Peran mikrora selama tumorigenesis prostat dan perkembangan tumor | onkogen

Peran mikrora selama tumorigenesis prostat dan perkembangan tumor | onkogen

Anonim

Subjek

  • Sel induk kanker
  • miRNA
  • Onkogenesis
  • Kanker prostat

Abstrak

Kanker prostat (PCa) dianggap sebagai kanker yang sering didiagnosis pada pria dengan mortalitas tinggi di seluruh dunia, tetapi mekanisme molekuler yang bertanggung jawab untuk tumorigenesis dan perkembangan prostat masih belum jelas. Semakin banyak bukti menunjukkan bahwa microRNAs (miRNAs) memainkan peran penting dalam PCa. Dalam ulasan ini, kami fokus pada kemajuan saat ini tentang peran miRNAs dalam mengatur tumorigenesis dan perkembangan PCa, terutama dalam menekan atau mempromosikan pertumbuhan PCa dan metastasis, dan mempertahankan kemajemukan sel-sel induk PCa (PCSC). Penelitian lebih lanjut tentang miRNA akan memberikan pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme pengaturan mereka dalam PCa.

pengantar

Kanker prostat (PCa) saat ini dianggap sebagai kanker kedua yang paling sering didiagnosis dan penyebab keenam kematian akibat kanker pada pria di Amerika Serikat. Statistik menunjukkan bahwa PCa menyumbang 14% (903.500) dari total kasus kanker baru dan 6% (258.400) dari total kematian akibat kanker pada pria pada tahun 2008. 1 Tingkat serum antigen spesifik prostat (PSA) dan tumor lainnya penanda seperti Bcl-2 baru-baru ini digunakan untuk diagnosis PCa. 2, 3 Namun, telah dikritik untuk menggunakan PSA sendiri sebagai monitor biokimia untuk nilai prediktif positif yang buruk. 4 Selain itu, perawatan tradisional seperti prostatektomi radikal dan radioterapi dengan atau tanpa kekurangan androgen adjuvan hanya memiliki manfaat sederhana untuk PCa lanjut karena pengembangan dan akuisisi resistensi kastrasi PCa (CRPC) dan akhirnya mengarah ke metastasis. 5, 6 Oleh karena itu, penyelidikan sedang berlangsung untuk mengungkap mekanisme yang terkait dengan tumorigenesis dan perkembangan PCa secara lebih rinci untuk mengembangkan terapi baru. Di antara investigasi ini, mikroRNA spesifik (miRNA) tampaknya menjadi molekul penting yang dapat mengatur pertumbuhan, resistensi pengebirian dan metastasis PCa dan muncul sebagai target yang menarik untuk aplikasi klinis potensial termasuk diagnosis, pengobatan dan prognosis di masa depan.

MiRNA adalah RNA kecil dan bukan pengkodean yang memodulasi ekspresi gen spesifik pada level pasca transkripsi. Melalui interaksi dengan 3 withuntranslated region (3′UTR) mRNA, miRNA yang diberikan mengarah pada degradasi mRNA targetnya atau menekan terjemahan proteinnya. Bukti telah menunjukkan bahwa miRNA terlibat dalam berbagai proses biologis dan juga berkorelasi erat dengan tumorogenesis. 7, 8 Perubahan profil miRNA ditemukan pada beberapa kanker termasuk PCa. 9, 10, 11, 12, 13, 14 Penelitian tentang PCa sejauh ini telah menunjukkan bahwa beberapa miRNA dapat bertindak sebagai onkogen atau penekan tumor tergantung pada konteksnya. 15, 16 Selain itu, ekspresi dan fungsi beberapa miRNA berkorelasi baik dengan keberadaan androgen dalam PCa, yang berarti bahwa mereka mungkin diinduksi androgen. 17, 18, 19, 20, 21 Di sini, di ulasan ini, kami fokus pada serangkaian miRNA yang berhubungan dengan PCa dan memberikan gambaran bagaimana mereka mengatur proses tumorigenesis, resistensi kastrasi, batang dan metastasis PCa (Tabel 1).

