اشاره
ژنتیک یکی از مطالب کلیدی کتاب‌های درسی زیست‌شناسی است و در همه زیرمجموعه‌های علم زیست‌شناسی وجود دارد. این مقاله، به معرفی یکی از مطالب کاربردی ژنتیک در موضوع‌های پزشکی می‌پردازد؛ چون امروزه سرطان و شیوه‌های درمانی جدید آن از موضوع‌های پرکاربرد پژوهشی هستند و دانستن نقش این عوامل ژنی در شکل‌گیری این‌گونه بیماری‌ها برای معلمان زیست‌شناسی باید جالب باشد.
چکیده
میکروRNAها1 (miRNAs) رشته‌های کوتاه و غیررمزداری هستند که با تنظیم ترجمه، بیان ژن‌ها را کنترل می‌کنند. این رشته‌ها از طریق برهم‌کنش با بخش غیر ترجمه شده در سر´3 mRNA(UTR´3)، فرایند بیان و ترجمه ژن را به راه می‌اندازند و نقشی اساسی در زمان‌بندی رشد بازی می‌کنند. علاوه‌براین، معلوم شده است که بسیاری از گروه‌های miRNA، فرایندهای متعددی در رشد و پیدایش تومورها، از جمله رگ‌زایی2 و متاستاز انجام می‌دهند.
مقدمه
از سال 2010 ،721 miRNA در ژنوم انسانی شناسایی و تأیید شده است. مدل‌های رایانه‌ای، تعداد miRNAهای انسانی را حداقل 1000 نوع تخمین زده‌اند که شامل ۵/۲٪ از کل ژن‌ها هستند. انتظار می‌رود که miRNAها تقریباً یک‌سوم از ژن‌های انسانی را کنترل کنند. این عدد ممکن است به‌طور قابل توجهی با کاربرد ابزار‌های جدید افزایش یابد.
عملکرد miRNAها به‌عنوان تعدیل‌کننده‌های ژن
miRNAها در حال حاضر به‌عنوان مولکول‌هایی شناخته می‌شوند که نقشی حیاتی در بسیاری از فرایندهای زیستی دارند. miRNAها تک‌رشته‌ای‌اند و از 18 تا 24 نوکلئوتید تشکیل شده‌اند. این مولکول‌ها طی رونویسی درون‌زاد (اندوژنوس) به‌وجود می‌آیند و هر کدام از آن‌ها ساختاری شبیه سنجاق سر دارند. نکته جالب توجه این است که miRNAها به‌عنوان مولکول راهنما با جفت شدن با 3’UTRmRNA های هدف، در خاموشی ژن‌ها پس از رونویسی عمل می‌کنند و منجر به سرکوب ترجمه می‌شوند. miRNAها با خاموش کردن mRNAهای هدف، نقش تعدیل‌کننده مهمی در مسیرهای تنظیمی گوناگون شامل پیدایش و تکامل بافت، تکثیر سلول، تقسیم سلول، تمایز سلول، آپوپتوز، تولید پروتیئنو عفونت ویروسی ایفا می‌کنند. اغلب miRNAها در مناطق اینترونی واحدهای غیررمزدار رونوشت‌ها یافت می‌شوند، در حالی‌که تعداد کمی از آن‌ها در مناطق اگزونی وجود دارند. آنالیزهای محاسباتی و رایانه‌ای نشان می‌دهند که یک miRNA توانایی تنظیم و کنترل بیان ژن‌های بسیاری را دارد. بنابراین، miRNA را به‌عنوان تنظیم‌کننده اصلی بیان ژن می‌شناسند که نقش‌هایی مهم و حیاتی در بسیاری از فعالیت‌های زیستی مانند پیری، بیماری‌های عروقی، رگ‌زایی و ایجاد تومور ایفا می‌کند. با وجود این، وظیفه بسیاری از miRNAها هنوز ناشناخته است.
