Enfoques terapéuticos emergentes de moléculas pequeñas para la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson basados ​​en microARN dirigidos

El papel de los microARN en la progresión de las enfermedades neurodegenerativas: Los microARN (miARN) son nucleótidos de ARN cortos, no codificantes y endógenos que regulan la expresión génica a través del apareamiento de bases con el ARN mensajero (ARNm) objetivo en la región 3'no traducida (3' UTR). Así, los miARN juegan un papel fundamental en la inhibición o degradación de los ARN mensajeros (Gebert y MacRae, 2019). Dos enzimas ribonucleasas (RNasa) III controlan la biogénesis de los miARN; Drosha y Dicer. El primer paso en la biogénesis incluye la escisión de los miARN primarios (pri-miARN) en el núcleo celular por Drosha, lo que conduce a la formación de pre-miARN de bucle de tallo corto. Posteriormente, estos pre-miARN se transportan al citoplasma y Dicer los procesa aún más, lo que da como resultado miARN maduros (O'Brien et al., 2018).

Cápsulas de cistanche tubulosa para la enfermedad de Alzheimer

Numerosas enfermedades muestran una expresión anormal de miARN, como el cáncer de mama, la leucemia, el carcinoma hepatocelular y las enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas. Se han identificado más de 2000 miARN con funciones clave en la diferenciación de las neuronas, lo que destaca la participación de los miARN en diferentes procesos neuronales. La literatura revela que los miRNAs están implicados en diferentes vías que están directamente involucradas en la progresión de las enfermedades neurodegenerativas (Figura 1A). -La sinucleína, una proteína presináptica implicada en trastornos neurológicos, es una proteína intrínsecamente desordenada. La agregación de -sinucleína para formar fibrillas insolubles y cuerpos de Lewy es un sello patológico clave para el diagnóstico de trastornos neurológicos, como la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer. La agregación de -sinucleína en células de neuroblastoma humano es promovida por miR-16-1, que se atribuye a la capacidad de miR-16-1 para regular a la baja la proteína de choque térmico 70. Recientemente, la capacidad de miR-153 para regular negativamente -sinucleína se ha demostrado en ratones parkinsonianos (Cressatti et al., 2019).

Además, la inhibición de miR-34b en pacientes con enfermedad de Parkinson mejoró la expresión de -sinucleína en el cerebro humano. Tau, una proteína asociada a microtúbulos, se expresa en el cerebro humano maduro en seis isoformas. La hiperfosforilación anormal y la agregación de tau en fibrillas maduras se observan en la enfermedad de Alzheimer, así como en otros trastornos neurológicos, llamados tauopatías. Se detectó una regulación a la baja de miR-212 y miR-132 en exosomas de plasma derivados neuralmente de pacientes con enfermedad de Alzheimer (Cha et al., 2019). En base a estos hallazgos, la evaluación de los niveles de miR212 y miR-132 en vesículas extracelulares se considera una herramienta de diagnóstico prometedora para la enfermedad de Alzheimer. Numerosos informes han demostrado la asociación entre las enfermedades neurodegenerativas y la disfunción en la dinámica mitocondrial, como la variación en el tamaño de las mitocondrias, la forma alterada, la fisión-fusión y el movimiento de las mitocondrias. En este contexto, se ha informado que miR-27a suprime la expresión de la supuesta quinasa 1 inducida por PTEN, una serina/treonina quinasa mitocondrial, que es un actor clave en la mitofagia. Por lo tanto, miR-27a juega un papel clave en el control de la eliminación autofágica de las mitocondrias dañadas.

Las mutaciones en la supuesta quinasa 1 inducida por PTEN se consideran un importante contribuyente a la enfermedad de Parkinson autosómica recesiva. En este sentido, miR-494 induce daño mitocondrial y daño neuronal inducido por estrés oxidativo al disminuir la expresión de la proteína 7 de la enfermedad de Parkinson, un inhibidor de la agregación de -sinucleína (Catanesi et al., 2020). Además, el nuevo miR-455- 3p demostró actividad protectora contra la agregación de amiloide al controlar la expresión de proteínas de fisión mitocondrial y regular la dinámica mitocondrial (Kumar et al., 2019). En los últimos años, la -secretasa 1 (BACE1) ha recibido una atención creciente como diana terapéutica crítica para la enfermedad de Alzheimer. BACE-1, también conocida como enzima 1 que escinde la proteína precursora de amiloide en el sitio, es la principal secretasa involucrada en la producción de péptidos de amiloide en el cerebro humano. La posterior agregación y fibrilación de estos péptidos para formar placas de amiloide son características diagnósticas clave de la enfermedad de Alzheimer.