Tabel ukuran penuh

MiroRNA sebagai penekan pertumbuhan PCa dan metastasis

MiR-15a dan miR-16

Cluster miR-15a-miR-16-1 ditemukan terkait dengan regulasi beberapa onkogen seperti Bcl-2, cyclin D1 dan Wnt3a, 22 yang mempromosikan beberapa fitur tumorigenik dalam sel prostat yang tidak diubah termasuk kelangsungan hidup, proliferasi dan invasi. Pemulihan ekspresi miR-15a dan miR-16 menghasilkan pertumbuhan yang terhenti, apoptosis dan regresi xenografts tumor prostat yang nyata secara in vivo . 22 Dengan menyelidiki interaksi antara sel-sel PCa dan sel-sel stroma yang mendukung tumor mereka, miR-15a dan miR-16 juga ditemukan diregulasi ke bawah dalam fibroblas yang mengelilingi tumor prostat. 23 Telah ditunjukkan lebih lanjut bahwa FGF-2 (fibroblast growth factor 2) dan reseptornya FGFR-1 dapat ditekan oleh miR-15a dan miR-16 sebagai target. Kedua molekul ini terkenal memainkan peran penting dalam sel stroma dan tumor untuk meningkatkan kelangsungan hidup, proliferasi, dan migrasi sel kanker. 23 Baru-baru ini, miR-16 juga dilaporkan menekan ekspresi cyclin-dependent kinase (CDK) 1 dan 2, di mana miR-16 berpartisipasi dalam pengaturan siklus sel dan proliferasi. 24 Sementara itu, gugus miR-15a-miR-16-1 terbukti dihapus secara homozigot dalam subset PCas, menghasilkan penghapusan ekspresi miR-15a, tetapi bukan miR-16, karena yang terakhir dapat diekspresikan dari lokus genomik lain juga. 25 Temuan ini bersama-sama menunjukkan pentingnya miR-15a dan miR-16 dalam tumorigenesis PCa sebagai penekan tumor dan potensi terapeutik mereka dalam pengobatan PCa. 24

Biarkan-7 keluarga

Keluarga Let-7 adalah penekan tumor yang terkenal untuk banyak jenis kanker termasuk PCa. 26, 27 Target yang diatur oleh anggotanya terbukti terlibat dalam perkembangan tumor seperti proliferasi dan transisi epitel-mesenkimal (EMT). 28 Baru-baru ini, Dong et al. 29 menemukan bahwa ekspresi ektopik let-7a menurunkan regulasi E2F2 dan Cyclin D2 melalui pengikatan langsung dengan 3′UTR mereka dan menginduksi penangkapan siklus sel. Ekspresi let-7a ditekan dalam garis sel PCa serta dalam sampel pasien. Anggota lain, let-7c, juga downregulasi dalam sel PCa, terutama dalam sel CRPC. Kerusakannya meningkatkan pertumbuhan sel PCa yang sensitif terhadap androgen di bawah kondisi yang kekurangan androgen secara in vitro . 30 Seiring dengan downregulasi let-7c, Lin28, regulator pasca-transkripsional let-7c, diregulasi dalam sel PCa serta dalam spesimen klinis. 30, 31 Lin28 dapat mengikat ke terminal loop dari struktur loop-stem di prekursor miRNA keluarga let-7 sehingga bertindak sebagai regulator negatif pada tingkat pasca-transkripsi dan menghambat pematangan dari let-7 keluarga. 32, 33 Di sisi lain, mari-7 menargetkan mRNA Lin28 untuk represi pasca transkripsional juga. 34 Putaran umpan balik negatif ganda ini terbukti terlibat dalam regulasi c-Myc, 35, 36 yang juga merupakan target let-7c. 37, 38, 39 Nadiminty et al. 39 telah menunjukkan lebih lanjut bahwa melalui loop umpan balik ini, let-7c dapat berfungsi sebagai pengatur utama ekspresi reseptor androgen (AR) dengan menargetkan transkripsi (Gambar 1). Temuan ini bersama-sama menunjukkan bahwa let-7c memainkan peran penting dalam regulasi pensinyalan androgen dan merupakan molekul terapeutik potensial untuk PCa.

Image

Saling umpan balik negatif timbal balik dalam pengaturan pematangan miRNA let-7 dan ekspresi AR. Keluarga pra-let-7 pertama-tama ditranskripsi dari gen keluarga let-7 dan diproses oleh Drosha dalam nukleus. Setelah diekspor ke sitoplasma, keluarga pra-let-7 dapat diproses lebih lanjut oleh Dicer menjadi miRNA matang atau gagal menghasilkan miRNA matang dengan pemblokiran Lin28. Lin28 diatur oleh c-Myc pada level transkripsional dan keduanya adalah target let-7 pada level post-transkripsional. Selain itu, ekspresi AR dikaitkan dengan c-Myc dan ditekan oleh let-7. Dimediasi oleh let-7, loop umpan balik negatif timbal balik dibangun di antara gen-gen ini dan remuknya loop umpan balik menginduksi underexpression dari let-7 dan mempromosikan perkembangan PCa.

Gambar ukuran penuh

MiR-133

Overekspresi miR-133a / b ditemukan untuk menghambat proliferasi sel dan menginduksi apoptosis sel pada beberapa jenis kanker. 40, 41, 42, 43, 44 Baru-baru ini, miR-133a / b terdeteksi pada tingkat ekspresi terbatas dalam garis sel PCa hormon-sensitif PC3 dan DU145. Ekspresi paksa miR-133 mengurangi proliferasi sel, migrasi dan invasi dalam dua sel ini melalui penargetan EGFR (reseptor faktor pertumbuhan epidermal). Selain itu, purine nucleoside phosphorylase (PNP), yang sering diekspresikan dan terlibat dalam proliferasi sel dan invasi pada kanker kandung kemih, 46 juga dilaporkan diatur oleh miR-133a dan miR-1 pada PCa. 47 Di sisi lain, miR-133b ditemukan terlibat dalam regulasi kematian sel melalui apoptosis yang dimediasi reseptor kematian dalam sel HeLa dan PC3. 48 Ekspresi miR-133b yang berlebihan membuat sel-sel ini peka untuk menjalani TNFα (tumor necrosis factor-α) yang disebabkan kematian sel dan respons pro-apoptosis terhadap TRAIL (ligand penginduksi apoptosis terkait TNF) atau Fas / CD95. Sementara itu, molekul penghambat apoptosis Fas (FAIM), gen anti-apoptosis yang secara luas diekspresikan dalam sel B dengan efek perlindungan terhadap apoptosis yang dimediasi Fas / CD95, 49 terbukti diatur oleh miR-133b secara langsung sebagai target. 48 Hasil ini mengungkapkan peran penting untuk miR-133 dalam menginduksi apoptosis terhadap tumorigenesis.

