miR21 malattie autoimuni

Micro RNA e malattie autoimmuni….
L’informazione può essere copiata in un filamento complementare di RNA
mediante un processo definito trascrizione.
L’RNA complementare ottenuto mediante la trascrizione è utilizzato per
la sintesi di proteine, mediante un processo definito traduzione che
avviene nel citoplasma.
Le proteine sono il modo in cui i geni si manifestano “espressione
genica” per dare ciò che noi siamo “fenotipo”.
Il dogma centrale della biologia è un principio, formulato negli anni 50
(Francis Crick), secondo cui in biologia molecolare il flusso delle
informazioni genetiche è monodirezionale, dagli acidi nucleici alle
proteine.
Successivamente sono stati scoperti numerosi altri meccanismi
dell’espressione genica che hanno fatto rivedere il principio del dogma
centrale.
I fattori epigenetici consentono di regolare l’interpretazione
dell’informazione genetica.
Potendo modificare il modo in cui ciò che è scritto nei geni si
manifesta in noi, svolgono un importante ruolo nella
determinare il nostrostato di salute o di malattia.
1
2
I geni accesi (Switch on) vengono
trascritti nel nucleo in RNA
messaggeri (1) che passano nel
citoplasma dove vengono tradotti
in proteine (2). Se il gene viene
spento (switch off) viene bloccata
la sintesi proteica (silenziamento).
I due principali meccanismi di
accensione spegnimento dei geni
sono la metilazione (Vitamina B12;
acido folico) e l’avvolgimento
(inaccessibilità ai geni)
svolgimento (accessibilità ai geni)
della cromatina contenente il DNA
alla lettura (resveratrolo).
I due principali meccanismi epigenetici
Metilazione
Modificazione istonica
L’altro meccanismo è rappresentato dai
Micro RNA (miR).
I Micro RNA son delle piccole RNA (22-24
nucleotidi circa) non codificanti, con la
funzione di regolare l’espressione genica a
livello post trascrizionale. I geni che
codificano i miR sono trascritti da una RNA
polimerasi II.
I primi prodotti dell’espressione genica
sono lunghi filamenti immaturi chiamati
Pri-RNA che subiscono una prima
processazione, nel nucleo, ad opera di una
RNAsi III (enzima chiamato Drosha) per
formare un precursore, chiamato pre-RNA,
di circa 70 nucleotidi.
Il Pri-miR è trascritto nel nucleo e trasportato nel citoplasma come pre-miR. Nel
citoplasma il pre-miR è processato dalla RNASI III Dicer complex in miR maturo che è
introdotto nel RISC, una complessa nucleo-proteina. Il RISC può regolare la traduzione
delle proteine silenziando i corrispondenti mRNA
Il Pri-miR è trascritto nel nucleo e trasportato nel citoplasma come pre-miR. Nel citoplasma il pre-miR è processato dalla
RNASI III Dicer complex in miR maturo che è introdotto nel RISC, una complessa nucleo-proteina. Il RISC può regolare la
traduzione delle proteine silenziando i corrispondenti mRNA. I mRNA repressi possono traslocare nella P-body, foci
citoplasmatici specifici, dove vengono immagazzinati e possono essere distrutti o, in particolari condizioni, rientrare nel
citoplasma per essere tradotti.
Ogni miR è in grado di regolare l’attività di centinaia di geni
coinvolti in importantissimi processi come lo sviluppo
embriologico, la risposta immunitaria, l’infiammazione,
l’accrescimento, la proliferazione e l’oncogenesi. L’espressione
del miR21 aumenta in un certo numero di tumori (mammella,
colon, stomaco, pancreas)
Ambros, V. The functions of animal microRNAs. Nature 2004, 431, 350–355.
Il miR21 regola il sistema immunitario
Simpson, L.J.; Ansel, K.M. MicroRNA regulation of lymphocyte tolerance and autoimmunity.
J. Clin. Investig. 2015, 125, 2242–2249. [
L’espressione del miR21 è bassa nelle cellule T ed APC non
attivate e la sua attivazione aumenta nelle cellule attivate
Simpson, L.J.; Ansel, K.M. MicroRNA regulation of lymphocyte tolerance and autoimmunity. J. Clin. Investig.
2015, 125, 2242–2249. [
Wang, L.; He, L.; Zhang, R.; Liu, X.; Ren, Y.; Liu, Z.; Zhang, X.; Cheng, W.; Hua, Z.C. Regulation of T lymphocyte
activation by microRNA-21. Mol. Immunol. 2014, 59, 163–171.
Sheedy, F.J. Turning 21: Induction of miR-21 as a key switch in the inflammatory response. Front. Immunol.