Además, múltiples líneas de evidencia han demostrado la neurotoxicidad de pequeños oligómeros de péptidos amiloides. MiR-298 se ha identificado recientemente como un represor de BACE1 en el modelo de cultivo de células neuronales humanas, lo que revela el potencial terapéutico de miR298 para enfermedades neurodegenerativas (Chopra et al., 2020). Además, la expresión de BACE-1 está directamente regulada por miR15b, que funciona dirigiéndose al ARNm de BACE1 3′-UTR (Gong et al., 2017). Estos hallazgos ilustran que los miARN son actores clave en el control de la función de BACE-1 y su papel en la patogénesis de las enfermedades neurodegenerativas.

El desarrollo de pequeñas moléculas para enfermedades neurodegenerativas basadas en miRNAs dirigidos:

La selección de miARN causantes de enfermedades con moléculas pequeñas ha revelado resultados prometedores tanto in vitro como in vivo. Por lo tanto, considerables esfuerzos de investigación se han dirigido hacia el desarrollo de nuevas estrategias para la identificación y el diseño de moléculas pequeñas con capacidad potencial de unión a miARN. Sin embargo, las secuencias cortas de los miARN han impedido la identificación de potentes aglutinantes de moléculas pequeñas y cambiaron el enfoque hacia los pre-miARN con secuencias más largas. Inforna e Inforna 2.0 son herramientas desarrolladas para identificar moléculas pequeñas dirigidas a ARN estructurados. Estos enfoques se basan en la extracción de motivos (estructuras secundarias) de los ARN en función de sus secuencias.

A continuación, estos motivos se comparan con una base de datos de compañeros de unión de moléculas pequeñas con motivos de ARN conocidos. Inforna luego informa el motivo en la base de datos, así como el ARN objetivo. Informa se ha utilizado recientemente en la identificación del compuesto 1 (Figura 1B) como inhibidor de la expresión de -sinucleína (Zhang et al., 2020). El compuesto 1 se dirige a la 5' UTR del ARNm de -sinucleína y disminuye los niveles de a-sinucleína al disminuir la cantidad de ARNm de SNCA cargado en los polisomas. Recientemente, las RIBOTAC (quimeras dirigidas a ribonucleasas) han evolucionado como una nueva clase de moléculas pequeñas que pueden dirigirse a diversas clases de ARN, incluidos miARN y ARNm (Dey y Jaffrey, 2019). El diseño de los RIBOTAC se basa en la unión de moléculas de unión al ARN a una molécula pequeña que activa el ARN L, una ribonucleasa latente, que da como resultado la degradación del ARN diana.

Ligandos dirigidos multidiana (MTDL) para enfermedades neurodegenerativas centrados en miRNAs:

Los MTDL son ligandos que están diseñados para interferir con múltiples vías involucradas en la progresión de los trastornos neurológicos debido a su característica multifacética. El notable éxito de los MTLD en la identificación de moléculas pequeñas con eficacia in vitro e in vivo en modelos de enfermedades neurodegenerativas ha resultado en esfuerzos continuos en el desarrollo de nuevas herramientas para el diseño de MTDL. En este contexto, recientemente se reportó una estrategia novedosa para la identificación de MTDLs para enfermedades neurodegenerativas, la cual se basa en la inhibición dual de la acetilcolinesterasa y la biogénesis de los miRNAs (Gabr y Brogi, 2020). El compuesto 2 (Figura 1B), un inhibidor dual de la acetilcolinesterasa y la biogénesis de miR-15b, fue más eficaz que el donepezilo y el anti-miR-15 en la protección de las células del neuroblastoma SH-SY5Y de la citotoxicidad inducida por beta amiloide .

Además, la doble inhibición de la oligomerización de tau y la biogénesis de los miARN implicados en la progresión de los trastornos neurológicos (p. ej., miARN-146a) se ha informado como una estrategia prometedora para el diseño de MTDL (Gabr y Barbault, 2020). El resultado de este enfoque proporcionó el compuesto 3 (Figura 1B) que presentaba una actividad neuroprotectora superior a miRNA146a antagomir y MK-886, un inhibidor de la agregación de tau. Estos estudios ilustran además que el diseño de MTDL centrado en la inhibición de la biogénesis de los miARN ha mostrado un perfil terapéutico preferencial en comparación con las terapias monodirigidas. Por lo tanto, la evaluación adicional del resultado de estos enfoques utilizando modelos in vivo de enfermedades neurodegenerativas será fundamental para la optimización futura.

Direcciones futuras:

El desarrollo de estrategias eficientes para identificar moléculas pequeñas que puedan unirse selectivamente a miRNAs tendrá un efecto notable en la capacidad de controlar la expresión de proteínas implicadas en enfermedades neurodegenerativas. Los inhibidores de molécula pequeña de Drosha y Dicer se han estudiado ampliamente como herramientas para inhibir la biogénesis de los miARN. Sin embargo, numerosos inhibidores de Dicer y Drosha muestran una afinidad de unión a miARN atenuada en el entorno celular, así como la incapacidad para bloquear la maduración de miARN.