MiR-203 dan miR-205

MiR-203 sering terbukti dibungkam pada berbagai keganasan termasuk PCa. 50, 51, 52 Dalam garis sel PCa otak (DU145) atau metastatik (PC3), ekspresi berlebih dari miR-203 cukup untuk menghambat proliferasi, migrasi, dan invasi sel, dan untuk membalikkan fenotipe EMT. 52 Gen yang terlibat dalam peristiwa-peristiwa yang disebutkan di atas diidentifikasi sebagai target miR-203 seperti Runx2, CKAP2, ZEB2 dan survivin dll. 52, 53 Hasil ini menunjukkan bahwa miR-203 dapat menjadi penanda prognostik yang berpotensi baru dan terapi terapi yang menarik molekul untuk PCa metastatik. Selain itu, miR-205 juga ditemukan sebagai miRNA terkait metastasis dan diregulasi dalam PCa. 54 Baru-baru ini, hipermetilasi lokus miR-205 dilaporkan sebagai mekanisme kritis untuk represi transkripsi miR-205 yang diinduksi secara epigenetik dan dikaitkan dengan kekambuhan PCa. Pemulihan ekspresi miR-205 dalam sel PCa menginduksi transisi mesenchymal-epithelial (MET) yang ditandai dengan peningkatan regulasi E-cadherin dan pengurangan invasi sel. Beberapa penanda invasif sel seperti N-chimaerin, ErbB3, E2F1, E2F5 dan protein kinase Cɛ (PKCɛ) ditampilkan sebagai target miR-205. 56 Studi lebih lanjut telah menunjukkan bahwa miR-205 diatur oleh p63, yang efek penghambatannya pada penanda EMT seperti ZEB1 dan vimentin dicapai melalui miR-205. Mengembalikan ekspresi p63 dan / atau miR-205 secara signifikan menghambat metastasis dari prostat ke paru-paru. 57 Selain itu, miR-205 dilaporkan untuk mencegah sel PCa dari memasuki ruang interstitial dengan menjaga integritas jaringan membran basement. 58 Sementara itu, miR-205 tampaknya memiliki kemampuan untuk menginduksi apoptosis dan penghentian siklus sel. Melalui represi ekspresi gen anti-apoptosis Bcl-w dan E2F6, miR-205 mempromosikan apoptosis yang diinduksi oleh agen kemoterapi dalam sel PCa. 59 Baru-baru ini, baik miR-203 dan miR-205 diperlihatkan berkoordinasi dengan miR-130a untuk mengatur ekspresi komponen kunci dari protein kinase yang diaktifkan-mitogen (MAPK) dan jalur pensinyalan AR. 60 Kedua jalur sangat penting untuk pengembangan PCa primer dan induksi CRPC. Pemulihan ekspresi tiga miRNAs dalam garis sel PCa AR-positif, LNCaP menyerupai efek kekurangan androgen dan menghambat proliferasi sel dengan menginduksi apoptosis dan penangkapan siklus sel. 60 Hasil ini menunjukkan bahwa miR-203 dan miR-205 memberikan efek penekan tumor dengan menekan EMT dan mengganggu pertumbuhan sel, menunjukkan bahwa kedua miRNA adalah kandidat terapi yang menarik untuk PCa.

