El papel de los microARN en la disminución de la proteostasis y la agregación de proteínas

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Resumen:El envejecimiento se puede definir como el deterioro progresivo de la función celular, tisular y del organismo a lo largo del tiempo. Las alteraciones en la homeostasis de las proteínas, también conocidas como proteostasis, son un sello distintivo del envejecimiento que conduce a desequilibrios del proteoma y agregación de proteínas, fenómenos que también ocurren en enfermedades relacionadas con la edad. Entre los diversos reguladores de la proteostasis, se ha informado que los microARN (miARN) desempeñan un papel importante en el control postranscripcional de los genes involucrados en el mantenimiento de la proteostasis durante la vida útil en varios tejidos orgánicos. En esta revisión, consolidamos informes publicados recientemente que demuestran cómo los miARN regulan los procesos fundamentales relacionados con la proteostasis relevantes para el envejecimiento de los tejidos, con énfasis en los dos tejidos más estudiados, el tejido cerebral y el músculo esquelético. También exploramos una perspectiva emergente sobre el papel de las redes reguladoras de miARN en la agregación de proteínas relacionadas con la edad, un sello conocido del envejecimiento y las enfermedades relacionadas con la edad, para dilucidar posibles candidatos de miARN para objetivos terapéuticos y de diagnóstico antienvejecimiento.

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Palabras clave:miARN; envejecimiento de los tejidos de los mamíferos; agregación de proteínas relacionada con la edad; red de proteostasis

1. Introducción

Para 2050, el 22 por ciento de la población mundial tendrá más de 60 años, lo que conducirá a un aumento en la incidencia de enfermedades asociadas a la edad y afectará la longevidad y el bienestar de las personas mayores [1]. Las alteraciones en la proteostasis son características de enfermedades neurodegenerativas asociadas a la edad como el Alzheimer y el Parkinson, y también del envejecimiento normal [2-4]. La disminución de la proteostasis consiste en desequilibrios graduales en los procesos de síntesis, plegamiento y degradación de proteínas a lo largo del tiempo que conducen a un aumento del plegamiento incorrecto de proteínas y al estrés proteotóxico que, en última instancia, reduce la longevidad del organismo [2,5-8].

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La producción de proteínas mal plegadas da como resultado la agregación de proteínas y la activación de vías de respuesta al estrés relacionadas con la proteostasis, que se conocen colectivamente como red de proteostasis (PN) e involucran la respuesta de choque térmico (HSR), la respuesta de proteína desplegada en el retículo endoplásmico. ER)(UPREN) y en las mitocondrias (UPRmt), el sistema de ubiquitina-proteasoma (UPS) y la vía de autofagia-lisosomal (ALP). La activación de la NP es necesaria para replegarse y/o degradar los agregados proteicos, lo que disminuye los niveles de estrés y previene la muerte celular [9-12]. La agregación de proteínas durante el envejecimiento normal también se ha estudiado en varios modelos de organismos, a saber, en el riñón y el páncreas de Rattus norvegicus [13,14], en el corazón, la médula ósea y el bazo de Mus musculus [15,16] y en el corteza humana [17,18]. Sin embargo, los mecanismos subyacentes de este fenómeno siguen sin estar claros hasta la fecha.

Los microARN (miARN) son una clase de ARN pequeños no codificantes de 21 a 23 nucleótidos de longitud que regulan la expresión génica postranscripcional al dirigirse y prevenir la traducción de ARN mensajeros (ARNm) específicos. Regulan una gran cantidad de procesos celulares, a saber, el crecimiento y la diferenciación celular, el desarrollo del organismo, el funcionamiento fisiológico y la homeostasis celular[19-21]. De hecho, los ~2500 miARN reportados en humanos regulan aproximadamente el 60 por ciento de los genes que codifican proteínas, mientras que cada miARN regula, en promedio, 200 genes diana a través de sitios diana complementarios [22]. Durante la última década, se ha demostrado que los experimentos de sobreexpresión y/o eliminación de miARN alteran directamente la vida útil en C.elegans, D.melanogaster y M.musculus[23-26]. En particular, los estudios en personas centenarias han proporcionado más conocimiento sobre cómo son los perfiles de miARN humanos dinámicos a lo largo del envejecimiento [27,28] Por ejemplo, se observa una mayor biogénesis de miARN en personas centenarias en comparación con octogenarias [29]. Estudios más recientes mostraron que los miARN regulan los procesos asociados con la edad, y algunas pruebas relacionan los miARN con la agregación de proteínas en tejidos de mamíferos, concretamente en el cerebro y el músculo esquelético [30,31].

Sin embargo, la expresión de miARN puede ser específica de tejido o de célula y, al mismo tiempo, los miARN pueden ser no autónomos de células, actuando como mediadores en varios tejidos [32]. Las alteraciones relacionadas con la edad que afectan a familias específicas de miARN pueden diferir según el tipo de célula y tejido, lo que dificulta estos análisis debido a la complejidad y la interconexión de las redes de miARN en un solo organismo [19,26]. Además, los miARN circulantes (c-miARN) y sus transportadores (es decir, vesículas extracelulares) se observaron recientemente como marcadores de un envejecimiento fisiológico saludable, con miR-19a-3p y miR-19 Se encontró que b-3p aumentaba en las personas mayores, pero disminuía en los centenarios sanos, lo que agrega otra capa de complejidad a la red reguladora de miARN [27,28]. Por esta razón, estudios anteriores han proporcionado una compilación de miARN asociados con características específicas del envejecimiento en varios organismos modelo para brindar una mejor representación de los miARN que están relacionados con el envejecimiento en varios tejidos [33]. Esta revisión se centra en informes publicados recientemente sobre la regulación de miARN de objetivos genéticos involucrados en los procesos relacionados con la proteostasis que son relevantes para el envejecimiento de los tejidos, con especial énfasis en el envejecimiento de los tejidos de los mamíferos.