2015, 6.
La maggior parte dei geni bersaglio del miR21 sono
oncosoppressori ma recenti studi indicano che il miR21
promuove l’infiammazione e gioca un importante ruolo nella
patogenesi delle malattie autoimmuni come Diabete di tipo 1,
Psoriasi, Sclerosi Multipla e LES.
Promuove la risposta
immunitaria favorendo
soprattutto quella Th1
Promuove la differenziazione dei Th17
a) Attivazione dei linfociti T
b) Inibizione apoptosi linfociti T
Promuove la differenziazione Th2
miR21
Promuove i Treg con aumento
del rapporto Treg/Th17
Promuove le cellule MDSC
Promuove la demetilazione con
iperesperssione di geni associati alle
patologie autoimmuni (CD70, LFA-1)
Il miR21 stimola la risposta immunitaria dei linfociti
T attraverso vari meccanismi a feedback
miR21
SPRY1
Linfociti T
IL-12p35
(APC)
Th2
SMAD7
Cellule T
Th17
PDCD4
TIPE2
FASL
Promuove la risposta
immunitaria T, favorendo la
differenziazione Th2 e Th17
Apoptosi linfociti T
PDCD4 è una proteina immunosoppressiva con azione pro
infiammatoria che promuove il fattore NFkB e inibisce l’IL-10.
Il miR21, down regolando il PDCD4, inibisce NFkB e stimola
l’IL-10.
miR21
PDCD4
NFkB
IL-10
La coppia miR155/miR16 regolano la risposta immunitaria
modulando la funzione MDSC. Le cellule soppressive di derivazione
mieloide (MDSC) sono una delle principali popolazioni cellulari che
regolano in senso negativo la risposta immunitaria. TGF-β e
desametazone fanno aumentare la popolazione MDSC e le
citochine dalle stessa cellule prodotte attraverso l’iperespressione
di miR21 e miR155. L’aumento riguarda entrambe le
sottopopolazioni monocitiche e granulocitiche. Anche il fattore
STAT3 è aumentato.
TGF-β
Desametazione
miR21
miR155
MDSC
Immunosoppressione
L’inibitore delle metalloproteinasi 3 è una proteina codificata
nell’uomo dal gene TIMP3. Questo gene appartiene alla famiglia
degli inibitori delle metalloproteinasi, un gruppo di peptidi
coinvolti nella degradazione della matrice extracellulare.
miR21
cheratinociti
TIMP3
Psoriasi
La psoriasi è una comune malattia autoimmune della cute con limitate
opzioni terapeutiche, caratterizzata da una complessa interazione tra
cheratinociti, cellule immunitarie e mediatori dell’infiammazione. Un
certo numero di miR sono up regolati. miR 21 è up regolato nei
cheratinociti delle lesioni psoriasiche con riduzione di TIMP3.
Th2
miR21
IL-12
Th1
Polarizzazione Th2
L’IL-12 è un eterodimero, formato da due subunità: p35 e p40, codificate da geni su due cromosomi diversi. Per
poter esercitare il suo effetto l’IL-12 è necessaria un’altamente coordinata espressione delle due componenti nella
stessa cellula e nello stesso momento. L’IL-12 è prodotta soprattutto dai macrofagi e dalle cellule dendritiche, nel
corso delle risposte innate ed acquisite. E’ la più importante citochina capace di indurre una polarizzazione Th1 e
gioca un ruolo fondamentale nel bilanciamento Th1-Th2. Il miR21 è responsabile dell’inibizione post trascrizionale
della subunità p35 e, perciò, inibisce l’IL-12 con polarizzazione Th2.
Th17
?
miR21
IL-17A
IL-17F
IL-21
IL-22
L’inibizione del miR21 determina down regulation dei Th17 e delle relative citochine: IL-17A, IL-17F,
IL-21, IL-22.
II miR21 è intercalato del segnaloma del TGF-β
Th0
IL-2
TGF-β
Th17
IL-6
SMAD7
miR21
TGF-β + IL-6 induce i Th0 a differenziarsi in senso Th17 e sopprime il segnale IL-2. In assenza di miR21 i livelli di
SMAD7 sono alti e inibiscono il TGF-β mentre stimola l’IL-2, inibendo i Th17. Il miR21, attraverso l’inibizione
dello SMAD7 riattiva la via che, attraverso il TGF-β, conduce alla polarizzazione Th17. E’ stato dimostrato che il
silenziamento del miR21 determina un miglioramento della splenomegalia nel LES genetico spontaneo del topo.
‘’Take Home
message’’
L’antagonizzazione del miR21 può combattere
la psoriasi ed altre malattie autoimmuni di
tipo Th17