Keluarga MiR-200

Telah diketahui bahwa EMT mendasari invasi dan metastasis sel kanker. Beberapa represor transkripsi, yang mengatur hilangnya penanda epitel, telah diidentifikasi terkait dengan proses ini termasuk homeobox (ZEB) pengikat seng-jari E-box 1 dan 2. 61, 62 Penelitian terbaru menunjukkan bahwa overekspresi turunan trombosit growth factor-D (PDGF-D) dalam sel PCa PC3 menekan ekspresi miR-200b. Sementara itu, keluarga miR-200 ditemukan untuk mengatur EMT dengan menargetkan ZEB1 dan ZEB2, sehingga akuisisi fenotip EMT di PC3, yang dapat diinduksi oleh PDGF-D, sebagian, jika tidak semua, merupakan hasil dari miR -200 represi keluarga dan ekspresi berlebih dari ZEB1 dan ZEB2. 63 Selain PDGF-D, TGF-β1 (mengubah faktor pertumbuhan β-1) dapat menginduksi EMT dalam PCa dan juga pada BPH (benign prostate hyperplasia). Pemulihan ekspresi keluarga miR-200 mencegah inisiasi EMT dalam sel BPH, yang diinduksi oleh TGF-β1, dengan menekan ekspresi faktor transkripsi yang dijelaskan di atas. 64 Ketidakteraturan keluarga miR-200 juga meningkatkan ekspresi SNAI2 / Slug, regulator utama diferensiasi mesenkimal dan inisiasi EMT dalam sel BPH. 65 Studi lebih lanjut menunjukkan bahwa Slug adalah penekan langsung transkripsi miR-200 dan miR-1. Sementara itu, ekspresi Slug sendiri diatur oleh miR-200 / miR-1 secara langsung pada tingkat pasca-transkripsional sehingga Slug dan miR-200 / miR-1 menyusun loop pengaturan penguat sendiri. 66 Selain itu, miR-1 adalah penanda kandidat yang menjanjikan untuk prognosis PCa. 67 Penyimpangan homeostasis ini, yang terjadi karena kurangnya respon dari miR-200 / miR-1, mengarah pada amplifikasi EMT pada PCa. 66 Selanjutnya, pengurangan miR-200c ditemukan menyebabkan resistensi docetaxel yang dimediasi oleh EMT. 68 Hasil ini menunjukkan bahwa miR-200 keluarga dapat menjadi molekul yang menjanjikan untuk prediksi kambuh 69 dan pengobatan PCa dengan menekan EMT.

Keluarga MiR-34

Di antara keluarga ini, miR-34a dikenal sebagai target penekan tumor p53 dan dilaporkan sering dibungkam dalam beberapa jenis kanker termasuk PCa. Investigasi mekanis mengungkapkan bahwa dalam karsinoma prostat primer metilasi CpG yang menyimpang dari promotor miR-34a sering ditampilkan dan transkripsinya kemudian dibungkam. 70 Selain itu, diperlihatkan bahwa beberapa inhibitor topoisomerase seperti doxorubicin dan camptothecin (Campt) dapat menginduksi fosforilasi dan aktivasi p53, yang pada gilirannya meregulasi ekspresi miR-34a dan miR-34c. Yang menarik, upregulasi ekspresi miR-34a tergantung pada AR dan diblokir dalam garis sel PCa AR negatif seperti PC3 dan DU145 atau dengan AR knockdown. Sementara itu, kerja sama antara miR-34a dan miR-34c dapat memainkan peran penting dalam apoptosis yang dimediasi p53 yang dimediasi AR pada PCa. 71 Di sisi lain, AR sendiri telah terbukti menjadi target langsung miR-34a. Ekspresi miR-34a yang berlebihan dalam sel PCa menekan ekspresi AR bersamaan dengan penurunan ekspresi PSA dan Notch-1. Pada karsinoma prostat primer dengan miR-34a pembungkaman epigenetik, aktivasi AR dapat dibalikkan dengan 3, 3′-diindolylmethane oleh Bio Response (disingkat BR-DIM), yang memiliki efek pada demetilasi promotor miR-34a dan pada gilirannya mengembalikan transkripsi. 72 Selain itu, Lodygin et al. 70 telah melaporkan bahwa ekspresi paksa miR-34a in vitro menginduksi penangkapan siklus G1, penuaan dan apoptosis sebagian dengan menargetkan CDK6 dalam sel PCa. Beberapa gen anti-apoptosis (misalnya, HuR, Bcl-2 dan SIRT1) juga diidentifikasi sebagai target langsung miR-34a. Menekan ekspresi gen ini dengan ekspresi ektopik miR-34a dapat melemahkan resistensi terhadap paclitaxel dalam sel PC3 PCa. 73 Target penting lainnya dari miR-34a di PCa adalah c-Myc. Penindasan c-Myc merusak aktivitas kompleks transkripsi c-Myc-Skp2-Miz1 dan pada gilirannya menekan RhoA, pengatur migrasi dan invasi sel. 74 Temuan ini menunjukkan bahwa miR-34a dapat menghambat invasi PCa dengan menekan RhoA melalui c-Myc. 75 Selain miR-34a, miR-34b dan miR-34c juga dapat mengatur ekspresi c-Myc dengan menargetkan 3′UTR-nya. 76 Overekspresi c-Myc dalam PCa meningkatkan ekspresi protease 2a spesifik uiquitin (USP2a) dan pada gilirannya menonaktifkan p53 sehingga ekspresi beberapa miRNA di hilir termasuk miR-34b dan miR-34c dapat dirusak. 76 Selain inaktivasi p53, miR-34b tampaknya dibungkam melalui hipermetilasi CpG pada PCa. 77 Sementara itu, DNMT (DNA methyltransferases) dan HDACs (histone deacetylases) dikonfirmasi sebagai target miR-34b, yang menghasilkan loop umpan balik positif ke modifikasi kromatin aktif. MiR-34b menghambat proliferasi sel dan EMT dengan menargetkan AKT dan pada gilirannya mengurangi ekspresi beberapa penanda mesenkim seperti Vimentin, N-cadherin dan Snail. 77 MiR-34c tampaknya secara negatif mengatur E2F3 dan BCL-2 dan dikaitkan dengan migrasi dan invasi pada PCa. 78 Temuan ini memberikan wawasan tentang peran keluarga miR-34 sebagai penekan tumor dalam regulasi proliferasi, apoptosis, dan invasivitas pada PCa.