2. La biogénesis y la unión a diana de los miARN

La ARN polimerasa II transcribe los miARN y produce transcripciones primarias de miARN (miARN anteriores) que luego son procesadas por Drosha/DGC8, un complejo de microprocesadores enzimáticos de ARNasa III, para producir ~70-100 miARN precursores de bucle de tallo de nucleótido (nt) (pre -miARN) [21,34]. Estos pre-miRNA se exportan desde el núcleo al citoplasma a través de Exportin-5, una proteína de transporte nuclear y de unión a ARN de doble cadena dependiente de RanGTP, y luego se escinden mediante la enzima RNase II Dicer, produciendo {{ Dúplex de miARN maduro de doble cadena de 13} nt [35,36]. El miARN puede originarse en el lado 5' del pre. miARN llamado cadena "5p", o del extremo 3', que se conoce como cadena "3p" [37] En el pasado, se informó que el proceso de selección de cadena comenzaba con una de las cadenas de miARN duplicadas conocidas como miR o cadena guía, que se seleccionó y cargó en la proteína Argonaute para formar el complejo de silenciamiento inducido por miARN (miRISC), mientras que la otra cadena, tradicionalmente denominada cadena pasajera o miR', se expulsó del complejo y se degradó [37]. ]. No obstante, en algunos casos, cualquiera de las cadenas se puede seleccionar y cargar en las proteínas Argonaute para regular la expresión génica, como es el caso de miR-34 donde miR-34b-5p y miR{ {27}}b-3p están presentes en concentraciones aproximadamente iguales en humanos, lo que permite la orientación de distintos ARNm [37-39]. El fenómeno denominado "cambio de brazo de miARN" es donde la selección preferencial de brazos de miARN 3' o 5' para la selección de hebras puede depender del tipo de tejido o de la etapa de desarrollo de la vida, mientras que la desregulación de este proceso está asociado con la enfermedad [37-39] El miRISC puede apuntar a ARNm específicos a través de la complementariedad de secuencias entre la secuencia inicial de la hebra guía de miARN cargada (2-7 nucleótidos) y, en la mayoría de los casos, las 3 regiones no traducidas (3 'UTR) de los ARNm diana [32,34]. En algunos casos, los extremos 3' de los miARN pueden experimentar una unión complementaria preferencial a motivos en las regiones 5'UTR de los ARNm objetivo [40,41]. El cambio de brazo puede resultar en la acumulación de miARN maduros con secuencias semilla alteradas, lo que altera drásticamente la orientación de los ARNm[42] Durante el envejecimiento, hay un cambio general en la expresión de los brazos maduros 3 y 5' de los miARN, con un aumento de 5 'expresión madura y disminución de la expresión 3' con el tiempo, especialmente para miR-6786 en muestras de plasma humano [42]. Al mismo tiempo, se identificó miR-4423 con la proporción de expresión de 5' más reducida, es decir, en la leche materna, el corazón, los testículos, las células madre y las células sanguíneas, lo que significa que las variaciones relacionadas con la edad en 3' a Las proporciones de expresión de miARN maduros en 5' pueden depender del tejido [42]

En la era de la secuenciación de próxima generación, se demostró que un solo locus de miARN es capaz de producir varias isoformas de miARN distintas o isomiR, que son variantes de secuencia de miARN que tienen extremos 3' y/o 5' alterados debido a cambios de nucleótidos. adición, supresión o sustitución [43]. La biogénesis de los isomiR puede depender de la plantilla, lo que da como resultado un desplazamiento de nucleótidos de 5' o 3', o no depende de la plantilla, lo que lleva a la edición y la cola del ARN postranscripcional [44]. IsomiRs se pueden clasificar como 3 ', 5', polimórficos y mixtos, dependiendo de la variación de la secuencia y las alteraciones en la longitud [4]. Las modificaciones de secuencia posteriores a la maduración, como el recorte (eliminación de nucleótidos a través de exoribonucleasas en el extremo 3 ') y la cola (adición de nucleótidos por nucleotidil transferasas terminales en el extremo 3') dan lugar a 3' isomiRs (también conocido como 3'-isomiR -recortado y con cola de isomiR en 3')[43-45] También se ha informado que los isomiR en 5' se generan en gran medida por la escisión imprecisa de secuencias de miARN a través de Drosha y/o Dicer[43]. Los isomiR polimórficos contienen cambios dentro de la secuencia madura y su longitud no cambia, mientras que los isomiR mixtos contienen alteraciones en la longitud y la secuencia[46,47]. En particular, se demostró que la generación de isomiR es específica de células y tejidos en mamíferos, y se usaron como biomarcadores de cáncer y están implicados en la enfermedad de Alzheimer [48,49].

Hay muy pocos estudios que eluciden por completo el papel de los isomiR en el contexto del envejecimiento. Recientemente, se descubrió que el isomiR-19a-3p aumenta significativamente en los centenarios no saludables en comparación con los centenarios sanos, lo que indica que este isomiR puede usarse como un marcador potencial para un envejecimiento saludable [28]. Además, la secuenciación con isomiR de células endoteliales de vena umbilical humana (HUVEC) tratadas con metformina (tratamiento de extensión de la vida útil) durante la senescencia replicativa reveló que las secuencias no canónicas representaban casi el 40 por ciento del grupo total de miARN, por lo que el tratamiento con metformina alteró significativamente la relación abundancia de 133 isomiRs que fueron identificados como variantes de 73 miRNAs individuales [50]. Curiosamente, se descubrió que los genes diana de estos miARN e isomiR formaban parte de la vía de la fosfatidilinositol-3-quinasa (PI3K)-Akt y la vía de señalización de la rapamicina (mTOR) en mamíferos [50]. En particular, la mayoría de los isomiR afectados por el tratamiento con metformina se identificaron como 3'isomiR; sin embargo, alrededor del 5 por ciento se identificaron como 5' isomiR, que cambiaron la secuencia de la semilla y produjeron una mayor cantidad de genes objetivo que no eran comunes en los objetivos de miARN en este estudio [50]. Una vez más, los isomiR parecen ser marcadores efectivos para evaluar el envejecimiento saludable y la extensión de la vida. Sin embargo, las repercusiones biológicas de los cambios dinámicos en los isomiR a través del envejecimiento y la senescencia deben explorarse más a fondo.

