MicroARN dans le développement et les maladies rénales Ⅲ

MiARN dans la tumeur de Wilms

Tumeur de Wilms,ounéphroblastome, est l'enfance la plus courantecancer du rein, avec une incidence de 1 enfant sur 10000 en Amérique du Nord (111). Il s'agit avant tout d'une maladie sporadique, bien que des formes familiales surviennent dans environ 1 à 2 % des cas (112, 113). Les tumeurs de Wilms résultent d'une néphrogenèse aberrante, dans laquelle les précurseurs rénaux embryonnaires pluripotents ne parviennent pas à se différencier et à persister.anormalement dans la vie postnatale(111, 114, 115). Ces tumeurs ressemblent histologiquementreins en développementavec unmorphologie perturbée(116) et les mutations des gènes impliqués dans la néphrogenèse fœtale, notamment WT1 (117-119), CTNNB1 (120), SIX1/2 (121, 122) et TP53 (123, 124), sont associées à environ 40 % des cas. Tumeurs de Wilms (125). Des études récentes utilisant le séquençage du génome entier et de l'exome entier de tumeurs de Wilms ont identifié de nouvelles mutations dans les gènes de risque de cancer (REST, CHEK2, PALB2) (126, 127), des gènes codant pour des protéines qui médient les modifications des histones au cours de la néphrogenèse (BCOR, MAP3K4) (126 ) et les gènes de traitement des miARN (121, 122, 128, 129).

COMBIEN DE TEMPS FAUT-IL POUR QUE CISTANCHE FONCTIONNE CHEZ LES PATIENTS MALADIES RÉNELLES ?

Parmi les gènes de traitement des miARN, des mutations dans DROSHA, DGCR8, DICER1, TARBP2 et XPO5 (codant pour l'exportine 5) ont été rapportées dans des tumeurs de Wilms naïves de traitement et traitées par chimiothérapie néoadjuvante (Figure 3) (121, 122, 128, 129). ). Environ 33 % des tumeurs de Wilms examinées présentent des mutations délétères dans les gènes de la voie de traitement des miARN (128). Une mutation récurrente du point chaud (E1147K) dans un résidu de liaison au métal (Mg2+) du domaine RNase IIIb de DROSHA, qui semble être unique à la tumeur de Wilms, abolit l'activité catalytique de ce domaine, ce qui entraîne une réaction incomplète. clivage des pri-miARN et maturation réduite des miARN (128). Les mutations de points chauds somatiques affectant le domaine RNase IIIb de DICER1 altèrent le traitement des miARN 5p (ceux dérivés du bras 5′ de l'épingle à cheveux pré-miARN) (129) et sont souvent trouvées comme des mutations de « second coup » qui agissent en tandem avec DICER1. mutations germinales pour induire la tumorigenèse de Wilms dans le syndrome DICER1 (un trouble qui augmente la susceptibilité à diverses tumeurs) (130-132). On ne sait pas encore pourquoi une altération de la fonction de DICER1 dans les tumeurs de Wilms entraîne une néphrogenèse persistante et aberrante, contrairement à la perte de Dicer1 chez les progéniteurs du néphron de souris, qui provoque une apoptose accrue et un arrêt prématuré de la néphrogenèse (72-75). Certaines possibilités potentielles incluent que l'activité de dosage du gène pourrait être cruciale pour déterminer la survie cellulaire ou que des mutations dans le domaine RNase IIIb pourraient affecter la spécificité de la liaison des miARN par DICER1.