آنالیزهای محاسباتی و رایانه‌ای نشان می‌دهند که یک miRNAتوانایی تنظیم و کنترل بیان ژن‌های بسیاری را دارد
نقش میکروRNAها در ایجاد تومور و رگ‌زایی
ایجاد تومور بدخیم فرایندی چندمرحله‌ای است که طی آن سلول‌های طبیعی دچار تغییرات ژنتیک و اپی ژنتیک می‌شوند. در طول این فرایند سلول‌ها ممکن است دچار تغییراتی شوند که رشد و بقای آن‌ها را تقویت کند (صفات انکوژنیک) و یا ممکن است دچار تغییراتی شوند که مانع از پیشرفت سرطان شود (بازدارندگی تومور). در نتیجه این فرایندهای تبدیلی، سلول‌ها ممکن است به سلول‌هایی مستقل از رشد، مقاوم به آپوپتوزیا سلول‌هایی متاستازی تبدیل شوند و به بافت‌ها حمله کنند. ژن‌های بازدارنده توموری و انکوژنی به میزان زیادی در تغییر سلول‌ها اهمیت دارند؛ زیرا اغلب آن‌ها تأثیر زیادی روی تکثیر، آپوپتوز و یا هر دو دارند. به‌عنوان مثال،p53 بازدارنده تومور است که چرخه سلولی را کنترل می‌کند و محرکی برای آپوپتوز است؛ اما حذف یا جهش آن در ۵۰٪ سرطان‌های انسانی نقش دارد. مطالعات اخیر نشان داده‌اند که بیان برخی از miRNAها به میزان زیادی به پیشرفت سرطان مرتبط است. برخی از miRNAها به‌عنوان انکوژن‌ها و برخی به‌عنوان بازدارنده‌های تومور فعالیت می‌کنند. سلول‌های سرطانی ویژگی‌های متفاوتی از بیان miRNA را دارند که آن‌ها را از سلول‌های طبیعی متمایز می‌سازد. به‌عنوان مثال،کاهش کلی در بیان miRNA در برخی سرطان‌ها گزارش شده است که ممکن است به علت درگیری برخی از آن‌ها در تعدیل و تمایز سلول باشد. کاهش در بیان miRNA می‌تواند منجر به تولید سلول‌های سرطانی و سلول‌های بنیادی توموری شود. علاوه بر آن، برخی از این miRNAها ممکن است به‌عنوان بازدارنده‌های توموری فعالیت کنند.
میکروRNAها و سرطان پستان
امکان اندازه گرفتن میزان بیان miRNAها در تومورها برای طبقه‌بندی کردن سرطان‌ها، حتی سرطان‌هایی که دارای منشأ مبهم هستند، روشی بسیار امیدوارکننده است. بیان نا‌به‌جای میزان miRNAها در بافت سرطانی پستان انسان در مقایسه با بافت طبیعی، کاربردهای مهمی در این زمینه مطرح می کند. بیشترین miRNAهای تنظیم نشده در بافت‌های سرطانی پستان وجود برخی از miRNAها، مانندmiR-125b،miR-145،miR-10b و miR-204 را تأیید کرده است. این نتایج با آنالیزهای میکرواری و نوردرن بلات تأیید شده است. بیان این miRها به میزان زیادی به ویژگی‌های بیوپاتولوژیک خاص سرطان پستان، مانند بیان گیرنده استروژن و پروژسترون، سطح تومور، حمله عروقی و تکثیر سلولی مرتبط است. در حقیقت شواهد مستقیم مبنی بر اینکه miRNAها در پیشرفت سرطان پستان مشارکت دارند، از مطالعات miR-21 واضح و آشکار شده است. با وجود اینکه این عوامل در کارسینومای پستان بیش از اندازه بیان می شوند،miR-21 رشد سلولی تومور را با مهار ژن بازدارنده مشهور توموری تروپومیوزین – 1 تقویت می‌کند همچنین مشخص شده است که حمله و متاستاز سرطان پستان به وسیله بیان بیش از اندازهmiR-10b شروع می‌شود. علاوه بر آن، برخی از miRNAها مانند let-7 می توانند دوباره تجدید‌پذیری و ایجاد تومور را در سلول‌های سرطان پستان تنظیم کنند. برای miRNAهایی که در ایجاد سرطان انسانی و پیشرفت آن به مرحله متاستاز مدنظر قرار نگرفته‌اند، تجدیدmiRNAها ، miR-126 و miR-335 نشان داده شد که رشد سلولی تومور را کاهش می‌دهد و از متاستاز جلوگیری می‌کند.