Los estudios informaron que se necesita al menos una coincidencia de seis pares de bases de miARN con el ARNm para silenciar la expresión génica y, debido a esta unión complementaria con el ARNm objetivo, los miARN individuales pueden tener múltiples ARNm objetivo (aproximadamente 100 ARNm) y pueden simultáneamente apuntar a diferentes 3-sitios UTR del mismo ARNm, mientras que diferentes miARN también pueden apuntar al mismo ARNm, lo que aumenta la complejidad de los resultados regulatorios para el mismo ARNm [32]. Esto significa que cada tipo de célula y tejido presenta patrones muy complejos de miARN, y la desregulación de uno o más componentes dentro de las redes de miARN puede provocar un desequilibrio en la homeostasis, una vida útil más corta y enfermedades [5152]. De hecho, los centenarios muestran una regulación al alza de la expresión de miRNA, a saber, miR-16, miR-18a y miR-21, mientras que la expresión de ARNm de ARN polimerasa Ⅱ, Drosha, Exportin{{ 10}}, y Dicer también están regulados al alza en comparación con los octogenarios [29].

3. Degradación de miARN dirigida al objetivo y su papel en los procesos celulares fundamentales

En contraste con la biogénesis de miARN, el papel de la descomposición/degradación de miARN, especialmente de la degradación de miARN dirigida por el objetivo (TDMD), en la salud y la enfermedad apenas comienza a dilucidarse. La TDMD ocurre cuando un ARN diana es capaz de inducir la degradación/decaimiento de su miARN afín en lugar de provocar la represión de la diana, lo que permite la modulación de una variedad de procesos celulares. TDMD ocurre cuando hay una unión complementaria extensa en la región 3' del miARN, lo que provoca un cambio conformacional que estimula la liberación del extremo 3' del bolsillo de unión del dominio Ago PAZ [53-55]Exposición posterior de el extremo 3' permite la degradación enzimática del miARN [54] Este proceso también puede ir acompañado de modificaciones postranscripcionales de la secuencia del miARN, como cola (por nucleotidil transferasas terminales) y recorte (por 3'-a{{9 }}'exonucleasas), lo que resulta en la producción de isomiRs[56,57]. Los objetivos TDMD también pueden atrapar Ago2 en una conformación particular que permite la exposición del extremo 3 'de miRNA para la cola y el recorte mientras se une continuamente a Ago2 [54,55]. Curiosamente, es posible medir las tasas de descomposición de miARN en células de mamíferos mediante metodologías combinadas, como el etiquetado "pulso-persecución" basado en ARN metabólico 4sU con secuenciación de ARN de alto rendimiento, en el que se demostró que el recorte y la cola son dinámicos con el tiempo en fibroblastos. 57]Estas metodologías pueden resultar útiles en estudios futuros que evalúen el deterioro de miARN a lo largo del envejecimiento fisiológico.

Un puñado de estudios han explorado la TDMD endógena y su función en los mamíferos, identificando los genes objetivo clave involucrados en este fenómeno. Por ejemplo, Serpinel, que codifica el inhibidor de la serina-treonina proteasa, actúa como un objetivo TDMD para controlar la degradación de miR-30b-5p y miR-30c-5p en ratones. fibroblastos, promoviendo así el reingreso al ciclo celular de los fibroblastos inactivos [58]. Curiosamente, todos los miembros de la familia miR-30 (miR-30a -30b,-30c,-30d y-30e) pueden para interactuar con Serpinel; sin embargo, solo miR-30b y miR-30c muestran una complementariedad extendida del extremo 3' (también conocido como emparejamiento 3C) con la transcripción de Serpinel, lo que demuestra que este emparejamiento 3C es fundamental para TDMD [58]. En conjunto, la interacción Serpinel.miR-30b/c desempeña un papel regulador clave en los fenotipos de células de mamíferos al facilitar el reingreso al ciclo celular de las células inactivas. Se informó que otro ejemplo de un objetivo TDMD endógeno, el gen de la proteína relacionada con la regeneración neuronal (Nrep), dirige la degradación de miR-29b a través del recorte 3 ', controlando la coordinación motora general y el aprendizaje motor en ratones [59]. Normalmente, Nrep restringe la expresión de miR-29b únicamente a las neuronas de Purkinje del cerebelo, mientras que la interrupción del sitio miR-29 en Prep expandió la expresión de miR-29b a la capa granular del cerebelo, lo que lleva a aprendizaje motor y coordinación en ratones [59]. Más específicamente, la codificación del sitio miR-29 en Nrep en las células progenitoras neuronales dio como resultado la ausencia de isoformas miR-29 producidas a través de recortes o colas en 3'[59]. Curiosamente, también se demostró que el sitio Prep miR-29 tiene una alta similitud de secuencia con el ARN libra no codificante en el pez cebra, que regula el comportamiento exploratorio y similar a la ansiedad en el pez cebra [59]. En conjunto, TDMD, a través de objetivos endógenos, es esencial para mantener funciones y comportamientos cerebrales de mamíferos adecuados y para controlar los fenotipos celulares.