MiR-143 dan miR-145

Sebagai gen penekan tumor, miR-143 memainkan peran penting dalam karsinogenesis di berbagai jaringan. 79, 80, 81 Dalam PCa, miR-143 ditunjukkan untuk mengatur proliferasi dan migrasi sel, dan meningkatkan respons PCa terhadap docetaxel dengan menargetkan KRAS dan kemudian menargetkan jalur EGFR / RAS / MAPK. 82 Selain KRAS, ERK5 (kinase yang diatur sinyal ekstraseluler 5) 83 dan KLK (pallidreen yang berhubungan dengan Kallikrein) 84 juga merupakan target miR-143. ERK5 berfungsi sebagai respons terhadap faktor pertumbuhan melalui aktivasi tirosin kinase dan kaskade MAPK hilirnya untuk meningkatkan pertumbuhan dan proliferasi sel. 83 KLK milik keluarga serine protease dan terlibat dalam penghambatan pertumbuhan sel yang diinduksi miR-143. Selain itu, berdasarkan penelitian pada metastasis tulang PCa, miR-143 dan miR-145 bersama-sama diregulasi secara signifikan dalam sampel metastasis. Pengekspresian kembali kedua miRNA ini mengembalikan ekspresi E-cadherin dan secara bersamaan menekan ekspresi fibronektin dalam sel-sel PC3 dan dengan demikian memberikan fenotipe yang kurang invasif. 85 MiR-145 adalah penekan tumor lain yang sering diamati mengalami downregulasi di kedua jalur sel PCa (misalnya, PC3, DU145 dan LNCaP) dan karsinoma prostat primer. 86 Ekspresi miR-145 yang berlebihan pada PC3 menyebabkan peningkatan apoptosis bersamaan dengan penghentian siklus sel dalam fase G2 / M. Terlihat bahwa miR-145 mengatur apoptosis dengan menargetkan gen pro-apoptosis TNFSF10, anggota keluarga molekul TRAIL. 87 Hypermethylation di daerah promotor miR-145 tampaknya menghambat pengikatan p53 ke elemen responnya di hulu miR-145, yang berkorelasi erat dengan peredam miR-145. 88 Dengan menyaring target miR-145, fascin homolog 1 (FSCN1), anggota keluarga fascin dari protein pengikat aktin, telah terbukti menjadi gen target langsung miR-145. 89 FSCN1 memainkan peran penting dalam migrasi sel, motilitas, adhesi dan interaksi seluler dan berkorelasi dengan tumorigenesis dan metastasis. 90, 91 Selain FSCN1, pergantian kompleks sel-B 70 kDa subunit (SWAP70), protein pengikat F-aktin yang terlibat dalam mengaktifkan transformasi sel-B, tampaknya juga menjadi target miR-145. Menekan SWAP70 oleh miR-145 mengarah ke penghambatan yang signifikan pada migrasi sel dan invasi dalam garis sel PCa. 92 Karena downregulation miR-143 dan miR-145 sering terjadi pada PCa, keduanya dan target mereka dapat menjadi biomarker baru untuk diagnosis dini, diskriminasi tahap dan prediksi metastasis tulang PCa.

Tumor lain yang menekan miRNA dalam regulasi PCa

Beberapa miRNA lainnya baru-baru ini berfungsi sebagai penekan tumor selama perkembangan PCa. Ekspresi MiR-31 dikurangi oleh hipermetilasi pada daerah promotornya dan secara langsung mengatur ekspresi AR melalui interaksi dengan situs pengikatan yang dipasangkan di wilayah pengkodean AR. Studi lebih lanjut menunjukkan bahwa pemulihan ekspresi miR-31 menginduksi penangkapan siklus-sel PCa dengan represi timbal balik antara miR-31 dan AR. 93 MiR-124 adalah penekan tumor lain untuk secara langsung menekan ekspresi AR dan menghambat pertumbuhan sel PCa. Ekspresi miR-124 dikurangi dengan metilasi DNA dalam PCa. 94 Selain itu, miR-17-5p dilaporkan menekan ekspresi faktor terkait p300 / CBP, koaktivator AR, untuk memodulasi aktivitas transkripsi AR dan menghambat pertumbuhan sel dalam sel PCa yang dikultur. 95

