miRNA, siRNA oraz piRNA w nowotworach zarodkowych

Niewłaściwa regulacja rozwoju komórki na jakimkolwiek etapie (specyfikacji, migracji, kolonizacji gonad, różnicowania) może mieć fatalne skutki włącznie z nieprawidłowym różnicowaniem i proliferacją komórki, co skutkuje powstaniem nowotworu. O ukrytym potencjale komórek linii płciowej do wytworzenia guza świadczy ich zdolność do wytworzenia embrionalnych komórek płciowych po przeszczepieniu migrujących komórek prapłciowych do hodowli komórkowej i poddaniu ich działaniu specyficznych sygnałów [154.]. Embrionalne komórki płciowe są bardzo podobne pod względem potencjału rozwojowego do embrionalnych komórek macierzystych, a komórki prapłciowe, z których powstają embrionalne komórki macierzyste, wykazują ten potencjał, gdy rozwijają się do różnych typów nowotworów zarodkowych. Małe RNA i białka, które regulują ich aktywność podczas prawidłowego rozwoju komórek płciowych również pełnią decydującą rolę w formowaniu guzów pochodzenia zarodkowego.

Wiele procesów regulowanych przez małe RNA, zachodzących podczas cyklu komórkowego komórki płciowej, jest powiązanych z nowotworzeniem. U muszki owocowej białko Mei-P26 oddziałuje z Ago1 i redukuje poziom miRNA w komórkach macierzystych linii płciowej w jajnikach, co ogranicza ich wzrost i proliferację [155]. Utrata funkcji genu mei-P26 powoduje rozrost komórek przejściowo namnażających się (TAC, ang. transit amplifying cell), ich nieograniczoną proliferację i ostatecznie powstanie guza jajnika. W warunkach prawidłowych białko Vasa pobudza ekspresję mei-P26 w komórkach płciowych [156], co sugeruje, że anormalne funkcjonowanie tego białka może również prowadzić do powstania nowotworu. Zatem równoważenie poziomu aktywności miRNA w żeńskich komórkach płciowych muszki owocowej jest konieczne, by nie dopuścić do niekontrolowanego wzrostu i proliferacji nowotworu.

55

Podobnie u myszy aktywność miRNA może promować rozwój guza. Białko Dnd1 osłabia aktywność miRNA i reguluje rozwój komórek płciowych na wielu etapach [157]. Utrata genu dnd1 powoduje zależną od szlaku miRNA supresję inhibitorów cyklu komórkowego, które w warunkach prawidłowych kontrolują różnicowanie męskich komórek prapłciowych. Dochodzi do niekontrolowanego wzrostu i proliferacji, co powoduje powstanie u myszy w pełni rozwiniętego potworniaka [157]. Jednakże poszukiwanie mutacji w genie dnd1 w przypadku nowotworów zarodkowych jąder u człowieka, ujawniło tylko jednego pacjenta, posiadającego szkodliwą mutację, z ponad 260 badanych próbek. Wskazuje to na istnienie alternatywnego szlaku derepresji cyklu komórkowego, który prawdopodobnie zachodzi na skutek niewłaściwej regulacji szlaku miRNA [158].

Inne badania wykazały związek pomiędzy małymi RNA oraz białkami, biorącymi udział w ich regulacji, a ludzkimi nowotworami zarodkowymi. U człowieka wysoki poziom miR-372/373 jest związany z występowaniem potworniakoraka [159]. Ludzki klaster miR-371-373 koduje miRNA, dla których docelowym genem jest lats2. Gen ten ulega ekspresji w komórkach płciowych i jest ważny dla utrzymania ich genomowej stabilności. Co ciekawe, supresja genu lats2 przy udziale miRNA może zostać zmniejszona przez białko Dnd1 [160]. To sugeruje, że miRNA oraz regulujące je białka, biorą udział w kontroli pewnej grupy transkryptów, działających w obrębie wspólnego szlaku molekularnego, mającego wpływ na wiele procesów komórkowych. Wysokoprzepustowe badanie ekspresji miRNA w ludzkich próbkach wykazało podwyższony poziom ekspresji klastra miR-371 w nienasieniakowatych guzach jądra oraz zróżnicowany wzór ekspresji dla 156 innych miRNA w różnych typach nowotworów jąder [161].

Niektóre białka, które bezpośrednio hamują aktywność miRNA, są powiązane z progresją guza. Na przykład białko LIN28, które bezpośrednio inhibuje aktywność rodziny miRNA let-7 i w ten sposób pobudza pluripotencję i samoodnawianie embrionalnych komórek macierzystych, ulega nadekspresji w złośliwych ludzkich nowotworach zarodkowych, a nie w łagodnych nowotworach czy zdrowych tkankach jądra [162]. Dodatkowo białko to jest silnym markerem nowotworów zarodkowych jajnika będących w początkowym stadium rozwoju. Inhibicja aktywności LIN28 w nabłonkowych komórkach nowotworowych jajnika spowodowała znaczne zmniejszenie rozwoju i przeżywalności komórek, co potwierdziło, że białko to działa jako onkogen [163].

