タンパク質恒常性の低下とタンパク質凝集におけるマイクロRNAの役割

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概要：老化は、細胞、組織、および生体機能の経時的な進行性劣化として定義できます。プロテオスタシスとしても知られるタンパク質ホメオスタシスの変化は、加齢に伴う疾患でも発生する現象である、プロテオームの不均衡とタンパク質凝集を引き起こす老化の特徴です。さまざまなタンパク質恒常性調節因子の中で、マイクロRNA（miRNA）は、いくつかの生物組織の寿命中にタンパク質恒常性を維持することに関与する遺伝子の転写後制御において重要な役割を果たすことが報告されています。このレビューでは、最も研究されている 2 つの組織、脳組織、および骨格筋に重点を置いて、miRNA が組織の老化に関連する基本的なタンパク質恒常性関連プロセスをどのように調節するかを示す、最近発表されたレポートを統合します。また、アンチエイジングの診断および治療ターゲットの潜在的な miRNA 候補を解明するために、老化および加齢関連疾患の既知の特徴である加齢関連タンパク質凝集における miRNA 調節ネットワークの役割に関する新たな視点を探ります。

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キーワード:miRNA; 哺乳類の組織の老化; 加齢に伴うタンパク質の凝集; タンパク質恒常性ネットワーク

1.はじめに

2050 年までに、世界人口の 22% が 60 歳以上になり、加齢に伴う病気の発生率が増加し、高齢者の寿命と健康に影響を与えることになります [1]。プロテオスタシスの変化は、アルツハイマー病やパーキンソン病などの加齢に伴う神経変性疾患や、正常な老化の特徴です [2-4]。プロテオスタシスの低下は、タンパク質の合成、フォールディング、および分解プロセスの経時的な漸進的な不均衡で構成され、最終的に生物の寿命を短縮するタンパク質のミスフォールディングとタンパク質毒性ストレスの増加につながります [2,5-8]。

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ニシンはアンチエイジングできる

誤って折り畳まれたタンパク質が産生されると、タンパク質が凝集し、タンパク質恒常性ネットワーク (PN) として総称されるタンパク質恒常性関連のストレス応答経路が活性化され、熱ショック応答 (HSR)、小胞体での折り畳まれていないタンパク質応答が関与します ( ER)(UPREN)およびミトコンドリア(UPRmt)、ユビキチン-プロテアソーム系(UPS)、およびオートファジー-リソソーム経路(ALP)。 PN の活性化は、タンパク質凝集体のリフォールディングおよび/または分解に必要であり、これによりストレスレベルが低下し、細胞死が防止されます [9-12]。正常な加齢中のタンパク質凝集は、いくつかの生体モデル、すなわち、ドブネズミの腎臓と膵臓 [13,14]、ハツカネズミの心臓、骨髄、脾臓 [15,16]、および人間の皮質[17,18]。ただし、この現象の根底にあるメカニズムは、現在まで不明のままです。

マイクロ RNA (miRNA) は、特定のメッセンジャー RNA (mRNA) の翻訳を標的にして阻止することにより、転写後に遺伝子発現を調節する長さ 21 ～ 23 ヌクレオチドの小さな非コード RNA のクラスです。それらは、細胞の成長と分化、生物の発達、生理学的機能、細胞の恒常性など、多くの細胞プロセスを調節します[19-21]。実際、ヒトで報告されている約 2500 の miRNA は、タンパク質をコードする遺伝子の約 60% を調節し、各 miRNA は相補的な標的部位を介して平均で 200 の標的遺伝子を調節します [22]。過去 10 年間、miRNA の過剰発現および/またはノックダウン実験により、C.elegans、D.melanogaster、および M.musculus の寿命が直接変化することが示されています[23-26]。注目すべきことに、100 歳以上の研究では、老化を通じて動的なヒト miRNA プロファイルがどのように変化するかについて、より多くの知識が得られています [27,28]。より最近の研究では、miRNA が加齢に伴うプロセスを調節することが示され、いくつかの証拠は、miRNA を哺乳類の組織、すなわち脳や骨格筋におけるタンパク質凝集に関連付けています [30,31]。

それにもかかわらず、miRNA 発現は組織特異的または細胞特異的である可能性があり、同時に、miRNA は非細胞自律的であり、さまざまな組織全体でメディエーターとして機能する可能性があります [32]。特定の miRNA ファミリーに影響を与える加齢に伴う変化は、細胞や組織の種類によって異なる可能性があり、単一の生物における miRNA ネットワークの複雑さと相互接続性のために、これらの分析が困難になります [19,26]。さらに、miR-19a-3p と miR-19 により、循環 miRNA（c-miRNA）とそのシャトル（つまり、細胞外小胞）が健康な生理学的老化のマーカーとして最近注目されました。 b-3p は高齢者では増加するが、健康な 100 歳以上の高齢者では減少することがわかったため、miRNA 調節ネットワークにさらに複雑な層が追加されました [27,28]。このため、過去の研究では、さまざまなモデル生物の特定の老化の特徴に関連する miRNA のコンパイルが提供され、複数の組織にわたる老化に関連する miRNA をより適切に表現することができました [33]。このレビューは、哺乳類の組織の老化に特に重点を置いて、組織の老化に関連するタンパク質恒常性関連プロセスに関与する遺伝子標的の miRNA 調節に関する最近発表されたレポートに焦点を当てています。

