MikroRNA Hakkında Bilgi

İnsanlarda sayıları bini geçen, protein kodlamayan ve gen ifadesini kontrol eden, yaklaşık 20- 23 nükleotit uzunluğunda tek iplikçikli RNA molekülleridir. İlk defa C.elegans’ın gelişimini çalışan Lee ve arkadaşları tarafından 1993 yılında tanımlanmıştır.

miRNA'yı kodlayan genler işlenmiş olgun miRNA molekülünden çok daha uzundur. miRNA'lar önce birincil (primer) transkript, veya pri-miRNA olarak yazılırlar, bu transkriptlerin birer başlığı ve poli-A kuyruğu vardır. Bunlar işlem görüp hücre çekirdeğinde pre-miRNA olarak bilinen kısa, 70 nükleotit uzunlukta, sap-ilmik şekilli, öncül (prekürsör) yapılara dönüşür. Bu işlenme hayvanlarda Mikroişlemci kompleks (İng. Microprocessor complex) adlı bir protein kompleksi tarafından gerçekleştirilir. Mikroişlemci kompleks'te Drosha adlı bir nükleaz, ve Pasha adlı çift iplikli RNA bağlayıcı protein bulunur.

Pre-miRNA'lar sonra sitoplazmada Dicer adlı endonükleaz ile etkileşerek olgun miRNA'ya dönüşürler. Dicer aynı zamanda RNA-indüklenmiş susturma kompleksi (İng. RNA-induced silencing complex; RISC) oluşumunun başlatır. Bu kompleks miRNA ifadesi ve RNA interferanstankaynaklanan gen susturmasından sorumludur.

Bitkilerde miRNA oluşumunun yolu, Drosha'nın homologlarının olmamasından dolayı hayvanlardakinden biraz farklıdır; onun yerine Dicer homologları tek başlarına birkaç işlem aşamasını yürütürler. Ayrıca intronik sap-ilmiklerden meydana gelen miRNA'ların oluşumunda da Drosha değil, Dicer görev alır. DNA'nın anlamlı veya ters anlamlı ipliği de miRNA'nın oluşumunda kalıp işlevi görebilir.

Pre-miRNA'nın verimli bir şekilde işlenmesi için, sap-ilmik yapısının hem 5', hem de 3' ucunda tek iplikli RNA uzantıların olması gerekir. Bu tek iplikli RNA motiflerin bileşimlerinden çok uzunlukları son derece önemlidir, işlenmenin gerçekleşebilmesi için. İnsan ve sinek pri-miRNA'larının bir biyoenformatik analizi, çok benzer yapısal bölgelerin varlığını göstermiş, bunlar, bazal kısımlar, aşağı saplar, yukarı saplar ve uç ilmikler olarak adlandırılmıştır; evrimsel olarak korunmuş bu yapılara dayanarak pri-miRNA'nın termodinamik profilleri tanımlanmıştır. Drosha kompleksi, RNA molekülünü uç ilmikten yaklaşık 22 nükleotit uzaktan keser. Çoğu pre-miRNA'da tepesinde bir ilmik olan mükemmel çift sarmallı bir yapı yoktur. Bu seçiciliğin birkaç olası açıklaması vardır. Bir olasılık, 21 baz çiftinden uzun çift sarmallı RNA'nın enterferon tepkisi ve hücrenin anti-viral mekanizmasını harekete geçirmesidir. Bir diğer makul açıklama pre-miRNA'nın termodinamik profilinin hangi ipliğin Dicer kompleksine dahil olacağını belirlemesidir.

Dicer pre-miRNA sap-ilmiğini kestikten sonra iki tamamlayıcı kısa RNA molekülü meydana gelir, ama bunlardan sadece biri RISC kompleksine dahil olur. RISC kompleksinin içinde yer alan bir RNAz olan argonaute'un etkisiyle bu ikisinden 5' ucu daha kararlı olanı seçilip komplekse dahil olur. Bu iplik kılavuz iplik (İng. guide strand) olarak adlandırılır. Öbür iplik, anti-kilavuz veya yolcu iplik olarak adlandırılır, RISC kompleksinin substratı olarak sindirilir. Aktif RISC kompleksine entegre olduktan sonra miRNA'lar kendi tamamlayıcı mRNA molekülleri ile baz eşleşmesi yapar ve argonaute proteinleri tarafından mRNA'nın yıkımına neden olurlar.

Kalp Yetmezliğine Neden Olan mikroRNA

Kalp yetmezliğinin başlangıç ve ilerleme sürecinde rol alan oldukça küçük fakat güçlü bir etken keşfedildi.