MiRNA mempromosikan tumorogenesis dan metastasis PCa

MiR-21

AR adalah faktor transkripsi yang bergantung pada ligan dan memainkan peran penting dalam memfasilitasi proliferasi, kelangsungan hidup sel, dan pertumbuhan PCa yang bebas androgen. 97, 98 Bukti terbaru menunjukkan bahwa AR dapat menginduksi transkripsi beberapa miRNA. 17 Unsur respons androgen yang sangat terkonservasi (ARE) terbukti disajikan di daerah promoter miRNA yang terinduksi AR, seperti miR-21, untuk merekrut AR ke promotor dan pada gilirannya memicu transkripsi mereka (Gambar 2). Meskipun miR-21 adalah miRNA yang diregulasi oleh AR dan ekspresinya sangat tinggi pada CRPC, 17 transkripsi yang dimediasi AR dari miR-21 terlihat pada tingkat yang sama antara ADPC (androgen-dependent PCa) dan AIPC (androgen-independent PCa) sel. 18 Hasil ini menunjukkan bahwa jalur AR / miR-21 diaktifkan selama tahap PCa tergantung-androgen dan independen. Ini juga menunjukkan bahwa selain AR, faktor-faktor lain juga mungkin terlibat dalam regulasi ekspresi miR-21. Fujita et al. 99 menemukan bahwa beberapa elemen penambah yang dikonservasi seperti AP-1 (protein aktivasi 1) dan STAT 3 (transduser sinyal dan aktivator transkripsi 3) situs pengikatan termasuk dalam wilayah promotor miR-21. AP-1 tampaknya terkait dengan perkembangan dan berulang, 100 dan STAT-3 berkontribusi terhadap anti-apoptosis dan kelangsungan hidup sel pada PCa. 101, 102 Baru-baru ini, Yang et al. 103 lebih lanjut menemukan bahwa IFN (interferon) dapat menginduksi ekspresi miR-21 dengan cara STAT-3-dependen. Keheningan STAT-3 dan NF-κB menghambat pengikatan p65 yang diinduksi IFN ke promotor miR-21, yang menunjukkan bahwa miR-21 adalah target baru dan pengatur umpan balik penting untuk apoptosis yang diinduksi IFN. 103 Selain itu, area kromosom gen miR-21 itu sendiri (17q23.1) adalah area yang diperkuat pada beberapa jenis kanker termasuk PCa. 104 Semua data yang disebutkan ini mendukung miR-21 sebagai onco-miRNA.

Image

Rekrutmen AR yang tergantung atau tergantung-androgen untuk transkripsi miRNA yang diinduksi-androgen. Androgen aktif AR mengalami degradasi melalui jalur PTEN / caspase-3, yang sering diamati hilang atau bermutasi pada PCa (ditunjukkan sebagai '×' pada gambar), atau diimpor ke dalam nukleus. Setelah mengikat pada motif ARE, yang disimpan di wilayah promotor miRNA yang diinduksi androgen seperti miR-21, miR-101, miR-125b dan miR-27a dll, AR yang diaktifkan mempromosikan transkripsi mereka. Dalam CRPC, aktivitas konstitutif dari Ras dan jalur PI3K / Akt hilirnya dan / atau jalur Raf / MEK / MAPK dapat menyerupai efek androgen pada pengaktifan AR. Ini menghasilkan rekrutmen androgen-independen dari AR untuk motif ARE dan efeknya mirip dengan rekrutmen androgen-dependent. MEK, juga dikenal sebagai MAPKK, protein kinase kinase yang diaktifkan-mitogen.

Gambar ukuran penuh

Di sisi lain, overekspresi miR-21 menurunkan regulasi target hilirnya yang diprogramkan kematian sel 4 (PDCD4), penekan tumor yang berhubungan dengan apoptosis, dan mendorong transformasi sel. 105 Elemen respons miRNA putatif (MRE) terletak di 3′UTR dari PDCD4. Penghapusan atau mutasi pada MRE menghilangkan penghambatan ekspresi PDCD4 oleh miR-21, yang menunjukkan bahwa wilayah MRE ini sangat penting untuk regulasi miR-21. 105 Penelitian terbaru lebih lanjut mengungkapkan bahwa miR-21 terlibat dalam memediasi kemoresisten melalui regulasi PDCD4 dalam garis sel AIPC PC3. Ekspresi paksa miR-21 merusak sementara diamnya miR-21 membuat PC3 peka terhadap docetaxel, yang konsisten dengan penurunan atau pengembalian ekspresi PDCD4, masing-masing. 106 Namun, dalam studi kelompok lain, knockdown miR-21 tampaknya tidak cukup untuk memodulasi ekspresi PDCD4 dan PTEN meskipun kedua gen diidentifikasi sebagai target miR-21. Selain itu, overekspresi miR-21 saja memiliki efek terbatas pada peningkatan proliferasi dan invasi sel pada PCa. 107 Namun, penelitian lain menunjukkan bahwa pada DU145, PTEN menargetkan downregulation karena overekspresi miR-21 meningkatkan ekspresi hypoxia inducible factor 1 alpha (HIF-1α) dan faktor pertumbuhan endotel vaskular (VEGF), serta aktivasi AKT dan ERK1 / 2, yang secara sinergis mengarah pada angiogenesis tumor. Di antara keempat gen ini, penghambatan HIF-1α saja merusak efek miR-21 pada menginduksi tumor angiogenesis, menunjukkan bahwa HIF-1α, kunci hilir miR-21, sangat penting untuk angiogenesis miR-21 yang diregulasi. 108 Selain itu, gen translokasi sel B protein basal 2 (BTG2) merupakan target penting lain dari miR-21. 109 Secara umum diterima bahwa PCa berasal dari kompartemen basal itu, yang secara ektopik menyatakan penanda luminal. 110, 111 Selama proses ini, kehilangan BTG2 dikaitkan dengan perubahan sel basal prostat normal menjadi sel yang mengekspresikan penanda luminal bersamaan dengan penampilan fitur EMT. Dengan demikian, overekspresi miR-21 menurunkan level BTG2 dan pada gilirannya memulai akuisisi marker luminal dan EMT pada PCa. 111 Gen lain yang berhubungan dengan invasi yang diatur oleh miR-21 adalah RECK, sebuah matrix metalloproteinase inhibitor. Pemulihan ekspresi RECK dengan menetralkan miR-21 menekan tingkat metalloproteinase matriks dan membalikkan fenotip invasif. 112 Hasil ini menunjukkan fungsi miR-21 sebagai onco-miRNA pada pengaturan EMT dan anti-apoptosis, dan menunjukkan aplikasi diagnosis / prognosis yang menjanjikan untuk PCa.