2. miRNAの生合成と標的結合

RNA ポリメラーゼ II は miRNA を転写し、一次 miRNA 転写産物 (prior-miRNA) を生成します。これは、RNase III 酵素マイクロプロセッサ複合体である Drosha/DGC8 によって処理され、~70-100 ヌクレオチド (nt) ステムループ前駆体 miRNA (pre -miRNA) [21,34]。これらの pre-miRNA は、RanGTP 依存性、二本鎖 RNA 結合および核輸送タンパク質である Exportin-5 を介して核から細胞質に輸送され、その後 RNase II 酵素 Dicer によって切断され、{{ 13}}nt 二本鎖成熟 miRNA 二本鎖 [35,36]。 miRNAは、プレの5'側に由来し得る。 miRNA は「5p」ストランドと呼ばれ、または「3p」ストランドとして知られている 3' 末端から [37] 過去に、ストランド選択のプロセスは、2 本鎖 miRNA ストランドの 1 つから始まると報告されていました。 miR またはガイド鎖は、Argonaute タンパク質に選択されてロードされ、miRNA 誘導サイレンシング複合体 (miRISC) を形成しますが、伝統的にパッセンジャー鎖または miR' と呼ばれるもう一方の鎖は、複合体から排出され、分解されます [37 ]。それにもかかわらず、miR-34b-5p と miR{ {27}}b-3p はヒトにほぼ等しい濃度で存在し、異なる mRNA を標的にすることができます [37-39]。「miRNA アームスイッチング」と呼ばれる現象は、鎖選択のための 3' または 5' miRNA アームの優先選択が、組織タイプまたは生命の発達段階のいずれかに依存する可能性がある場合に発生します。 [37-39] miRISC は、ロードされた miRNA ガイド鎖のシード配列 (2-7 ヌクレオチド) とほとんどの場合、3 つの非翻訳領域 (3 'UTR) のターゲット mRNA [32、34]。場合によっては、miRNA の 3' 末端が、標的 mRNA の 5'UTR 領域のモチーフに優先的に相補的に結合することがあります [40,41]。アームの切り替えは、シード配列が変更された成熟 miRNA の蓄積をもたらす可能性があり、これにより mRNA のターゲティングが大幅に変化します [42] 加齢中、miRNA の 3' および 5' 成熟アームの発現には一般的なシフトがあり、5' が増加します。特にヒト血漿サンプル中の miR-6786 では、「成熟した発現と経時的な発現の減少」[42]。同時に、miR-4423 は、母乳、心臓、精巣、幹細胞、および血液細胞で最も減少した 5' 発現比率で同定されました。 5'mature miRNA の発現比率は組織に依存する可能性がある [42]

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次世代シーケンシングの時代に、1 つの単一の miRNA 遺伝子座が、ヌクレオチドによって 3' および/または 5' 末端が変化した miRNA 配列バリアントである、いくつかの異なる miRNA アイソフォームまたは isomiR を生成できることが示されました。追加、削除、または置換 [43]。 isomiR の生合成は、テンプレートに依存して 5' または 3' ヌクレオチドのシフトをもたらすか、または非テンプレートに依存して転写後の RNA 編集およびテーリングにつながる可能性があります [44]。 IsomiR は、配列のバリエーションと長さの変化に応じて、3'、5'、多型、および混合として分類できます [4]。トリミング (3' 末端のエキソリボヌクレアーゼによるヌクレオチドの除去) やテーリング (3' 末端の末端ヌクレオチジルトランスフェラーゼによるヌクレオチドの付加) などの成熟後の配列修飾により、3' isomiR (3'-isomiR としても知られる) が生じます。 -trimmed および 3'-isomiR-tailed)[43-45] また、5' isomiR の大部分は、Drosha および/または Dicer を介した miRNA 配列の不正確な切断によって生成されることも報告されています [43]。多型 isomiR は成熟配列内に変化を含み、長さが変化しないのに対し、混合型 isomiR は長さと配列の変化を含みます [46,47]。特に、isomiR の生成は哺乳類の細胞および組織に特異的であることが示されており、それらは癌のバイオマーカーとして使用され、アルツハイマー病に関与していることが示されています [48,49]。

加齢に伴う isomiR の役割を完全に解明した研究はほとんどありません。最近、isomiR-19a-3p が、健康な 100 歳以上の人と比較した場合、不健康な 100 歳以上の高齢者で有意に増加していることがわかりました。これは、この isomiR が健康な老化の潜在的なマーカーとして使用できることを示しています [28]。さらに、複製老化中のメトホルミン処理 (寿命延長処理) ヒト臍帯静脈内皮細胞 (HUVEC) の isomiR 配列決定により、非標準配列が全 miRNA プールのほぼ 40% を占めることが明らかになり、それによってメトホルミン処理は相対値を有意に変化させた。 73 の個々の miRNA のバリアントとして同定された 133 の isomiR が豊富に存在します [50]。興味深いことに、これらの miRNA と isomiR の標的遺伝子は、ホスファチジルイノシトール -3- キナーゼ (PI3K)-Akt 経路の一部であり、哺乳類のラパマイシン (mTOR) シグナル伝達経路の標的であることがわかった [50]。特に、メトホルミン治療によって影響を受けたほとんどの isomiRs は 3' isomiRs として識別されました。しかし、約 5% が 5' isomiR として同定され、シード配列をシフトすることが示され、この研究の miRNA ターゲットでは一般的ではない多数のターゲット遺伝子が得られました [50]。ここでも isomiR は、健康的な老化と寿命の延長を評価するための効果的なマーカーであると思われます。それにもかかわらず、加齢と老化による isomiR の動的変化の生物学的影響をさらに調査する必要があります。