4. Los perfiles de expresión de miARN son dinámicos y específicos de tejido a lo largo del envejecimiento

Durante el envejecimiento de los tejidos, hay una disminución progresiva en la abundancia de miARN, que se informó por primera vez debido a las disminuciones asociadas con la edad en la biogénesis de miARN que ocurren a través de la regulación negativa de Dicer [60]. De hecho, se demostró que la biogénesis de miARN mejora la tolerancia al estrés y la longevidad en C. elegans y en el tejido adiposo de ratones, mientras que miARN específicos se asociaron con la resistencia al estrés y el envejecimiento [23,60]. Más recientemente, se descubrió que los genes de biogénesis de miARN son, de hecho, altamente objetivo de los miARN que están involucrados en los procesos relacionados con la edad, a saber, miARN-71, que se demostró que regula a la baja la expresión global de miARN y conduce a una mayor variabilidad de la expresión de ARNm con la edad [19]. Estos resultados están en línea con la evidencia previa que estableció a miR-71 como uno de los miARN más estudiados en el contexto del envejecimiento y la longevidad, y su expresión aumentó significativamente durante la edad adulta temprana y media [24,25]. Curiosamente, también se informó recientemente que miR-71 estimula el recambio de proteínas dependiente de ubiquitina, específicamente en el intestino, lo que alarga la vida útil de C. elegans, mientras que su inhibición afecta la proteostasis del organismo [61]. En particular, los olores de los alimentos detectados por C. elegans a través de las neuronas olfativas AWC ciliadas 1) estimulan una regulación celular no autónoma de la degradación de proteínas dependiente de ubiquitina a través del sistema ubiquitina-proteasoma (UPS) y a través de la degradación de proteínas asociada al retículo endoplásmico (ER) (ERAD) y 2) aumentar la resistencia al estrés por calor en el intestino [61]. Los autores demostraron que miR-71 inhibe específicamente la proteína del dominio del receptor Toll (TIR-1) en las neuronas olfativas del ala "C" (AWC) de los anfidos, mientras que miR-71 y/o TIR{ {29}}Los gusanos knockout muestran disfunción de UPS y ERAD, lo que elimina la influencia de la fuente de alimento en esta respuesta [61]. Un punto importante que surge es que las redes reguladoras de miARN son muy complejas en varios modelos de organismos, y los perfiles de expresión de miARN parecen ser específicos de tejido y, al mismo tiempo, interconectados con varios tejidos.

La mayoría de los estudios que han explorado el papel de los miARN en el envejecimiento normal del tejido de los mamíferos se han centrado en experimentos que utilizan muestras principalmente del cerebro y del tejido muscular esquelético, quizás debido a la propensión de estos tejidos a desarrollar enfermedades relacionadas con la edad [62]. El miARN en el envejecimiento y las enfermedades relacionadas con la edad es miR-34. Se demostró que este miARN está regulado positivamente en el envejecimiento de C. elegans [63], mientras que su sobreexpresión prolonga la vida útil en Drosophila y reduce la propensión a la neurodegeneración relacionada con la edad [64] Sin embargo, a diferencia de otros organismos, los miembros del miR{{7} } juegan un papel perjudicial en el envejecimiento del cerebro de los mamíferos, donde se encontró una regulación positiva de miR-34c en el hipocampo de ratón tanto en modelos de envejecimiento normal como de EA y se asocia con deterioro cognitivo [65]. Además, la regulación al alza asociada con la edad de miR-29a y miR-29b en el cerebro del ratón conduce a una desregulación de la microglía y a un aumento de la neuroinflamación, también un sello distintivo del envejecimiento cerebral [66]. De manera similar, durante el proceso de envejecimiento, la degeneración y la regeneración muscular se desequilibran, lo que conduce a una pérdida de la homeostasis muscular. Además, los miARN, a saber, miR-29, se vincularon con la sarcopenia, una pérdida de la función muscular relacionada con la edad, y se demostró que modulan la apoptosis, la senescencia y la señalización del factor de crecimiento similar a la insulina (IGF-1). en el envejecimiento de las células musculares [67]. Por lo tanto, los miARN se pueden usar como biomarcadores del envejecimiento en más de un tejido y para fenotipos específicos asociados con la edad, como la sarcopenia.

Recientemente, un grupo de estudios exploró el papel de miR-206 durante el envejecimiento y la homeostasis vascular (a saber, el músculo cardíaco) y del músculo esquelético[68-74]. La expresión aumentada de miR-206 se relacionó con el envejecimiento vascular, especialmente en personas con arritmias, [74] y también se demostró que inhibe la proliferación de células del músculo liso vascular y promueve la aterosclerosis [72,73]. Estos estudios enfatizan la importancia de explorar la regulación de miARN en un tejido de mamífero específico para poder encontrar nuevos objetivos terapéuticos para patologías específicas relacionadas con la edad.

Teniendo en cuenta todos estos hallazgos recientes, es evidente que las redes reguladoras de miARN median el envejecimiento y la longevidad hasta cierto punto. Sin embargo, es esencial aclarar las funciones de los miARN para cada modelo de organismo debido a la naturaleza compleja de las redes reguladoras de miARN y la plétora de objetivos potenciales que puede poseer cada miARN. En las siguientes secciones, destacamos más de cerca el impacto de la disminución de la proteostasis específicamente relacionada con la edad de los miARN que involucra procesos de degradación y eliminación de proteínas, resumidos en la Figura 1, y profundizamos en su influencia potencial en la agregación generalizada de proteínas durante el envejecimiento de los mamíferos.

5. El papel de la regulación de miARN en el deterioro autofágico relacionado con la edad en el cerebro y el músculo esquelético

Descritos como los principales moduladores de varias vías de degradación relacionadas con la proteostasis durante el envejecimiento de los tejidos de los mamíferos, los informes científicos se han centrado en las redes reguladoras de miARN que involucran la vía de la autofagia-lisosoma (ALP), con especial énfasis en el complejo diana de la rapamicina (mTOR) en los mamíferos, principalmente en el cerebro y los músculos [24,75]. Inukai y colegas (2012) realizaron uno de los primeros estudios utilizando la secuenciación profunda de Solexa para identificar el vínculo entre la expresión diferencial de miARN durante el envejecimiento cerebral y la señalización de mTOR [24].cistanche แอ ม เว ย์En este estudio, la mayoría de los miARN expresados ​​diferencialmente disminuyeron en abundancia relativa en ratones de 24-25-meses en comparación con los de 5-meses, y el análisis KEGGenrichment reveló que los miARN, a saber, miR-5620 isomiR y miR-341 isomiR, están involucrados en la señalización de mTOR/proteína quinasa B(Akt)/Forkhead box clase O (FOXO) [24].