MiR-32 dan miR-148a

Baik miR-32 dan miR-148a diidentifikasi sebagai miRNA yang diregulasi androgen dan memberikan keuntungan pertumbuhan yang signifikan untuk LNCaP, garis sel PCa yang peka terhadap hormon, ketika dipaksa mengekspresikan keduanya. Studi lebih lanjut mengungkapkan bahwa dalam sel LNCaP, fungsi dari dua miRNA ini pada merangsang proliferasi berbeda karena miR-32 mengurangi apoptosis sel sementara miR-148a meningkatkan pertumbuhan sel. 16, 113 Selain itu, Jalava et al. 16 telah melaporkan bahwa BTG2 adalah target miR-32 dan miR-148a selain miR-21. Regulasi signifikan miR-32 dan pengurangan BTG2 yang relevan dikonfirmasi dalam spesimen CRPC dibandingkan dengan spesimen BPH. Ekspresi miR-32a dan / atau miR-148a yang berlebihan juga menekan ekspresi protein berinteraksi 1 (PIK3IP1) phosphoinositide-3, protein membran yang menginduksi apoptosis sel, 114 serta aktivator apoptosis lainnya Bim. 115 Dalam garis sel PCa hormon-refraktori DU145 dan PC3, bagaimanapun, tingkat ekspresi miR-32 tidak berubah tetapi bahwa miR-148a menurun dibandingkan dengan LNCaP atau sel epitel prostat manusia normal PrEC. 15 Pengenalan ulang miR-148a tidak hanya menghambat pertumbuhan sel, migrasi dan invasi secara bersamaan tetapi juga meningkatkan sensitivitas terhadap paclitaxel dalam sel PC3. Data ini menunjukkan pergeseran fungsi miR-148a dari onco-miRNA pada PCa yang sensitif terhadap hormon menjadi penekan tumor pada PCa yang resisten terhadap hormon. 15

MiR-221 dan miR-222

Upregulasi miR-221 dan miR-222 telah dilaporkan pada beberapa jenis tumor termasuk PCa. 116, 117, 118 Baru-baru ini, subunit p65 dan c-Jun NF-κB telah diidentifikasi untuk mengikat di dua daerah terpisah di hulu promotor miR-221/222. Modulasi ektopik dari dua faktor transkripsional adalah salah satu alasan untuk menjelaskan overekspresi miR-221/222. 119 Ekspresi menyimpang dari miR-221/222 telah terbukti terkait dengan pengembangan CRPC manusia, 120 dan ekspresinya meningkat secara signifikan dalam garis sel AIPC bersama dengan pengurangan ekspresi PSA dibandingkan dengan garis sel ADPC. 121 Galardi et al. 122 telah melaporkan bahwa penghambatan ekspresi miR-221/222 menginduksi penangkapan fase G0 / G1 dengan mengatur inhibitor siklus sel p27 dan mengurangi kemampuan klonogenesis dalam sel PC3. Ekspresi berlebihan miR-221/222 oleh trombin 123 menghambat ekspresi p27 dan pada gilirannya meningkatkan serangkaian faktor siklus sel seperti Skp2, cyclin A dan cyclin D1, sehingga menghasilkan pergeseran fase G1-ke-S dan meningkatkan potensi pembentuk koloni. 124 Selain itu, GTP-like RAS-like 3 (DIRAS3, juga dikenal sebagai ARHI) baru-baru ini diidentifikasi sebagai target lain dari miR-221/222. 125, 126 ARHI adalah gen penekan tumor tercetak yang ekspresinya biasanya diturunkan pada kanker. 127 Penindasan ekspresi miR-221/222 secara signifikan menginduksi ekspresi ARHI dan menghambat pertumbuhan sel PC3 in vitro . 125, 126 Hasil ini menunjukkan bahwa miR-221/222 berfungsi sebagai onco-miRNA untuk meningkatkan pertumbuhan PCa dengan memodulasi kontrol siklus-sel. Namun, penelitian terbaru oleh Fuse et al. 128 menunjukkan fungsi penekan tumor seperti miR-222 pada mengatur perkembangan siklus sel dalam garis sel PCa. Mereka juga melaporkan bahwa ekspresi miR-222, bersama dengan miR-205, miR-31 dan miR-187, diturunkan regulasi dalam spesimen klinis PCa. Temuan ini dapat memberikan sudut pandang baru untuk 'pergeseran peran' dari miRNA yang diberikan pada kanker tertentu.