研究によると、miRNA と mRNA の少なくとも 6 塩基対の一致が遺伝子発現サイレンシングに必要であり、この標的 mRNA との相補的結合により、個々の miRNA は複数の標的 mRNA (約 100 の mRNA) を持つことができ、同時に同じ mRNA の異なる 3- UTR 部位を標的とする一方で、異なる miRNA は同じ mRNA を標的にすることもできるため、同じ mRNA の調節結果の複雑さが増大します [32]。これは、各細胞および組織タイプが非常に複雑なパターンの miRNA を示し、miRNA ネットワーク内の 1 つまたは複数の構成要素の調節不全が恒常性の不均衡、寿命の短縮、および疾患を引き起こす可能性があることを意味します [5152]。実際、100 歳以上の人々は miRNA、すなわち miR-16、miR-18a、および miR-21 の発現のアップレギュレーションを示し、RNA ポリメラーゼ Ⅱ、Drosha、Exportin{{ 10}}、および Dicer もすべて 80 代と比較してアップレギュレートされています [29]。

3. 標的指向型 miRNA 分解と基本的な細胞プロセスにおけるその役割

miRNA の生合成とは対照的に、健康と疾患における miRNA の崩壊/分解、特に標的指向型 miRNA 分解 (TDMD) の役割は、解明され始めたばかりです。 TDMD は、ターゲット RNA が、ターゲットの抑制を誘発する代わりに、同族の miRNA の分解/崩壊を誘発できる場合に発生します。これにより、さまざまな細胞プロセスの調節が可能になります。 TDMD は、miRNA の 3' 領域に広範な相補的結合がある場合に発生します。これにより、3' 末端が Ago PAZ ドメイン [53-55] の結合ポケットから放出されるように刺激するコンフォメーション変化が促進されます。 3' 末端は miRNA の酵素分解を可能にする [54] このプロセスには、テーリング (末端ヌクレオチジルトランスフェラーゼによる) やトリミング (3'-to{{9 }}'エキソヌクレアーゼ）、結果として isomiR が生成される[56,57]。 TDMD ターゲットは、Ago2 に継続的に結合しながら、テーリングとトリミングのために miRNA 3' 末端の露出を可能にする特定のコンフォメーションで Ago2 をトラップすることもできます [54,55]。興味深いことに、代謝 RNA 4sU ベースの「パルスチェイス」ラベリングとハイスループット RNA シーケンシングを組み合わせた方法論を組み合わせることで、哺乳動物細胞の miRNA 減衰率を測定することが可能です。 [57] これらの方法論は、生理的加齢による miRNA の崩壊を評価する将来の研究に役立つ可能性があります。

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哺乳類における内因性 TDMD とその機能を調査した研究はいくつかあり、この現象に関与する重要な標的遺伝子が特定されています。たとえば、セリン-スレオニンプロテアーゼ阻害剤をコードするセルピネルは、マウスの miR-30b-5p と miR-30c-5p の分解を制御する TDMD 標的として機能しますしたがって、静止状態の線維芽細胞の細胞周期の再突入を促進します[58]。興味深いことに、すべての miR-30 家族 (miR-30a -30b、-30c、-30d、および-30e) が可能です。セルピネルと対話する。ただし、miR-30b と miR-30c のみが、Serpinel 転写産物に対して拡張された 3' 末端相補性 (3C ペアリングとも呼ばれます) を示し、この 3C ペアリングが TDMD の基本であることを証明しています [58]。まとめると、Serpinel.miR-30b/c 相互作用は、静止細胞の細胞周期への再突入を促進することにより、哺乳類細胞の表現型において重要な調節的役割を果たします。内因性 TDMD 標的の別の例である神経再生関連タンパク質 (Nrep) 遺伝子は、3' トリミングを介して miR-29b 分解を指示し、マウスの全体的な運動協調と運動学習を制御することが報告されています [59]。通常、Nrep は miR-29b の発現を小脳プルキンエニューロンのみに制限しますが、Prep の miR-29 サイトの破壊は miR-29b の発現を小脳顆粒層に拡大し、異常なマウスの運動学習と協調[59]。より具体的には、神経前駆細胞の Nrep の miR-29 サイトのスクランブリングにより、3' トリミングまたはテーリングによって生成された miR-29 アイソフォームが存在しなくなりました [59]。興味深いことに、Prep miR-29 サイトは、ゼブラフィッシュの不安様行動や探索行動を調節するゼブラフィッシュの非コード RNA libra と高い配列類似性を持つことも示されました [59]。まとめると、TDMD は、内因性の標的を介して、適切な哺乳類の脳の機能と行動を維持し、細胞の表現型を制御する上で不可欠です。