Un tipo de autofagia, llamada macrofagia, implica la degradación y el reciclaje de los componentes citoplásmicos, incluidos los desechos celulares y las proteínas mal plegadas, que se empaquetan en vesículas de doble membrana llamadas autofagosomas, que se fusionan con lisosomas para ser degradados por hidrolasas lisosomales. 75]. Los agregados de proteínas pueden ser engullidos por autofagosomas y degradados, y el envejecimiento puede alterar la eliminación autofágica a través de defectos en la formación de autofagosomas, fallas en la fusión autofagosoma-lisosoma y acidificación del lisosoma [76]. La disfunción autofágica relacionada con la edad también puede provocar el desarrollo de enfermedades relacionadas con la edad, a saber, sarcopenia y enfermedades neurodegenerativas. Para una revisión extensa, véase [75]. Durante el envejecimiento del músculo esquelético, se demostró que la actividad autofágica disminuye en pacientes ancianos con sarcopenia y en tejido muscular murino, donde los niveles de proteína LC3, un marcador de autofagosomas y autolisosomas, y la enzima ATG7 tipo E1-disminuyen con la edad [ 62]. Recientemente se confirmó que miR-34a es un actor clave en la actividad autofágica en el envejecimiento cerebral, y su regulación positiva da como resultado una autofagia defectuosa y una dinámica mitocondrial anormal en modelos de envejecimiento en ratas inducidos por d-galactosa [77]. En este mismo estudio, la disfunción autofágica se revirtió mediante la administración de un inhibidor miR-34a a las células SH-SY5Y inducidas por d-galactosa y dio como resultado la expresión aumentada de proteínas relacionadas con la autofagia, a saber, LC3, Beclin 1, ATG7 y la degradación de P62[7] En conjunto, el miARN-34a puede ser un objetivo terapéutico eficaz para atenuar o revertir el declive autofágico relacionado con la edad en el cerebro de los mamíferos.

Los miARN enriquecidos en músculo, conocidos como mio-miARN, como miR-1 y miR-206, pueden regular los objetivos a través de la vía PI3K/AKT/mTOR/FOXO, que controla el ciclo celular, la proliferación y procesos de diferenciación en miocitos [68-71]. Recientemente, se demostró que los pacientes de hemodiálisis sometidos a entrenamiento de resistencia física regular tenían niveles más bajos de miR-206, lo que resultó en una mayor miogénesis y menos calcificaciones cardíacas, un sello distintivo del envejecimiento vascular [69]. Los autores concluyeron que, después del entrenamiento regular, la regulación a la baja de miR-206 posiblemente estimula la miogénesis a través de la unión del factor de crecimiento similar a la insulina 1 (IGF1) y la activación de la vía PI3K/AKT/mTOR [70]. De manera similar, en el músculo esquelético humano, se identificó que los miARN26 están regulados por la edad, el ejercicio o una combinación de ambos, por lo que nueve de estos miARN, a saber, miR-99a-5p, miR{{18 }}b-5p, miR-100-5p, miR-199a y miR-196b-5p tienen secuencias objetivo validadas dentro de los 3'UTR de los genes diana implicados en la vía de señalización de Akt/mTOR, como mTOR, Akt, proteína asociada reguladora del complejo MTOR 1 (RPTOR) e IGF1[71].

En particular, también se identificó que miR-378 es crucial para la homeostasis muscular al mantener la autofagia a través de la orientación directa de la proteína quinasa 1 dependiente de fosfoinositida (PDK1), promoviendo la señalización de Akt-mTORCl y reduciendo la apoptosis de los miocitos a través de la orientación de la caspasa 9 [69]. Los ratones knockout de MiR-378- exhibieron una autofagia alterada y la acumulación de mitocondrias defectuosas, mientras que se demostró que la sobreexpresión de miR-378 reduce la fosforilación de la quinasa activadora de autofagia 1 (ULK1) no similar a -51-, promoviendo posteriormente la formación de autofagosomas, un resultado que fue validado por la expresión de LC3 regulada al alza y puncta en la línea celular C2C12myotube [69]. Este estudio es importante porque confirma que miR-378 desempeña un papel beneficioso en la promoción de la autofagia e identifica sus dos objetivos directos: (1) PDK1, que activa Akt y mTORCl para promover la autofagia en el músculo esquelético y (2) Caspase9, que suprime la apoptosis de los miocitos. Sin embargo, todavía hay muchos aspectos de la regulación de miARN de la autofagia por explorar en el contexto del envejecimiento de los tejidos, especialmente en especies de mamíferos.

En el contexto de la agregación de proteínas relacionada con la edad, se demostró que miR-1 regula la función muscular y mejora el bombeo faríngeo en respuesta al estrés proteotóxico a lo largo del tiempo, al mismo tiempo que suprime la agregación de la proteína poliglutamina 35 (poliQ35) en C.elegans [30 ]. Una subunidad de v-ATPasa, vha-13, se identificó como un objetivo directo de miR-1, que regula la biogénesis y la función lisosomal [30]. Por lo tanto, miR-1 debe estudiarse como una supuesta estrategia terapéutica para combatir la agregación de proteínas específicas del músculo y mejorar la motilidad muscular a lo largo de la vida. Anteriormente, se demostró que el aumento de los niveles de miR-1 promueve la autofagia, lo que reduce la acumulación de agregados de proteínas en C. elegans y células de mamíferos[78]Notablemente, en neuronas corticales de ratón y células HeLa, miR-1 activa autofagia a través de la selección de Tre-2/Bub2/CDC16(TBC) Rab GTPase-activating protein (TBC1D15) en respuesta a la acumulación de agregados mutantes de huntingtina[78]. Se demostró que TBC1D15 bloquea la autofagia al inactivar Rab7, que regula la fusión de autofagosoma y lisosoma. Una vez más, miR-1 parece ser un candidato eficaz para la terapia antienvejecimiento que se dirige a los procesos relacionados con la autofagia.