Önceleri uygun fonksiyonel görüntüleme teknolojilerinin yokluğu, kalp yetmezliği gelişimi gibi kompleks biyolojik süreçlerin algılanabilmesini zorlaştırırken, geliştirilen fonksiyonel görüntüleme sistemi sayesinde miR-25'in kalp yetmezliği çeken hastaların kalp kası hücrelerine gerekli kalsiyum iyonu alımını aksattığı tespit edildi.

Kalpteki sürekli ve istemsiz kasılma hareketini kalsiyum iyonu akışı belirler ve SERCA2a isimli genin aktivasyonundaki azalma kalbin kasılma yetisinin azalmasına, işlevini zor gerçekleştiren kalp kası hücrelerinde genişlemeye ve dolayısıyla kalp yetmezliğine sebebiyet verir. Araştırmada, miR-25 adlı mikroRNA'nın kalp kasında kalsiyum iyonu aktivitesini düzenleyen SERCA2a geninin blokajından sorumlu olduğu ve bu yolla kalp yetmezliğine sebebiyet verdiği ortaya çıkarıldı.

Kardiyovasküler hastalıklar kalp ve kan damarlarında oluşan bozukluklar dolayısıyla ortaya çıkan hastalıklar grubuna verilen genel addır ve tüm dünyada hastalığa bağlı olarak meydana gelen ölümlerin birincil nedeni olarak  tanımlanmıştır. Kalp yetmezliği de global bir kardiyovasküler bozukluktur ve pek çok bireyin hayatını tehdit eder. İleriki yaşlar içinse en sık karşılaşılan ölüm nedeni olarak belirtilir. Bu rahatsızlık kalbin yetisini kaybetmeye başladığının; vücutta yeterli kan ve dolayısıyla oksijen taşınımının sağlanamadığının göstergesidir.

Tedavide kullanılan ve kan dolaşımının daha verimli olmasına yardımcı olan ilaçlar olsa da kasılma fonksiyonundaki zayıflama ve kalp kası hücrelerindeki genişlemenin altında yatan mekanizmaya direkt etki edecek yeterlilikte ilaçlar bulunmamaktadır.

Araştırmayla keşfedilen küçük RNA'nın patojenitesinin yanı sıra bu bozukluğun nasıl tedavi edilebileceğine dair de yollar çizilmektedir. Tedavi için miR-25 molekülünün hedeflenmesi ve bu mikroRNA'nın aktivitesinin durdurulması mümkün olabilecektir. Ayrıca, modifiye edilmiş viral vektörler aracılığıyla hastalığa sahip kişilere SERCA2a enzimi ve kalp kası hücrelerindeki genişlemenin önüne geçerek kardiyak fonksiyonu destekleyecek SUMO-1 takviyesi yapılması klinik olarak deneme sürecinde olan tedavilerdendir. Gelişmeler kalp yetmezliğinin tedavisi için oldukça umut verici niteliktedir.

Kanser ve mikro RNA ilişkisi

ABD’de üç araştırma merkezinden araştırmacılar, dolaşımda bulunan mikro RNA’ların epitelyal kanserlerde tanı belirteci olup olamayacağını araştırdılar. Fred Hutchinson Kanser Araştırma Merkezi, Biyolojik Sistemler Enstitüsü ve Seattle Sağlık Bakım Merkezi’nde yürütülen çalışma, Proceedings of the National Academy of Sciences of USA Dergisi’nde yayımlandı.

Araştırmacılardan Dr. Rachael K. Parkin, çalışmanın amacının dünyada sık gözlenen ve mortalite - morbidite oranları hayli yüksek olan epitelyal kanserlerin tespitine katkı sağlamak olduğunu açıkladı. Mikro RNA parçacıklarının kanserde sıklıkla doku temelli belirteç olarak dolaşımda bulunduğunu kaydeden Dr. Parkin, bu belirtecin kanserin sınıflamasında ve prognoz tayininde işe yarayabileceğini ifade etti.

Dr. Parkin, kanser hastalarının plazmalarında Mikro RNA parçacıklarını stabil formda saptadıklarını belirterek şu bilgileri verdi:

“Saptadığımız mikro RNA parçacıklarının, endojen RNAse aktivitesi tarafından korunduğunu gördük. Örneğin dolaşımda bulunan ve prostat kanserinden köken almış mikro RNA’lar plazmada ölçülebilmektedir. Araştırmamızda prostat kanserinde açığa çıkan mikro RNA’nın miR-141 olduğunu ve bunun düzeyinin saptanmasının prostat kanserli hastaları normal popülasyondan ayırmamızı sağlayabileceğini gözledik.”

Araştırma sonuçlarına göre; tümör kaynaklı mikro RNA parçacıklarının serumda veya plazmada ölçümünün insan kanserlerinde tanı ve prognoz aşamasında işe yarayabileceğini kaydeden Dr. Parkin, mikro RNA düzeylerinin bütün epitelyal kanserlerde ölçümünün kanser tanısında önemli ipuçları vereceğini ifade etti.