4. miRNA の発現プロファイルは動的であり、老化を通じて組織特異的です

組織の老化の間に、miRNA 量の漸進的な減少が見られます。これは、Dicer のダウンレギュレーションを通じて発生する miRNA 生合成の加齢に伴う減少が原因で最初に報告されました [60]。実際、miRNA の生合成は、C. elegans とマウスの脂肪組織のストレス耐性と寿命を改善することが示されましたが、特定の miRNA はストレス耐性と老化に関連していました [23,60]。実際、加齢に関連するプロセスに関与する miRNA、すなわち miRNA-71 によって高度に標的化されています。miRNA-71 は、グローバルな miRNA 発現をダウンレギュレートし、年齢とともに mRNA 発現の変動性を増加させることが示されています [19]。これらの結果は、miR-71 が老化と長寿の文脈で最も研究されている miRNA の 1 つであることを確立した以前の証拠と一致しており、その発現は成人期の初期から中期にかけて大幅にアップレギュレートされます [24,25]。興味深いことに、miR-71 は最近、特に腸内でユビキチン依存性タンパク質代謝回転を刺激し、C. elegans の寿命を延ばすことが報告されましたが、その阻害は生物のタンパク質恒常性に影響を与えました [61]。特に、C. elegans が繊毛 AWC 嗅覚ニューロンを介して感知する食物の匂いは、1) ユビキチン-プロテアソームシステム (UPS) および小胞体 (ER) 関連タンパク質分解を介して、ユビキチン依存性タンパク質分解の細胞非自律的調節を刺激します。 (ERAD) および 2) 腸内の熱ストレス耐性を増強する [61]。著者らは、miR-71 がアブラムシの翼「C」(AWC) 嗅覚ニューロンの Toll 受容体ドメインタンパク質 (TIR-1) を特異的に阻害する一方で、miR-71 および/または TIR{ {29}}ノックアウトワームは UPS と ERAD の機能不全を示し、この反応における食物源の影響を排除する [61]。発生する重要なポイントの 1 つは、miRNA 調節ネットワークがいくつかの生物モデルで広範囲に複雑であり、miRNA 発現プロファイルが組織特異的であると同時に、さまざまな組織と相互接続しているように見えることです。

正常な哺乳類の組織老化における miRNA の役割を調査したほとんどの研究は、おそらくこれらの組織が加齢に伴う疾患を発症する傾向があるため、主に脳および骨格筋組織からのサンプルを使用した実験に焦点を当てています [62]加齢や加齢に伴う疾患における miRNA は miR-34 です。この miRNA は老化した C. elegans でアップレギュレートされることが示されている [63] が、その過剰発現はショウジョウバエの寿命を延ばし、加齢に伴う神経変性の傾向を低下させる [64] しかし、他の生物とは対照的に、miR{{7} }ファミリーは哺乳類の脳の老化に有害な役割を果たしており、miR-34cのアップレギュレーションは、通常の老化モデルとADモデルの両方でマウスの海馬で発見され、認知機能の低下と関連しています[65]。さらに、マウス脳における加齢に伴う miR-29a および miR-29b のアップレギュレーションは、ミクログリアの調節不全と神経炎症の増加につながり、脳の老化の特徴でもあります [66]。同様に、老化の過程では、筋肉の変性と再生のバランスが崩れ、筋肉の恒常性が失われます。さらに、miRNA、すなわち miR-29 は、筋肉機能の加齢に伴う損失であるサルコペニアに関連しており、アポトーシス、老化、およびインスリン様成長因子 (IGF-1) シグナル伝達を調節することが示されました。老化した筋肉細胞で[67]。したがって、miRNA は、複数の組織における加齢のバイオマーカーとして、またサルコペニアなどの特定の年齢関連表現型に使用できます。

最近、一連の研究により、血管 (心筋) および骨格筋の老化と恒常性における miR-206 の役割が調査されました [68-74]。 miR-206 の発現の増加は、特に不整脈のある個人の血管老化と関連があり [74]、血管平滑筋細胞の増殖を阻害し、アテローム性動脈硬化を促進することも示されました [72,73]。これらの研究は、特定の加齢に伴う病状に対する新しい治療標的を見つけるために、特定の哺乳類組織における miRNA 制御を調査することの重要性を強調しています。

これらの最近の発見をすべて考慮に入れると、miRNA調節ネットワークが老化と寿命をある程度媒介することは明らかです. ただし、miRNA 調節ネットワークの複雑な性質と、各 miRNA が持つ可能性のある潜在的なターゲットが多すぎるため、各生物モデルの miRNA の役割を明確にすることが不可欠です。以下のセクションでは、図 1 にまとめたタンパク質分解およびクリアランスプロセスを含む、miRNA の特に加齢に伴うタンパク質恒常性低下の影響をより詳しく強調し、哺乳動物の加齢中の広範なタンパク質凝集に対する潜在的な影響を掘り下げます。

5. 加齢に伴う脳と骨格筋のオートファジー低下における miRNA 制御の役割

哺乳類の組織老化中のいくつかのタンパク質恒常性関連の分解経路の主要な調節因子として説明されている科学的報告は、オートファジー - リソソーム経路 (ALP) が関与する miRNA 調節ネットワークに焦点を当てており、特に哺乳類のラパマイシン (mTOR) 複合体の標的に重点が置かれています。 Inukai と同僚 (2012) は、Solexa ディープシーケンスを使用して、脳の老化中の miRNA の示差的発現と mTOR シグナル伝達との関連性を特定する最初の研究の 1 つを実施しました [24]。cistanche แอ ม เว ย์この研究では、差次的に発現する miRNA のほとんどは、5- か月齢のマウスと比較して 24-25- か月齢のマウスで相対量が減少し、KEGGenrichment 分析により、miRNA、すなわち miR-5620 isomiR が明らかになりました。および miR-341 isomiR は、mTOR/プロテインキナーゼ B(Akt)/フォークヘッドボックスクラス O (FOXO) シグナル伝達に関与しています [24]。