6. Los miARN median el sistema ubiquitina-proteosoma en el envejecimiento cerebral y la atrofia muscular

El sistema de ubiquitina-proteasoma (UPS) es un proceso de degradación proteolítica celular que consiste en el proteasoma 26S como su componente central, que abarca dos componentes reguladores 19S y un núcleo 20S [79]. La actividad proteosomal disminuye durante el envejecimiento normal y en la neurodegeneración [80]. En el último año, dos estudios han descrito la contribución de la regulación de miRNA en alteraciones relacionadas con UPS a lo largo del envejecimiento en el contexto de no enfermedad [81-83]. Por ejemplo, se descubrió que miR-127-5p tenía una expresión reducida en los cerebros de ratones C57BL/6] de edad avanzada sometidos a isquemia inducida por LPS y, por primera vez, se identificó la subunidad 3 reguladora no ATPasa del proteasoma 26S (Psmd3) como uno de sus objetivos [82]. Este estudio es importante porque los autores no solo proporcionaron un miRNoma cerebral a través de la secuenciación de miARN maduro, sino que también identificaron un nuevo miARN en el cerebro, miR-127, que está asociado con la apoptosis celular y la actividad proteasomal durante el envejecimiento y la isquemia. Además, en portadores sanos del polimorfismo de la apolipoproteína E (ApoE c4), relacionado con la eliminación de A y un mayor riesgo de desarrollar EA, se demostró que miR-153-3p aumenta, lo que conduce al bloqueo del factor nuclear eritroide{{ 23}}factor relacionado-2(Nrf2) mediada por la función proteasomal y la acumulación de eritrocitos A en el plasma [81] la histona desacetilasa 6 de los eritrocitos (HDAC6) también aumentó en los portadores de Apoes4 en comparación con los no portadores [81]. El polimorfismo ApoE a4, junto con los componentes asociados al proteoasoma y miR-153-3p, pueden usarse como marcadores plasmáticos o circulantes para evaluar la vulnerabilidad a la acumulación de A y la disfunción proteasomal asociada durante el envejecimiento cerebral y, al mismo tiempo, para evaluar la propensión al desarrollo de agregación de proteínas y neurodegeneración patológica relacionada con la edad, proporcionando así una medida no invasiva para los portadores.

La atrofia muscular se caracteriza por una degradación aberrante de proteínas a través de la vía UPS [83].cuanta cistanche tomarEn el músculo esquelético, el dedo anular muscular 1 (MuRF1) y la caja F de atrofia muscular (MAFbx)/atrogin-1 son ligasas de ubiquitina E3 que se cree que están involucradas en la ubiquitinación de sustratos para la degradación por el proteasoma 26S, en donde los aumentos en estos componentes del UPS promueven la atrofia muscular [83]. Durante la atrofia muscular, existe una sobreexpresión de MuRFI y MAFbx/atrogina-1, mientras que la inhibición de estos componentes ralentiza la pérdida muscular [84,85].bioflavonoidesVarios estudios han destacado el papel de los miRNA en la regulación de la expresión de MuRFl y MAFbx/atrogin-1. Por ejemplo, se demostró que miR-23a inhibe la activación traduccional de MuRFl y MAFbx/atrogin-1, contrarrestando la atrofia muscular en un modelo de ratón con atrofia muscular inducida por dexametasona [86].que es una cistancheAdemás, se descubrió que el aumento de la expresión de miR-1 específico del músculo reduce los niveles de HSP70, disminuye la fosforilación de AKT y conduce a la activación de FOXO3 y, en última instancia, da como resultado la regulación positiva de la expresión de MuRFl y MAFbx/atrogin-1 durante la atrofia muscular inducida por dexametasona en ratones [87]. En particular, tras la inducción de dexametasona, miR-1 regula la desfosforilación y posterior activación de FoxO3a a través de la señalización de HSP70/Akt, que inhibe directa o indirectamente las proteínas que contrarrestan la atrofia muscular [87]. Más recientemente, la inhibición de MuRF1 y MAFbx/ Se demostró que la transcripción de atrogina-1 mejora la pérdida muscular en el músculo esquelético (específicamente, los músculos gastrocnemios) de ratones propensos a la senescencia acelerada de 40-semanas de edad (SAMP8) en comparación con la senescencia de la misma edad -ratones resistentes a ratones acelerados (SAMR1) después de la estimulación con galato de epigalocatequina-3- (EGCG), un componente de catequina en el té verde conocido por mejorar la pérdida de masa muscular [88]. Se demostró que EGCG inhibe la miostatina y regula al alza miR-486-5p, que suprime directamente la fosfatasa y el homólogo de tensina (PTEN), aumenta la fosforilación de Akt y da como resultado la inhibición de FoxOla activa y la supresión de MuRFl y MAFbx/atrogin{{ 25}} transcripción en el músculo esquelético de ratones SAMP8 de 40- semanas de edad, así como en células de mioblastos C2C12 de paso tardío [88]. Este estudio descubrió una intervención única para la pérdida de masa muscular utilizando el componente EGCC del té verde para alterar la regulación de miARN en el proceso de ubiquitina-proteasoma y la señalización de PI3K/Akt/FOXO en el músculo esquelético. De hecho, estos hallazgos proporcionan evidencia de que la activación de UPS asociada con miARN promueve la atrofia muscular principalmente a través de la orientación de MuRFI y MAFbx/atrogin-1 en el músculo esquelético.