Les mutations dans les gènes de traitement des miARN sont associées à la régulation négative de miARN importants, y compris les membres des familles miR-200 (121) et let-7 (Figure 3) (121, 129). Laissez les miARN -7 et la protéine de liaison à l'ARN Lin28 fonctionner de concert pour contrôler le moment de l'arrêt de la néphrogenèse murine, éventuellement via la régulation du gène favorisant la croissance Igf2 (133). La surexpression de Lin28 au cours du développement rénal provoque une expansion des progéniteurs néphrogéniques, en inhibant leur dernière vague de différenciation, qui aboutit à une transformation néoplasique qui rappelle fortement la tumeur de Wilms humaine (134). Une augmentation du nombre de copies d'ADN de LIN28B et une perte de copie d'ADN de let-7a sont observées respectivement dans 25 % et 46 % des échantillons de tumeurs de Wilms humaines (126). Conformément à ces observations, les mutations germinales du gène humain DISL3L2, qui code pour une exoribonucléase responsable de la dégradation des formes prétraitées de let-7, provoquent le syndrome de Perlman et une prédisposition à la tumeur de Wilms (135, 136). Le syndrome de Perlman est un syndrome de prolifération congénitale caractérisé par une macrosomie, un polyhydramnios, une dysmorphologie faciale, une dysplasie rénale et une néphroblastomatose (une lésion précurseur de la tumeur de Wilms) (137). Parmi les nourrissons atteints du syndrome de Perlman qui survivent au-delà de la période néonatale, 64 % développent une tumeur de Wilms (138). Il est intéressant de noter que des délétions complètes ou partielles de DISL3L2 ont été trouvées dans environ 30 % des tumeurs de Wilms sporadiques examinées (136).

Une étude récente a renforcé l'importance du réseau de régulation des miARN dans l'étiologie de la tumeur de Wilms. Les auteurs ont découvert que le gène 1 de l'adénome pléiomorphe (PLAG1) est l'un des gènes les plus régulés positivement dans les tumeurs de Wilms avec des mutations dans les gènes de traitement des miARN (125). L'expression ectopique de PLAG1 dans le rein de souris en développement provoque une néoplasie, qui s'accompagne d'une transactivation de son gène cible, l'oncogène tumoral de Wilms IGF2. miR-16 et miR-34, qui sont régulés négativement dans les tumeurs de Wilms, ont été identifiés comme des régulateurs potentiels de l'expression de PLAG1 (125). Le tableau 2 résume d'autres études ayant rapporté une expression aberrante de miARN spécifiques associées à l'étiologie de la tumeur de Wilms. Il est intéressant de noter que ces miARN peuvent fonctionner comme des oncogènes (appelés oncomiR) ou des suppresseurs de tumeurs dans le cadre du développement d’une tumeur de Wilms, selon la nature de leurs cibles.

Les miARN comme biomarqueurs potentiels et agents thérapeutiques

Outre leur localisation intracellulaire, les miARN sont également présents en quantités importantes dans les fluides biologiques, notamment le sang, le plasma, l'urine, le lait maternel et la salive (139). Ces miARN circulants sont emballés vieillis dans des microparticules (exosomes, microvésicules et corps apoptotiques) (140, 141), conjugués à des protéines AGO (142) ou nucléophosmine 1 (143), ou chargés dans des HDL (144), ce qui les rend remarquablement stable même dans des conditions défavorables, telles que l'ébullition, les variations extrêmes de pH, le stockage prolongé et les multiples cycles de gel-dégel (145, 146). Ainsi, les signatures de miARN dans les fluides biologiques peuvent refléter des associations avec des conditions physiologiques ou pathologiques (147). Ensemble, ces caractéristiques rendent les miARN circulants attrayants pour une utilisation comme biomarqueurs non invasifs pour le diagnostic et le pronostic des maladies.