مطالعات اخیر نشان داده‌اند که بیان برخی از miRNAها به میزان زیادی به پیشرفت سرطان مرتبط است
کاربرد miRNAها در تشخیص سرطان
آنجا که miRNAها از تنظیم‌کننده‌های بیان ژن هستند، امروزه اهمیت زیادی پیدا کرده‌اند. توانایی miRNAها برای تحت تأثیر قرار دادن فعالیت‌های سلولی از طریق تنظیم بیان ژن، این مولکول را به عاملی قدرتمند در تنظیم ایجاد بدخیمی تبدیل کرده است. آنالیز تعداد بافت‌های انسانی و رده‌های سلولی نشان داده است که پردازش پیش‌ساز miRNA در رده‌های سلولی سرطانی کاهش می‌یابد. بسیاری از این پیش سازهای miRNA درون هسته نگه داشته می‌شوند و بنابراین به miRNAهای بالغ و تکامل‌یافته تبدیل نمی‌شوند. این نتایج با مشاهدات مبتنی بر کاهش فراوان در بیان miRNA بالغ در بافت‌های سرطانی نسبت به بیان آن‌ها در بافت‌های طبیعی سازگار است. کمبود بیان دایسر نیز در برخی از تومورها گزارش شده است. حذف اغلب عوامل مورد نیاز برای به‌وجود آوردن miRNA مانند دروشا ، DCGR8 و دایسر به میزان قابل توجهی تولید miRNAها را کاهش می‌دهد و فنوتیب تغییر شکل سلولی را تقویت می‌کند.
عملکرد miRNAها دررگ‌زایی
رگ‌زایی جوانه زدن رگ‌های خونی جدید از رگ‌های پیشین است. این حالت پدیده‌ای است که با پاتولوژی‌های متعدد انسانی همراه است که شامل ایجاد تولید اختلالات متعدد بصری، ورم رماتیسمی مفاصل (آرترید روماتویید) و سرطان است. تنظیم و کنترل رگ‌زایی به وسیله miRها روش جدیدی نیست. miR-221 و miR-222 برای تعدیل کردن ویژگی‌های آنژیوژنیک سلول‌های اندوتلیالی ورید ناف انسانی به‌کار گرفته می شوند. مشخص شده است که تعدادی از miRNAها به مقدار زیاد در سلول‌های اندوتلیالی مرتبط با رگ‌زایی بیان می‌شوند و حتی پیش‌بینی می‌شود که برخی از آن‌ها گیرنده‌های آنژیوژنیک را هدف قرار می‌دهند. مثالی در این زمینه هدف قرار دادن c-kit است. c-kit گیرنده تیروزین کینازی است که به فاکتورهای سلول بنیادی متصل می‌شود و به وسیله miR-221 و miR-222 ، VEGF را بیان می‌کند. ترنسفکشن miR-221/222 بیان c-kit را بدون تغییر دادن سطح mRNA سرکوب می‌کند. این عامل همچنین از شکل‌گیری لوله‌ای که به کمک سلول اندوتلیالی ایجاد می‌شود جلوگیری می‌کند. سلول‌های اندوتلیالی گیرنده‌های VEGF را بیان می‌کنند و در نتیجه miRNAها می‌توانند رگ‌زایی را با تنظیم فعالیت گیرندهVEGF تعدیل کنند و در نتیجه روی مهاجرت و حمله سلول‌های سرطانی تأثیر بگذارند. نکته دیگر که نشان داده شده، این است که miRNAها رگ‌زایی را در سلول‌های عروقی صاف تنظیم می‌کنند و نیز همچنین نشان داده شده که دایسر و دروشا، یعنی دو آنزیمی که پردازش miRNAها را کنترل می‌کنند، در رگ‌زایی مؤثرند.
