Apresentação the complexities of micro rna regulation mirandering around the rules

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
25/4/2013
Apresentação: Vitor Lima Coelho
Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação
Laboratório Nacional de Computação Científica
Petrópolis, RJ

Tópicos
• Introdução
• Biogênese do miRNA
• Repressão e Ativação do mRNA
• miRNA e Câncer
• Considerações finais
• Referências
25/4/2013

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.
25/4/2013

Introdução
• Apresentam função na degradação ou inibição da
tradução do mRNA [1].
25/4/2013
Fonte: http://www.laskerfoundation.org/awards/2008_b_description.htm

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.
25/4/2013

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].
25/4/2013

Introdução
25/4/2013
Fonte: [2]

Biogênese do miRNA
•Núcleo:
• Transcrição
• Formação de pre-miRNA
•Citoplasma:
• Formação do miRNA maduro.
• Atuação.
25/4/2013

Biogênese - Núcleo
Transcrição:
• Regulada positivamente e negativamente:
• Fatores de transcrição.
• Elementos silenciadores.
• Modificações da cromatina.
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Transcrição:
• Atuação da polimerase II e alguns casos polimerase III
• Regiões intergênicas, éxons ou íntrons de outros
genes.
25/4/2013

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
25/4/2013

Transcrição:
• Fatores de transcrição:
• Fatores regulatórios de transcrição estão associados a
supressores de tumor e oncogenes.
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Transcrição:
• Certos lóci de miRNA estão sobre regiões de CpG (C –
pontes de fosfodiéster - G) indicando controle
epigenético.
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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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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.
25/4/2013

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).
25/4/2013

• 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.
25/4/2013

• O produto do
microprocessamento
nuclear é o pre-
miRNA, formado por
aproximadamente 70
nucleotídeos.
25/4/2013

• 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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• 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
25/4/2013

Repressão e ativação da expressão
do MRNA
A repressão da expressão do mRNA
• Atua principalmente na região UTR 3’.
• Complementariedade imperfeita
• Repressão da tradução
• Degradação do mRNA
25/4/2013

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’;
25/4/2013

do MRNA
• miRNAs podem se ligar a regiões de sequências
codificadoras de aminoácidos dos transcritos de mRNA:
25/4/2013

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.
25/4/2013

do MRNA
A ativação da expressão do mRNA
• Complementariedade imperfeita com elementos
promotores de genes codificadores de proteínas.
• Ativação de RNA (aRNA)
• miR-373
25/4/2013

do MRNA
A ativação da expressão do mRNA
• Indução da tradução de proteínas.
• Condições promotoras ótimas.
• Associação com elementos da UTR 5’.
25/4/2013

do MRNA
Oscilação 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
25/4/2013

do MRNA
Fatores 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.
25/4/2013

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.
25/4/2013

MiRNA e Câncer
Tumor Método de
profiling
Regulador
(+)
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
25/4/2013
Fonte: [4]

MiRNA e Câncer
25/4/2013
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.

CONSIDERAÇÕES FINAIS
25/4/2013

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.
25/4/2013

• 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.
25/4/2013

• 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.
25/4/2013

• 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.
25/4/2013

• 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.
25/4/2013

• 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.
25/4/2013

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.
25/4/2013

OBRIGADO!
25/4/2013
Apresentação: Vitor Lima Coelho
Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação
Laboratório Nacional de Computação Científica
Petrópolis, RJ

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