マクロファジーと呼ばれるオートファジーの一種は、オートファゴソームと呼ばれる二重膜小胞に詰め込まれた細胞破片や誤って折りたたまれたタンパク質を含む細胞質成分の分解と再利用を伴い、リソソーム加水分解酵素によって分解されるリソソームと融合している[ 75]。タンパク質凝集体はオートファゴソームに取り込まれて分解される可能性があり、老化はオートファゴソーム形成の欠陥、オートファゴソームとリソソームの融合の失敗、およびリソソームの酸性化を通じてオートファジークリアランスを変化させる可能性がある[76]。加齢に伴うオートファジーの機能不全は、加齢に伴う疾患、すなわちサルコペニアや神経変性疾患の発症にもつながる可能性があります。詳細なレビューについては、[75] を参照してください。 [ 62]。最近、miR-34a が脳の老化におけるオートファジー活動の重要な役割を果たしていることが確認されました。そのアップレギュレーションは、d-ガラクトース誘発ラット老化モデルにおいて、オートファジーの欠陥と異常なミトコンドリアダイナミクスをもたらします [77]。この同じ研究では、d-ガラクトース誘導 SH-SY5Y 細胞に miR-34a 阻害剤を投与することで、オートファジー機能不全が逆転し、オートファジー関連タンパク質、すなわち LC3、Beclin 1 の発現がアップレギュレートされました。 ATG7、および P62[7] の分解総合すると、miRNA-34a は、哺乳動物の脳における加齢に伴うオートファジーの低下を軽減および/または逆転させるための効果的な治療標的となる可能性があります。

miR-1 や miR{3}} などの myo-miRNA として知られる筋肉に富む miRNA は、PI3K/AKT/mTOR/FOXO 経路を介して標的を調節できます。筋細胞の分化プロセス[68-71]。最近、定期的な身体的抵抗トレーニングを受けている血液透析患者は、miR-206 のレベルが低いことが示されており、その結果、血管老化の特徴である筋形成が大きくなり、心臓の石灰化が少なくなりました [69]。著者らは、定期的なトレーニングの後、miR-206 のダウンレギュレーションが、インスリン様成長因子 1 (IGF1) 結合と PI3K/AKT/mTOR 経路の活性化を通じて筋形成を刺激する可能性があると結論付けました [70]。同様に、ヒトの骨格筋では、26 個の miRNA が年齢、運動、またはその両方の組み合わせによって調節されることが確認されており、これらの miRNA のうち 9 個、すなわち miR-99a-5p、miR{{18 }}b-5p、miR-100-5p、miR-199a、および miR-196b-5p は、3'UTR 内の標的配列を検証済みmTOR、Akt、MTOR 複合体 1 の調節関連タンパク質 (RPTOR)、および IGF1 などの Akt/mTOR シグナル伝達経路に関与する標的遺伝子の [71]。

特に、miR-378 は、ホスホイノシチド依存性プロテインキナーゼ 1 (PDK1) の直接ターゲティングによるオートファジーの維持、Akt-mTORCl シグナル伝達の促進、およびカスパーゼ 9 ターゲティングによる筋細胞アポトーシスの減少により、筋肉の恒常性に重要であることが確認されました。 [69]。 MiR-378- ノックアウトマウスはオートファジーの障害と欠陥のあるミトコンドリアの蓄積を示しましたが、miR-378 の過剰発現は unc-51- 様オートファジー活性化キナーゼ 1 (ULK1) のリン酸化を減少させ、その後オートファゴソームの形成、C2C12筋管細胞株における上方制御されたLC3発現および涙点によって検証された結果[69]。この研究は、miR-378 がオートファジーの促進に有益な役割を果たすことを確認し、その 2 つの直接の標的を特定するため、重要です。筋細胞のアポトーシスを抑制します。それにもかかわらず、オートファジーの miRNA 調節の多くの側面が、特に哺乳類種の組織老化の文脈で調査されるべきです。

加齢に伴うタンパク質凝集の文脈では、miR-1 はタンパク質毒性ストレスに応答して経時的に筋肉機能を調節し、咽頭ポンピングを改善すると同時に、C.elegans のポリグルタミン 35 (ポリ Q35) タンパク質凝集を抑制することが示された [30 ]。 v-ATPase サブユニット vha-13 は、ライソソームの生合成と機能を調節する miR-1 の直接の標的として同定されました [30]。したがって、miR-1 は、筋肉特異的なタンパク質凝集に対抗し、生涯にわたって筋肉の運動性を改善するための推定上の治療戦略として研究されるべきです。以前に、miR-1 レベルの増加がオートファジーを促進し、C. elegans および哺乳動物細胞におけるタンパク質凝集体の蓄積を減少させることが示されていました [78] 特に、マウス皮質ニューロンおよび HeLa 細胞では、miR-1 が活性化されます変異型ハンチンチン凝集体の蓄積に応答して、Tre-2/Bub2/CDC16(TBC) Rab GTPase 活性化タンパク質 (TBC1D15) を標的とするオートファジー [78]。 TBC1D15 は、オートファゴソームとリソソームの融合を調節する Rab7 を不活性化することにより、オートファジーをブロックすることが示されました。繰り返しになりますが、miR-1 は、オートファジー関連プロセスを標的とするアンチエイジング治療の有効な候補のようです。