Les miARN circulants peuvent être extraits directement de fluides biologiques non fractionnés ou de préparations de vésicules lar extracellulaires à l’aide de kits d’extraction disponibles dans le commerce (148) ou de TRIzol (149). Une fois isolés, les miARN peuvent être stockés à –70 degrés et rester stables jusqu’à 1 an (148). Il existe plusieurs plates-formes disponibles pour le profilage des miARN, notamment l'hybridation de puces à ADN, la qPCR et le séquençage de nouvelle génération (150). Les puces à ADN et la qPCR sont les méthodologies les plus fréquemment utilisées pour étudier l'expression de miARN connus (151). Les deux méthodes présentent les avantages d’être simples à utiliser, relativement rapides du marquage de l’ARN à la génération de données et relativement rentables (152). Cependant, ils s’appuient sur la disponibilité et l’annotation précise des séquences de miARN dans les bases de données pour la conception de sondes et d’amorces (150). Bien que plus coûteux, le séquençage de nouvelle génération permet la détection simultanée d’espèces de miARN connues et nouvelles et offre une sensibilité élevée (153). De plus, la résolution mononucléotidique du séquençage de nouvelle génération permet l'identification des isomiR, qui sont des isoformes de miARN matures qui diffèrent des isoformes canoniques en longueur, en séquence ou les deux (154, 155), qui modifient la spécificité de ciblage du miARN (154, 155). 156).

Diverses études ont étudié le potentiel des miARN circulants en tant que biomarqueurs des maladies rénales pédiatriques (157-160). Par exemple, une étude a identifié 14 miARN qui étaient significativement régulés positivement dans le sérum de patients atteints d’une tumeur de Wilms. Il est intéressant de noter qu'une signature basée sur l'expression de miR-100-5p et miR-130-3p pourrait différencier ces patients des témoins sains avec précision, sensibilité et spécificité (159). Bien que les résultats de cette étude et de nombreuses autres études aient fourni une motivation convaincante pour explorer le potentiel des miARN circulants en tant que biomarqueurs, plusieurs obstacles dans ce domaine doivent être surmontés avant une application clinique généralisée. Premièrement, il existe un manque relatif de consensus entre les études, probablement en raison de l'absence de méthodologie standardisée pour la purification (161) et l'analyse des échantillons (par exemple, différences dans les plates-formes de profilage des miARN, réf. 162, 163 ; ou différences dans la bibliothèque smRNA-Seq). méthodes de préparation, réf. 164). Deuxièmement, le manque d’études sur de grands échantillons et d’investigations détaillées sur des sujets spécifiquesmaladies.Un autre aspect important est que l'influence de variables confondantes telles que l'âge, le sexe et des facteurs externes (par exemple, tabac, alcool, etc.) sur les profils de miARN n'a pas été entièrement explorée (pour un examen approfondi, veuillez vous référer à la réf. 165).

Sur le plan thérapeutique, plusieurs médicaments à base de miARN font actuellement l’objet d’essais cliniques mais n’ont pas encore reçu l’approbation de la FDA (166, 167). Les principales approches de la thérapie par miARN impliquent la restauration des niveaux de miARN à l'aide de mimiques de miARN ou l'inhibition de miARN spécifiques à l'aide d'antagomiR (168). L’un des défis associés au développement de thérapies basées sur les miARN est l’identification de candidats miARN pour chaque maladie. Étant donné que plusieurs miARN sont dérégulés dans chaque maladie, une analyse minutieuse des échantillons de patients en combinaison avec des tests in vitro et in vivo portant sur les mécanismes physiopathologiques affectés par les miARN en question doit être effectuée afin de réduire les miARN candidats à une intervention thérapeutique (168, 169). Un autre défi implique le développement de stratégies visant à améliorer la stabilité in vivo et l'administration de médicaments spécifiques à un site avec une toxicité minimale et des effets hors cible. Les molécules d'ARN sont chimiquement instables en raison de la présence du groupe 2′-hydroxyle sur le cycle pentose. Pour offrir une plus grande stabilité et une plus grande protection contre les nucléases présentes dans le sérum ou le compartiment endocytaire des cellules, les sociétés de biotechnologie ont généré des molécules d'ARN avec des modifications chimiques (groupe 2′-O-méthyle, phosphorothioate ou acides nucléiques verrouillés) dans leur squelette (166). En ce qui concerne l'administration in vivo, les technologies incluent des technologies basées sur les lipides (par exemple, des nanoparticules lipidiques et des liposomes neutres) et des dendrimères conjugués à un fragment de ciblage, parmi de nombreuses autres stratégies. Les principaux défis associés aux systèmes de délivrance de miARN sont l'immunotoxicité et l'affinité spécifique à une cible envers un site de maladie (170). Des stratégies d'administration par diverses méthodes d'administration (injections intrapéritonéales, intraveineuses et sous-cutanées) ou en utilisant des vecteurs contenant des promoteurs spécifiques et inductibles des reins ont été utilisées avec succès pour un ciblage sélectif des reins et pour éviter des effets indésirables potentiels sur d'autres tissus et organes (171, 172). ).