مشخص شده است که تعدادی از miRNAها به مقدار زیاد در سلول‌های اندوتلیالی مرتبط با رگ‌زایی بیان می‌شوند و حتی پیش‌بینی می‌شود که برخی از آن‌ها گیرنده‌های آنژیوژنیک را هدف قرار می‌دهند
نقش miRNAها در رگ‌زایی توموری به میزان زیادی مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا این موضوع مطرح شد که انکوژن c-myc مستقیماً مجموعه miRNAmiR-17-92 را در لنفوسیت‌های انسانی فعال می‌کند. بعدها مشخص شد که miR-18 و miR-19 محصولات شکافته شده مجموعهmiR-17-92 isjkn و بنابراین بیان miR-18 و miR-19 به‌وسیله c-myc افزایش می‌یابد. عضو دیگر این خانواده miR-93 است که نقش مهمی در ایجاد تومور ورگ‌زایی بازی می‌کند.همچنین، مطالعات نشان می‌دهند که بیان miR-378 ایجاد تومور و رگ‌زایی را تقویت و از تمایز سلولی جلوگیری می‌کند؛ زیرا miR-378 می‌تواند VEGF را بیان کند. با وجود این، رشد تومور همیشه با پیشرفت رگ‌زایی همراه نیست. به‌عنوان مثال، بیان 3’UTR درCD44 می‌تواند از رشد تومور جلوگیری؛ ولی رگ‌زایی را تقویت کند.3’UTR می‌تواند فعالیت‌های درون‌زادmiRNA را تعدیل کند. بیان ورسیکان 3’UTR موجب چسبندگی اندام می‌شود و از رشد تومور جلوگیری می‌کند. به نظر می‌رسد این حالت به علت افزایش بیان ورسیکان باشد. این موضوع نیز شناخته شده است که ورسیکانت نقش مهمی در انجام فعالیت‌های سلولی، ایجاد تومور و رگ‌زایی بازی می‌کند. این نتایج نشان دادند که miRNAها نه‌تنها می‌توانند بیان mRNA را تنظیم کنند، بلکه mRNAها هم می‌توانند عملکرد‌های miRNA را تعدیل کنند. با تعیین miRNAهای معین دررگ‌زایی، محققان قادرند هدف‌های تعیین نشده قبلی را در مسیر یک بیماری هدف قرار دهند و یا مکان‌های اتصالی برای miRNAهای بیماری‌زا را تعیین کنند. این روش می‌تواند نهایتاً منجر به تعیین اهداف جدید بیماری و روش‌های درمانی مبتکرانه‌ای شود که با رگ‌زایی همراه است.
پی‌نوشت‌ها
1. microRNA
2. angiogenesis
منابع
1. Kerbel RS. Tumor angiogenesis: past, present and the near future. Carcinogenesis.2000; 21: 505-515
2. M. E. Eichhorn & A. Kleespies & M. K. Angele & K.-W. Jauch & C. J. Bruns, Angiogenesis in cancer: molecular mechanisms, clinical impactLangenbecks Arch Surg ,2007, 392:371–379
3. ANTONINA HARLOZINSKAProgress in Molecular Mechanisms of TumorMetastasis and AngiogenesisANTICANCER RESEARCH 25: 3327-3334 (2005)
4.Thomas Schmidt1,Peter Carmeliet, Angiogenesis: A Target in Solid Tumors, Also in Leukemia? Hematology 2011
5. Makrilia N, Lappa T, Xyla V, Nikolaidis I, Syrigos K. the Role of angiogenesis in solid tumours: an overview. Eur. J. Int. Med. 2009; 20: 663–71.
6.Yi Jin , Jakobsson L. The Dynamics of Developmental andTumorAngiogenesis_A Comparison.Cancers 2012; 4: 400-419.
7. Nussenbaum F, M. Herman I. Tumor Angiogenesis: Insights and Innovations. Journal of Oncology . 2010; 132641: 24 pages
8.Gerald W. Prager, Marina Poettler, Matthias Unseld, Christoph C. Zielinski Angiogenesis in cancer: anti-VEGF escape mechanisms , Transl Lung Cancer Res 2012;1(1):14-25 (Review Article)
9.Weining Yang1, Daniel Y Lee 2, Yaacov Ben-David, The roles of microRNAs in tumorigenesis and angiogenesis, Int J Physiol Pathophysiol Pharmacol 2011;3(2):140-155 (Review Article)
سعید پیرمرادی
کارشناس ارشد زیست‌شناسی سلولی مولکولی
معلم زیست‌شناسی شهرستان دلفان، استان لرستان