7.miRNAs como UPR y Reguladores de Agregación de Proteínas

En condiciones de estrés, las proteínas mal plegadas se acumulan en la luz del RE y provocan la UPRER para la degradación de estas proteínas a través de tres vías clave, a saber, la proteína quinasa tipo ARN quinasa del RE (PERK), la enzima que requiere inositol-1 alfa (IRE-1o)/proteína de unión a X-box-1 (XBP-1) y las vías del factor de transcripción activador 6 (ATF6)[890]. La actividad de UPRFR se reduce durante el envejecimiento de las condiciones de estrés del RE, mientras que la sobreexpresión de XBP-1 puede mejorar la resistencia al estrés y la longevidad del RE [89,90]. En general, es evidente que la UPRER juega un papel funcional en el envejecimiento y la esperanza de vida.

Se informó que los miARN modulan directamente la respuesta al estrés del RE o, por el contrario, se regulan a través del estrés del RE [91]. De hecho, los sensores de estrés del RE, a saber, PERK, pueden regular directamente la expresión de miARN coordinando la señalización pro y antiapoptótica en el estrés del RE [92]. Por ejemplo, miR-30c-2-3p a través de la señalización mediada por PERK conduce a una disminución en el ARNm de XBP-1, que posteriormente promueve la muerte celular en los fibroblastos NIH-3T3 [92 ]Durante el estrés del RE, la regulación a la baja de la familia miR-106b-25 a través de la activación de PERK permite la activación de los genes de la familia del linfoma de células B proapoptóticos 2 (BCL-2) como Bim, provocando así la apoptosis inducida por estrés ER en líneas celulares [93]. La regulación a la baja de la familia miR106b-25 y la apoptosis inducida por el estrés del RE también se encontró en un modelo de ratón con ELA (mutante SOD1 G93A), que vincula esta familia de miARN y sus objetivos con la neurodegeneración en la ELA[93]. Recientemente, en las neuronas corticales e hipocampales de ratones, tras la estimulación con glicosilación avanzada de los productos finales de la albúmina sérica bovina (AGE-BSA) para inducir el estrés del RE, miR-24,-27b,{{ 30}},-224,-290,-351 y-488 se encontraron regulados a la baja, mientras que el ARNm de los objetivos UPR (Prk, Irela, Chop y Puma) fueron regulados al alza, lo que indica que estos miARN son probablemente reguladores de UPR [94] Mediante el uso de algoritmos de predicción de objetivo de miARN, los autores descubrieron que PERK estaba dirigido por miR-24 y miR-488, Irelo por miR{{ 40}},-124,-290,-351 y -488, Chop de miR-224 y Puma de miR-24,{{ 47}}b, y -351 [94]. Tras la exposición a los azúcares, la glicación avanzada de las proteínas da como resultado interacciones entre los productos finales de la glicación avanzada (AGE) y RAGE (receptor de AGE), lo que promueve la acumulación de proteínas tóxicas aberrantes, el subsiguiente estrés oxidativo celular y el estrés ER [94]. Además, algunos de estos miARN también se encontraron en estudios de perfiles de expresión en neurodegeneración, a saber, miR-27b, -124 y -488 [95], lo que sugiere que estos miARN pueden ser adecuados marcadores de envejecimiento en ambos contextos. Sin embargo, queda por establecer una relación causal directa entre la agregación de proteínas y la desregulación de miARN en el contexto tanto del envejecimiento saludable como de la neurodegeneración patológica relacionada con la edad.

8. Las proteínas de unión a miARN también regulan la vida útil a través de los componentes de la red de proteostasis

Numerosos informes han demostrado que las proteínas de unión a miARN regulan el envejecimiento a través de los componentes de la red de proteostasis. En C. elegans, por ejemplo, se demostró que Argonaute, Dicer, Drosha y DGCR8/Pasha controlan el envejecimiento y la longevidad [19,24,25]. Se demostró que Argonaute-1 (alg-1) promueve la longevidad, mientras que Argonaute-2(alg-2) acorta la vida útil donde muchos de los genes expresados ​​​​diferencialmente en alg mutante{{10 }} y alg-2 C elegans forman parte de la vía de señalización (IS) de insulina/IGF-1, con regulación a través de DAF. 16/FOXO [96]. Además, específicamente en los mutantes alg-1, se encontró que el factor de choque térmico 1 (hsf1), un factor transcripcional que es parte de la respuesta al estrés por choque térmico, estaba regulado a la baja [96]. Los cultivos de células de agregación de Huntingtina y los modelos de ratón, así como las muestras post-mortem de pacientes con la enfermedad de Huntington, también han demostrado que Argonaute-2(AGO2), un componente central de RISC, se reubica y acumula en los gránulos de estrés. localizados en las neuronas estriatales que expresan agregados mutantes de Huntingtina (mHTT), lo que dificulta la fusión tardía de autofagosomas y lisosomas y, al mismo tiempo, conduce a un aumento global en la expresión de miARN [31]. Sin embargo, debido a la relocalización de AGO2 y la formación de complejos de AGO2-miARN en gránulos de estrés, los autores notaron que la actividad general de miARN, especialmente el silenciamiento del objetivo, se vio obstaculizada en las neuronas que expresan mHTT [31]. En este caso, se demostró que los agregados de proteínas interfieren con la eliminación autofágica, lo que promueve la acumulación de AGO2 y alteraciones en los niveles y la actividad de miARN, lo que posiblemente provoque daño neuronal. Estos resultados presentan una perspectiva novedosa, resumida en la Figura 2, que destaca el papel de la agregación de proteínas relacionada con la edad en la disfunción autofágica, la biogénesis de miARN y la actividad de miARN durante el envejecimiento de los mamíferos (Figura 2).