Również szlak piRNA-Piwi może być zaangażowany w powstawanie nowotworów jąder. Wykazano nadekspresję ludzkiego białka Hiwi, wiążącego piRNA, w większości

56

nasieniaków, ale nie w przypadku nienasieniaków lub nasieniaków spermatocytowych [164]. Jednakże ustalenie, w jakim stopniu niewłaściwe funkcjonowanie szlaku piRNA-Piwi przyczynia się do rozwoju nowotworów zarodkowych, wymaga jeszcze wielu badań.

Tabela 2. Rola małych niekodujących RNA oraz oddziałujących z nimi białek w rozwoju

komórek płciowych – podsumowanie.

Organizm modelowy

Mutacja Małe RNA podlegające

zmianom

Fenotyp Lit. Mysz Dicer1 miRNA,

siRNA

Kolonizacja gonad: wolniejsza proliferacja podczas wczesnego różnicowania

Spermatogeneza: wczesna proliferacja, późniejsze defekty w morfologii i ruchliwości plemników [48, 165] [48, 165] Dicer miRNA, siRNA

Spermatogeneza: całkowita degeneracja jąder, defekty rozpoczynają się 5 dni po urodzeniu

[166] Dicer miRNA,

siRNA

Oogeneza: większa pula pęcherzyków pierwotnych, przedwczesna folikulogeneza, defekty w migracji oocytu do macicy, niepłodność

[80, 81]

Dicer1 miRNA, siRNA

Oogeneza: zatrzymanie na etapie pierwszego podziału mejotycznego, dezorganizacja wrzeciona, błędy w segregacji chromosomów

[150]

Drosha miRNA Spermatogeneza: ubytek spermatocytów i spermatyd [167] klaster miR-290 miR-290-295

Migracja PGC: komórki migrują poza prawidłowym kursem

Oogeneza: PGC, które kolonizują gonady zanikają, co powoduje sterylność

[168] [168] Ago2 siRNA Oogeneza: dojrzałe oocyty z

zdezorganizowanym wrzecionem i błędami w segregacji chromosomów

[169]

Miwi piRNA Spermatogeneza: zatrzymanie na początku stadium okrągłej spermatydy (mejoza II), sterylność męska; samice płodne

[104]

Mili piRNA Spermatogeneza: zatrzymanie w stadium zygotenu/pachytenu mejozy I, sterylność; samice płodne

[121]

Miwi2 piRNA Spermatogeneza: zatrzymanie we wczesnej profazie mejozy I, sterylność; samice płodne

[103]

Muszka owocowa

Dicer1 miRNA Specyfikacja PGC: brak PGC posiadających Vasa

[51] Loquacious miRNA Oogeneza: niezbędne do utrzymania populacji

komórek macierzystych linii płciowej

[170] Ago1 miRNA Oogeneza: niezbędne do utrzymania populacji

komórek macierzystych linii płciowej

[67, 155] R2D2 miRNA Oogeneza: niezbędne do wytworzenia

komórek pęcherzykowych

[171] Dicer2 siRNA Brak danych na temat fenotypu komórek linii

płciowej

[51, 65]

57

Ago2 siRNA Brak danych na temat fenotypu komórek linii

płciowej ^[172]

Piwi piRNA Specyfikacja PGC: brak PGC posiadających Vasa

Gametogeneza: niezbędne do utrzymania populacji komórek macierzystych obydwu płci, ale nie do dalszego różnicowania

[51] [102,

127] Aubergine piRNA Specyfikacja PGC: utrata komórek

biegunowych

[126] Ago3 piRNA Oogeneza: samice są sterylne

Spermatogeneza: obniżona płodność z powodu niewłaściwego utrzymywania populacji komórek macierzystych [128] [128] Danio pręgowane Dicer1 miRNA siRNA

Brak danych na temat fenotypu komórek linii

płciowej ^[71]

Ziwi piRNA Wczesna gametogeneza: utrata komórek

płciowych z powodu apoptozy ^[107] Zili piRNA Wczesna gametogeneza: utrata komórek

płciowych z powodu apoptozy ^[173]

C. elegans Dicer1 miRNA siRNA

Gametogeneza: niewłaściwa morfologia

oocytów i migracja przez zbiornik nasienny ^[174] Ego-1 siRNA Gametogeneza: defekty mitozy, przedwczesna

mejoza, błędy w rekombinacji mejotycznej

[148, 174] Prg-1 21U-RNA

(piRNA)

Spermatogeneza: plemniki wykazują defekty w procesie aktywacji i zapłodnienia

[175]