6.miRNAは脳の老化と筋萎縮においてユビキチン-プロテオソーム系を仲介する

ユビキチン-プロテアソームシステム (UPS) は、2 つの 19S 調節成分と 1 つの 20S コアを含む、その中心成分としての 26S プロテアソームからなる細胞のタンパク質分解プロセスです [79]。プロテアソーム活性は、通常の加齢中および神経変性において低下します [80]。昨年、2 つの研究で、疾患以外の状況での加齢による UPS 関連の変化に対する miRNA 制御の寄与が説明されました [81-83]。たとえば、miR-127-5p は、LPS 誘発性虚血を経験している高齢の C57BL/6] マウスの脳で発現が低下していることが判明し、26S プロテアソームの非 ATPase 調節サブユニット 3 (Psmd3) を初めて特定しました。そのターゲットの 1 つとして [82]。この研究は、著者が成熟 miRNA 配列決定によって脳 miRNome を提供しただけでなく、老化および虚血中の細胞アポトーシスおよびプロテアソーム活性に関連する脳内の新規 miRNA miR-127 を特定したため、重要です。さらに、アポリポタンパク質E（ApoE c4）多型の健康なキャリアでは、AクリアランスとAD発症のリスクの高まりに関連して、miR-153-3 pが増加し、核因子赤血球の遮断につながることが示されました{{ 23}}関連因子-2（Nrf2）を介したプロテアソーム機能と血漿中の赤血球A蓄積[81]さらに、血漿ケルチ様ECH関連タンパク質1（Keapl）などのプロテアソーム関連成分と赤血球ヒストン脱アセチル化酵素 6 (HDAC6) も、非保因者と比較して Apoes4 保因者で増加した [81]。 ApoE a4 多型は、プロテオアソーム関連成分および miR-153-3p とともに、血漿または循環マーカーとして使用して、脳の老化中の A 蓄積および関連するプロテアソーム機能障害に対する脆弱性を評価できます。同時に、病理学的な加齢に伴う神経変性およびタンパク質凝集の発症の傾向を評価し、保因者に非侵襲的な手段を提供します。

筋萎縮は、UPS 経路を介した異常なタンパク質分解によって特徴付けられる [83]。摂取するシスタンチの量骨格筋では、筋肉の薬指 1 (MuRF1) および筋萎縮 F ボックス (MAFbx)/アトロジン -1 は、26S プロテアソームによる分解のための基質のユビキチン化に関与すると考えられている E3 ユビキチンリガーゼです。これらの UPS 成分の増加は筋萎縮を促進する [83]。筋萎縮の間、MuRFI と MAFbx/アトロジン -1 の過剰発現がありますが、これらの成分の阻害は筋肉の損失を遅らせます [84,85]。バイオフラボノイドいくつかの研究で、MuRF1 および MAFbx/アトロジン-1 発現の調節における miRNA の役割が強調されています。例えば、miR-23a は、MuRF1 および MAFbx/アトロジン-1の翻訳活性化を阻害し、デキサメタゾン誘発性筋萎縮マウスモデルにおける筋萎縮に対抗することが示されました [86]。シスタンシェとは何ですかさらに、筋肉特異的なmiR-1の発現増加は、HSP70レベルを低下させ、AKTリン酸化を減少させ、FOXO3の活性化を導き、最終的にMuRF1およびMAFbx/アトロジン-1発現のアップレギュレーションをもたらすことがわかったマウスにおけるデキサメタゾン誘発性筋萎縮の間[87]。特に、デキサメタゾン誘導時に、miR-1 は、HSP70/Akt シグナル伝達を介して FoxO3a の脱リン酸化とその後の活性化を調節し、筋萎縮に対抗するタンパク質を直接的または間接的に阻害します [87] 最近では、MuRF1 および MAFbx/ の阻害アトロジン-1の転写は、同年齢の老化と比較した場合、40-週齢の老化促進マウスprone 8（SAMP8）マウスの骨格筋（具体的には、腓腹筋）の筋肉減少を改善することが示されたエピガロカテキン-3-ガレート(EGCG)、筋肉の損失を改善することが知られている緑茶のカテキン成分による刺激後のマウス耐性(SAMR1)マウスの加速[88]。 EGCG は、ミオスタチンを阻害し、miR-486-5p をアップレギュレートすることが示されました。これは、ホスファターゼおよびテンシンホモログ (PTEN) を直接抑制し、Akt リン酸化を増強し、活性 FoxOla を阻害し、MuRF1 および MAFbx/アトロジンを抑制します{{ 40-週齢の SAMP8 マウスの骨格筋および後期継代 C2C12 筋芽細胞における転写 [88]。この研究では、緑茶の EGCC 成分を使用して、ユビキチン-プロテアソームプロセスにおける miRNA 制御と骨格筋における PI3K/Akt/FOXO シグナル伝達を変更する、独自の筋肉損失介入が明らかになりました。実際、これらの発見は、miRNA 関連の UPS 活性化が、主に骨格筋の MuRFI および MAFbx/アトロジン -1 の標的化を通じて筋萎縮を促進するという証拠を提供します。