la supervivencia de las neuronas al reducir la vulnerabilidad específicamente al estrés del RE inducido por la tapsigargina, lo que sugiere que la biogénesis de miARN a través de Dicer es neuroprotectora contra el estrés del RE. La regulación a la baja de Dicer durante el envejecimiento puede comprometer la biogénesis de miARN y provocar estrés acumulado en el RE y la neurodegeneración de las neuronas dopaminérgicas [9]. Técnicas de secuenciación innovadoras, como la secuenciación de reticulación e inmunoprecipitación potenciadas por ribonucleósidos fotoactivables (PAR-CLIP), han identificado funciones alternativas de Dicer en células humanas, así como en C.elegans, por lo que se demostró que Dicer está involucrado en la degradación de varios componentes estructurales. ARN que antes eran indetectables con otras metodologías [9]

Además, Drosha puede escindir estructuras en horquilla que están incrustadas en los ARNm, desestabilizarlos y, por lo tanto, controlar directamente la expresión del ARNm. Se demostró que Drosha escinde ARNm para factores de diferenciación que son fundamentales para la neurogénesis[10]. Además, tras la infección viral, se informó que Drosha se exportaba al citoplasma para escindir el ARN genómico viral con el fin de suprimir la replicación viral [101,102]. La fosforilación y la exportación nuclear de Drosha también ocurren después del choque térmico y el estrés oxidativo, lo que afecta la biogénesis de miARN mediada por Drosha [103]. Otra técnica de secuenciación innovadora, llamada inmunoprecipitación y secuenciación de reticulación de formaldehído (fCLIP-seq), ha descubierto que Drosha escinde sustratos no canónicos que se originan en loi que no son miARN en horquillas cortas, generando pequeños ARN[104] Los protocolos que usan PAR-CLIP y fCLIP pueden identificar posibles interacciones entre las proteínas de unión a miARN y los ARN estructurales en muestras de tejido y en el contexto de enfermedades relacionadas con la edad [104]. En conjunto, los resultados de estos estudios brindan nuevas vías de investigación para la orientación de los componentes de la biogénesis de miARN para cambiar la expresión de miARN y posiblemente nuevos objetivos de ARNm, con el fin de aumentar la eficiencia de la red de proteostasis en la eliminación de proteínas tóxicas y atenuar la agregación de proteínas relacionada con la edad.

9. Conclusiones

El objetivo principal de esta revisión fue proporcionar evidencia de apoyo, basada en estudios recientes, para la nueva y emocionante perspectiva de que los miARN y, en cierta medida, las proteínas de unión a miARN, pueden regular directamente la proteostasis, que es relevante para la expansión de la vida útil del organismo, y pueden también pueden utilizarse como marcadores del envejecimiento de tejidos sanos para realizar comparaciones con enfermedades relacionadas con la edad. En particular, los genes objetivo de miARN en las vías de degradación relacionadas con la proteostasis, como los sistemas UPS y ALP, parecen ser altamente específicos de tejido en el cerebro y el músculo esquelético de los mamíferos durante el envejecimiento, en varios modelos de organismos. Además, el papel de la regulación de miARN en la disfunción relacionada con la edad de los mecanismos de degradación y eliminación de proteínas se ha vuelto aún más evidente en estudios recientes del cerebro de mamíferos y los tejidos del músculo esquelético.comprar cistancheCon base en los hallazgos que demuestran la regulación de la proteostasis mediada por miARN durante el envejecimiento de los mamíferos, teorizamos que los estudios futuros deberían explorar una relación causal directa entre la agregación de proteínas y la desregulación de miARN en el contexto tanto del envejecimiento saludable como de la neurodegeneración patológica y la atrofia muscular relacionadas con la edad, que están representados en la Figura 2. Dado que hay algunos perfiles de miARN superpuestos alterados tanto en los contextos normales como patológicos del envejecimiento, el potencial para modular los miARN, especialmente aumentando los niveles de miARN que se dirigen a la eliminación de proteínas y los genes relacionados con la autofagia, podría ser relevante para el futuro. Estrategias terapéuticas antienvejecimiento.

Contribuciones de los autores: Conceptualización, SF, VM, ARS y MAS; redacción—preparación del borrador original, SF; escritura—revisión y edición, SF, VM., MF, AR, GM, ARS y MAS visualización, SF y VM; recursos, GM, A.RS. y MAS; supervisión, A.RS. y M.ASS, adquisición de fondos, GM, ARS y MASSA Todos los autores han leído y están de acuerdo con la versión publicada del manuscrito.

Financiamiento: Esta investigación fue financiada por la FUNDACIÓN PORTUGUESA PARA LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA (FCT) y FEDER (FUNDO EUROPEU DE DESENVOLVIMENTO REGIONAL) a través del COMPETE2020, PROGRAMA OPERATIVO PARA LA COMPETITIVIDAD Y LA INTERNACIONALIZACIÓN (POCI) (GenomePT: POCI-0145- FEDER-022184;SABIDURÍA: POCI-0145-FEDER-029843); MEDICIS(CENTRO-01-0246-FEDER-000018);y proyecto "Piloto para una elaboración de uma estrategia e uma rede regional para un medicamento personalizado/precisao" Grant(CENTRO-08-5864-FSE{{9} }).

La unidad de investigación iBiMED cuenta con el apoyo de FCT (UID/BIM/04501/2020). SF y MF cuentan con el apoyo directo de subvenciones FCT (SFRH/BD/148323/2019 y SFRH/BD/131736/2017). A.RS.cuenta con el apoyo de un contrato de investigación auxiliar individual de CEEC (CEECIND/00284/2018).

Este artículo está extraído de Int. J. Mol. ciencia 2022, 23, 3232. https://doi.org/10.3390/ijms23063232 https://www.mdpi.com/journal/ijms