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

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INTRODUÇÃO

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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.

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Introdução• Apresentam função na degradação ou inibição da

tradução do mRNA [1].

Fonte: http://www.laskerfoundation.org/awards/2008_b_description.htm

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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.

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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].

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Introdução

Fonte: [2]

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BIOGÊNESE DO MIRNA

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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

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Transcrição:• Fatores de transcrição:

• Fatores regulatórios de transcrição estão associados a supressores de tumor e oncogenes.

Biogênese - Núcleo

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Biogênese - Núcleo

Transcrição:• Certos lóci de miRNA estão sobre regiões de CpG (C –

pontes de fosfodiéster - G) indicando controle epigenético.

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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).

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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.

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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).

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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.

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Biogênese - Núcleo

Formação do pre-miRNA:• O produto do microprocessamento nuclear é o pre-miRNA, formado por aproximadamente 70 nucleotídeos.

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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).

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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).

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REPRESSÃO E ATIVAÇÃO DA EXPRESSÃO DO MRNA

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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

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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’;

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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:

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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.

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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

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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’.

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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

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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.

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MIRNA E CÂNCER

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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]

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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.

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CONSIDERAÇÕES FINAIS

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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REFERÊNCIAS

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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.

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OBRIGADO!

Apresentação: Vitor Lima Coelho

Ministério de Ciência, Tecnologia e InovaçãoLaboratório Nacional de Computação Científica

Petrópolis, RJ