Tableau 2. Liste des miARN modifiés dans la tumeur de Wilms

Liste des miARN, échantillons/spécimens analysés, niveaux de miARN observés dans ces échantillons/spécimens par rapport aux contrôles appropriés, gène cible, conséquences des modifications des miARN et références. CAMKK2, protéine kinase kinase 2 dépendante du calcium/calmoduline ; CDC7, cycle de division cellulaire 7 ; CDH1, cadhérine 1 ; CREB1, protéine de liaison aux éléments de réponse AMPc 1 ; EYA1, yeux absents homologue 1 ; E2F3, facteur de transcription E2F 3 ; FRS2, substrat 2 du récepteur FGF ; Glut1, transporteur de glucose 1 ; IGF1R, récepteur IGF1 ; Jag1, dentelé1 ; MET, transition mésenchymateuse-épithéliale ; MKNK1, sérine/thréonine kinase 1 interagissant avec MAPK ; PTEN, homologue de phosphatase et de tensine ; PUMA, p53-modulateur de l'apoptose régulé positivement ; p73, protéine tumorale p73 ; SIX1, homologue homéobox sineoculis 1 ; TGFBR1, récepteur TGF 1 ; WT, tumeur de Wilms.

Résumé

Il y a eu une explosion d'informations concernant la biogenèse des miARN, la régulation de l'expression des miARN et la fonction des miARN depuis la découverte initiale des miARN en 1993 (6, 7). Cela s’est accompagné d’une compréhension toujours croissante du fonctionnement des miARN, à la fois dans la physiologie normale et dans la physiopathologie de nombreuses maladies. Il est devenu clair que la dérégulation de l’expression des miARN perturbe le développement précoce des reins et est impliquée dans la pathogenèse des maladies rénales développementales, telles que la tumeur CAKUT et Wilms. Avec les développements récents dans l'utilisation des miARN comme biomarqueurs et comme nouvelles cibles médicamenteuses, il est essentiel de mieux comprendre comment les miARN régulent le développement et la maladie rénale pour comprendre comment ils pourraient être utilisés dans de nouvelles approches diagnostiques et thérapeutiques de ces maladies. Pour réaliser pleinement ces efforts, de futures études identifiant la fonction de miARN spécifiques dans le développement rénal sont essentielles, en plus des technologies permettant d'optimiser le ciblage de petits oligonucléotides thérapeutiques vers le rein.

Remerciements

Le laboratoire de JH est soutenu par des subventions de l'Institut national du diabète et des maladies digestives et rénales des NIH (R01DK125015 et R01DK102843). DMC a été soutenu par le prix de développement de carrière du réseau d'étude sur le syndrome néphrotique et par la bourse postdoctorale du conseil consultatif de recherche de l'hôpital pour enfants de Pittsburgh. MT a été soutenu par le programme de stages de recherche d’été de l’Université de Pittsburgh (R25DK119180). Les figures ont été créées avec BioRender.com. Adresser la correspondance à : Jacqueline Ho, Division de néphrologie, Département de pédiatrie, Hôpital pour enfants UPMC de Pittsburgh, Rangos Research Center, 4401 Penn Ave., Pittsburgh, Pennsylvanie 15224, États-Unis. Téléphone : 412.692.9440 ; Courriel : jacqueline.ho2@chp.edu.

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