7.UPRおよびタンパク質凝集調節因子としてのmiRNA

ストレス条件下では、誤って折り畳まれたタンパク質が ER 内腔に蓄積し、3 つの重要な経路、すなわちプロテインキナーゼ RNA 様 ER キナーゼ (PERK)、イノシトール要求酵素-1 アルファを介してこれらのタンパク質の分解のための UPRER を誘発します。 (IRE-1o)/X-box 結合タンパク質-1 (XBP-1)、および活性化転写因子 6(ATF6) 経路 [890]。 XBP-1 の過剰発現は小胞体ストレス耐性と寿命を高めることができますが、小胞体ストレス状態の加齢中には UPRFR 活性が低下します [89,90]。全体として、UPRER が老化と寿命において機能的な役割を果たしていることは明らかです。

miRNA は小胞体ストレス応答を直接調節するか、対照的に小胞体ストレスを介して調節を受けることが報告されている[91]。実際、小胞体ストレスセンサー、すなわち PERK は、小胞体ストレス時にアポトーシス促進および抗アポトーシスシグナル伝達を調整する miRNA 発現を直接調節することができる [92]。例えば、PERK を介したシグナル伝達を介した miR-30c-2-3p は XBP-1 mRNA の減少をもたらし、その後 NIH-3T3 線維芽細胞の細胞死を促進する [92 ]小胞体ストレスの間、PERK 活性化を介した miR-106b-25 ファミリーのダウンレギュレーションにより、次のようなプロアポトーシス B 細胞リンパ腫 2 (BCL-2) ファミリー遺伝子の活性化が可能になります。 Bim、したがって細胞株でERストレス誘導アポトーシスを誘発する[93]。 miR106b-25 ファミリーのダウンレギュレーションと ER ストレス誘導性アポトーシスは、ALS マウスモデル (変異体 SOD1 G93A) にも見られ、この miRNA ファミリーとその標的が ALS の神経変性に関連しています [93]。最近、マウスの皮質および海馬ニューロンにおいて、ウシ血清アルブミンの最終生成物（AGE-BSA）の高度な糖化による刺激により、小胞体ストレスが誘導された.miR-24,-27b,{{ 30}}、-224、-290、-351、および-488がダウンレギュレートされていることがわかりましたが、UPRターゲット（Prk、Irela、Chop、およびPuma）のmRNAはダウンレギュレートされています。 [94] miRNA ターゲット予測アルゴリズムを使用して、著者らは、PERK が miR-24 および miR-488 によってターゲットにされていること、Irelo は miR{{{{ 40}}、-124、-290、-351、-488、miR-224 によるチョップ、miR-24 によるピューマ、{{ 47}}b、および -351 [94]。糖にさらされると、タンパク質の高度な糖化により、最終糖化産物 (AGEs) と RAGE (AGEs の受容体) の間の相互作用が生じ、異常な毒性タンパク質の蓄積、その後の細胞酸化ストレス、および ER ストレスが促進される [94]。さらに、これらの miRNA の一部、すなわち miR-27b、-124、および -488 は、神経変性における発現プロファイリング研究でも発見されており [95]、これらの miRNA が適している可能性があることを示唆しています。両方の状況における老化のマーカー。それにもかかわらず、タンパク質凝集とmiRNA調節不全の間の直接的な因果関係は、健康な老化と加齢に伴う病的神経変性の両方の文脈で確立されていない.

8. miRNA 結合タンパク質は、プロテオスタシスネットワークコンポーネントを介して寿命も調節する

多くの報告は、miRNA 結合タンパク質がプロテオスタシスネットワークコンポーネントを介して老化を調節することを示しています。たとえば線虫では、Argonaute、Dicer、Drosha、および DGCR8/Pasha が老化と寿命を制御することが示されました [19,24,25]。 Argonaute-1 (alg-1) は長寿を促進することが示されたのに対し、Argonaute-2(alg-2) は変異 alg{{10 }} および alg-2 C elegans は、インスリン/IGF-1 シグナル伝達 (IS) 経路の一部であり、DAF を介して調節されます。 16/FOXO[96]。さらに、特に alg-1 変異体では、熱ショックストレス応答の一部である転写因子である熱ショック因子 1 (hsf1) がダウンレギュレートされることがわかった [96]。ハンチンチン凝集細胞培養とマウスモデル、およびハンチントン病患者の死後サンプルからも、RISC のコアコンポーネントである Argonaute-2 (AGO2) がストレス顆粒に再局在して蓄積することが示されています。変異型ハンチンチン (mHTT) 凝集体を発現する線条体ニューロンに位置するため、後期オートファゴソームとリソソームの融合が妨げられ、同時に miRNA 発現が全体的に増加します [31]。しかし、AGO2 の再局在化により、ストレス顆粒における AGO2- miRNA 複合体の形成、著者らは、全体的な miRNA 活性、特にターゲットサイレンシングが mHTT 発現ニューロンで妨げられたことに注目した [31]。この場合、タンパク質凝集体は、AGO2 の蓄積と miRNA のレベルと活性の変化を促進するオートファジークリアランスを妨害することが示されており、神経細胞の損傷につながる可能性があります。これらの結果は、図 2 にまとめた新しい視点を提示します。これは、哺乳動物の加齢中のオートファジー機能不全、miRNA の生合成、および miRNA 活性における加齢に伴うタンパク質凝集の役割を強調しています (図 2)。