Estos resultados se atribuyen a la orientación promiscua de estas pequeñas moléculas, así como a su competencia con otras macromoléculas en la unión de miARN. Por lo tanto, el establecimiento de nuevos enfoques para la unión selectiva de miRNAs es altamente deseable. La síntesis guiada por objetivos cinéticos (KTGS) es un enfoque de descubrimiento de fármacos basado en fragmentos en el que un objetivo biológico selecciona sus ligandos bidentados ensamblándolos a partir de un grupo de pequeños fragmentos reactivos.

En KTGS, el objetivo biológico acelera la formación de enlaces covalentes entre bloques de construcción con grupos funcionales reactivos complementarios mediante un tiempo de resonancia mejorado. Después de la disociación del objetivo, los aciertos de KTGS se pueden detectar en los medios mediante cromatografía líquida-espectrometría de masas. Una vía potencial para la identificación de aglutinantes selectivos de miARN sería usar KTGS para identificar aglutinantes de moléculas pequeñas de miARN diana.

Referencias

Catanesi M, D'Angelo M, Tupone MG, Benedetti E, Giordano A, Castelli V, Cimini A (2020) Desregulación de microARN y disfunción mitocondrial en enfermedades neurodegenerativas. Int J Mol Sci 21:5986.

Cha DJ, Mengel D, Mustapic M, Liu W, Selkoe DJ, Kapogiannis D, Galasko D, Rissman RA, Bennett DA, Walsh DM (2019) miR-212 y miR-132 están regulados negativamente en derivaciones neurales Exosomas plasmáticos de pacientes con Alzheimer. Frente Neurosci 13:1208.

Chopra N, Wang R, Maloney B, Nho K, Beck JS, Pourshafie N, Niculescu A, Saykin AJ, Rinaldi C, Counts SE, Lahiri DK (2020) MicroRNA-298 reduce los niveles de proteína precursora de amiloide humana ( APP), la enzima convertidora 1 de APP en el sitio (BACE1) y restos de proteína tau específicos.

Mol Psiquiatría doi:10.1038/s41380-019- 0610-2.

Cha D, Mengel D, Mustapic M, Liu W, Selkoe D, Kapogiannis D, Galasko D, Rissman R, Gong G, An F, Wang Y, Bian M, Yu LJ, Wei C (2017) miR-15 b reprime la expresión de BACE1 en la enfermedad de Alzheimer esporádica. Oncoobjetivo 8:91551-91557.

Cressatti M, Song W, Turk AZ, Garabed LR, Benchaya JA, Galindez C, Liberman A, Schipper HM (2019) La expresión de HMOX1 glial promueve la desregulación y la patogenicidad de la sinucleína central y periférica en ratones parkinsonianos. Glía 67:1730-1744.

Dey SK, Jaffrey SR (2019) RIBOTAC: ARN diana de molécula pequeña para la degradación. Cell Chem Biol 26:1047-1049.

Kumar S, Reddy AP, Yin X, Reddy PH (2019) Novel microRNA-455-3p y su efecto protector contra el procesamiento anormal de APP y la toxicidad beta amiloide en la enfermedad de Alzheimer. Biochem Biophys Acta Mol Base Dis 1865:2428-2440.

O'Brien J, Hayder H, Zayed Y, Peng C (2018) Descripción general de la biogénesis de microARN, mecanismos de acción y circulación. Frente Endocrinol 9:402.

Gabr MT, Barbault F (2020) Primer aglutinante dual de microRNA146a y tau monomérico: un enfoque novedoso para terapias multidirigidas para enfermedades neurodegenerativas. Chem Commun 56:9695-9698.

Gabr MT, Brogi S (2020) Enfoque multiobjetivo basado en microARN para la enfermedad de Alzheimer: descubrimiento del primer inhibidor dual de su clase de la biogénesis de acetilcolinesterasa y micro-ARN-15b. J Med Chem 63:9695- 9704.

Gebert LFR, MacRae IJ (2019) Regulación de la función de microARN en animales. Nat Rev Mol Cell Biol 20:21-37.

Zhang P, Park HJ, Zhang J, Junn E, Andrews RJ, Velagapudi SP, Abegg D, Vishnu K, Costales MG, Childs-Disney JL, Adibekian A, Moss WN, Mouradian MM, Disney MD (2020) Traducción de lo intrínsecamente la proteína a-sinucleína desordenada es inhibida por una pequeña molécula que se dirige a su estructura

para más información:ali.ma@wecistanche.com