בעלי חיים. Dev Cell. 2006; 11:441–450. DOI: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2006.09.009 

11. Wienholds E, Koudijs MJ, van Eeden FJM, et al. האנזים המייצר microRNA Dicer1 חיוני להתפתחות דג הזברה. נט ג 'נט. 2003; 35:217–218. DOI: https://doi.org/10.1038/ng1251 

12. Haller O, Kochs G and Weber F. מעגל התגובה האינטרפרון: אינדוקציה ודיכוי על ידי וירוסים פתוגניים. וירולוגיה. כרך 344, גיליון 1, 2006, עמודים 119-130, ISSN 0042-6822, DOI: https://doi.org/10.1016/j.virol.2005.09.024 

13. McNab F, Mayer-Barber K, Sher A, Wack A, O'Garra A. אינטרפרונים מסוג I במחלות זיהומיות. Nat Rev Immunol. 2015 פברואר;15(2):87-103. DOI: https://doi.org/10.1038/nri3787 

14. Apostolou, E., and Thanos, D. (2008). זיהום בנגיף משרה אסוציאציות בין-כרומוזומליות תלויות NF-kappa-B המתווך ביטוי גנים מונואללי של IFN-b. תא 134, 85–96. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.05.052   

15. Savan, R. (2014). ויסות פוסט-תעתיק של אינטרפרונים ומסלולי האיתות שלהם. J. Interferon Cytokine Res. 34, 318–329. DOI: https://doi.org/10.1089/jir.2013.0117  

16. Zhang X, Chapat C et al. בקרת תרגום בתיווך microRNA של חסינות אנטי-ויראלית על ידי החלבון קושר הכובע 4EHP. Molecular Cell 81, 1–14 2021. פורסם: 12 בפברואר 2021. DOI:https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.01.030

17. SCIEU 2021. אינטרפרון-β לטיפול ב-COVID-19: מתן תת עורי יעיל יותר. אירופאי מדעי. פורסם ב-12 בפברואר 2021. זמין באינטרנט ב- http://scientificeuropean.co.uk/interferon-β-for-treatment-of-covid-19-subcutaneous-administration-more-effective/ ניגש ב-14 בפברואר 2021.  

***