特にタプシガルギン誘発小胞体ストレスに対する脆弱性を軽減することによりニューロンの生存率を高め、ダイサーを介したmiRNA生合成が小胞体ストレスに対して神経保護的であることを示唆しています。老化中の Dicer のダウンレギュレーションは、miRNA の生合成を危うくし、ER ストレスの蓄積とドーパミンニューロンの神経変性を引き起こす可能性があります [9]。光活性化可能なリボヌクレオシド強化架橋および免疫沈降 (PAR-CLIP) 配列決定などの革新的な配列決定技術により、ヒト細胞および線虫における Dicer の代替機能が特定され、それによって Dicer はいくつかの構造の分解に関与していることが示されました。以前は他の方法論では検出できなかった RNA [9]

さらに、Drosha は mRNA に埋め込まれたヘアピン構造を切断して不安定化し、mRNA 発現を直接制御することができます。 Drosha は、神経発生の基本となる分化因子の mRNA を切断することが示されました [10]。さらに、ウイルス感染時に、ウイルスの複製を抑制するために、Drosha が細胞質に輸出され、ウイルスのゲノム RNA を切断することが報告されている [101,102]。 Drosha のリン酸化と核移行は、熱ショックと酸化ストレスの後にも起こり、Drosha を介した miRNA の生合成が損なわれます [103]。ホルムアルデヒド架橋免疫沈降および配列決定 (fCLIP-seq) と呼ばれる別の革新的な配列決定技術は、Drosha が非 miRNA loi に由来する非標準基質を短いヘアピンに切断し、小さな RNA を生成することを明らかにした [104] PAR-CLIP と fCLIP を使用したプロトコルは、組織サンプル中および加齢関連疾患との関連で、miRNA結合タンパク質と構造RNAとの間の潜在的な相互作用を特定する[104]。まとめると、これらの研究の結果は、miRNA の生合成成分をターゲティングして miRNA の発現を変化させるための新しい研究手段を提供し、有毒なタンパク質を除去する際のタンパク質恒常性ネットワークの効率を高め、加齢に伴うタンパク質の凝集を減衰させるために、おそらく新しい mRNA ターゲットを提供します。

9. 結論

このレビューの主な目的は、最近の研究に基づいて、miRNA、およびある程度の miRNA 結合タンパク質が、生物の寿命の拡大に関連するプロテオスタシスを直接調節できるというエキサイティングな新しい見通しについて、裏付けとなる証拠を提供することでした。また、加齢に伴う疾患と比較するための健康な組織の老化のマーカーとしても使用できます。特に、UPS や ALP システムなどのタンパク質恒常性関連の分解経路における miRNA 標的遺伝子は、さまざまな生物モデルにわたって、老化中の哺乳類の脳および骨格筋において高度に組織特異的であるように思われます。さらに、タンパク質分解およびクリアランスメカニズムの加齢に伴う機能不全における miRNA 調節の役割は、哺乳類の脳および骨格筋組織に関する最近の研究でさらに明らかになりました。シスタンシェを買う哺乳類の加齢中の miRNA を介したタンパク質恒常性調節を示す発見に基づいて、今後の研究では、健康な加齢と加齢に伴う病的な神経変性および筋萎縮の両方の状況で、タンパク質凝集と miRNA 調節不全の間の直接的な因果関係を調査する必要があると理論付けています。図 2 に示されています。老化の正常な状況と病理学的な状況の両方で変更された重複する miRNA プロファイルがいくつかあるため、miRNA を調節する可能性、特にタンパク質クリアランスとオートファジー関連遺伝子を標的とする miRNA のレベルを増強する可能性は、将来に関連する可能性があります。アンチエイジングの治療戦略。

著者の貢献: 概念化、SF、VM、ARS、および MAS。執筆—原案の準備、SF。執筆—レビューと編集、SF、VM、MF、AR、GM、ARS および MAS の視覚化、SF および VM。リソース、GM、A.RS.および MAS;監督、A.RS.および M.ASS、資金調達、GM、ARSおよび MASSすべての著者は、原稿の公開版を読み、同意しました。

資金提供: この研究は、COMPETE2020、競争力と国際化のための運用プログラム (POCI) (GenomePT: POCI-0145- FEDER-022184;知恵: POCI-0145-FEDER-029843); MEDICIS(CENTRO-01-0246-FEDER-000018);およびプロジェクト「Piloto para an elaboration de uma estrategia e uma rede region para a medical personal/precisao」Grant(CENTRO-08-5864-FSE{{9} })。

iBiMED 研究ユニットは、FCT (UID/BIM/04501/2020) によってサポートされています。 SF と MF は、FCT 助成金 (SFRH/BD/148323/2019 および SFRH/BD/131736/2017) によって直接サポートされています。A.RS. は、個々の CEEC 補助研究契約 (CEECIND/00284/2018) によってサポートされています。

この記事は Int. Ｊ．Ｍｏｌ．科学。 2022, 23, 3232. https://doi.org/10.3390/ijms23063232 https://www.mdpi.com/journal/ijms

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