MiR-125b

Sebagai miRNA yang diinduksi androgen, 20 upregulasi miR-125b dalam garis sel ADPC LNCaP merangsang pertumbuhan dan keganasannya dan menjadikan sel-sel ini resisten terhadap penarikan androgen. 129 Ekspresi paksa miR-125b sintetis dalam sel AIPC meningkatkan proliferasi sel melalui penekanan ekspresi Bak1, gen pro-apoptosis. 130 Selain Bak1, dua gen pro-apoptosis lainnya p53 dan Puma ditemukan sebagai target miR-125b. 131 Ekspresi miR-125b yang berlebihan dalam sel-sel LNCaP secara nyata menurunkan tingkat ekspresi p53 serta efektor langsungnya Puma, sementara penghambatan aktivitas miR-125b membuat sel-sel PCa peka terhadap berbagai intervensi terapeutik. 131 Hasil ini menunjukkan bahwa miR-125b bekerja sebagai onkogen melalui anti-apoptosis dan merupakan target terapi yang berpotensi menarik untuk pengobatan PCa.

MiRNA onkogenik lainnya dalam regulasi PCa

MiR-106b sebelumnya terbukti diregulasi dalam PCa dan terlibat dalam aktivasi p21. Penghambatan ekspresinya mendorong penangkapan siklus sel yang teraktivasi p21, sementara ekspresi prekursor yang dipaksakan menimpa aktivasi p21 yang diinduksi radiasi dan penangkapan G2 / M. 132 Studi terbaru menunjukkan bahwa miR-106b langsung menargetkan caspase-7, komponen kunci dalam jalur apoptosis, dan dikaitkan dengan kekambuhan penyakit dini. 133 MiR-106b juga menekan ekspresi penekan transkripsi ZBTB4 dan secara terbalik mengatur faktor transkripsi protein spesifik (Sp) Sp1, Sp3 dan Sp4, yang overekspresi terdeteksi dalam garis sel PCa. 134 MiR-27a baru-baru ini dilaporkan sebagai miRNA onkogenik yang diatur androgen dalam PCa. Dengan mengikat AR ke promotornya, androgen mengatur ekspresi miR-27a dan mempercepat kematangannya. MiR-27a juga ditemukan secara langsung menargetkan Prohibitin (PHB), penekan tumor dan AR corepressor. 135 MiR-153 dilaporkan secara langsung mengatur ekspresi PTEN dan mendorong transisi siklus sel dan proliferasi sel melalui pengaktifan jalur AKT dan menurunkan aktivitas transkripsional fork head box protein O1 (FOXO1). 136

MiRNA dan sel induk PCa

Dianggap bahwa massa tumor mengandung populasi varian sel dengan karakteristik yang berbeda dalam hal status diferensiasi 137 dan biasanya terdiri dari sel-sel yang terdiferensiasi sepenuhnya di daerah luar tetapi sel nenek moyang atau seperti sel di daerah pusat. 138 These stem-like cells are a small subpopulation that behave differently as compared with other tumor cells within the same tumor mass and might be responsible for tumor initiation, therapeutic resistance and tumor metastasis and are termed as cancer stem cells (CSC). 138 MiRNAs are emerging as important regulators for the acquisition of cancer stem-like cell features during tumor progression. 139 Increasing evidences suggest that PCa stem cells (PCSC) may possess EMT features, which is closely linked with the recurrence, therapy insensitivity and metastasis of PCa. 28, 140 Recent studies support the notion that specific miRNAs are involved in the regulation of PCSC.

MiR-34a

Baru-baru ini, Liu et al. 141 have identified miR-34a, together with let-7b, to be commonly downregulated in CD44+ populations from the LAPC9, LAPC4 and DU145 tumors, CD133+ populations from LAPC4 tumors and α2β1+ populations from Du145 tumors, respectively. In previous reports, CD44+ and CD44+α2β1+ populations are shown to be associated with the high tumor-initiating and metastatic potential of PCSC. 142, 143 In addition, CD133+/CD44+/α2β1+ populations exhibit an enhanced clonogenic potential in PCa. 144 Based on these results, Liu et al. 141 proposed a hypothesis that miR-34a is involved in the regulation of PCSC and metastasis. They have further demonstrated that overexpression of miR-34a in purified CD44+ cell significantly inhibits the tumor growth and metastasis in vivo . In contrast, neutralization of endogenous miR-34a promotes tumor regeneration and metastasis. Furthermore, miR-34a suppresses PCSC properties by inhibiting prostasphere establishment, migration and invasiveness of CD44+ PCa cells, and directly regulates the expression of CD44 at a post-transcriptional level as there are two miR-34a target sites located in the 3′UTR of CD44. Besides CD44, miR-34a is also found to regulate self-renewal capacity of PCSC through targeting AR and Notch-1 signaling, both of which are critically involved with growth and metastasis of PCa. 145 Moreover, systemic delivery of miR-34a inhibits metastasis from the prostate to the lung and other organs in mice bearing orthotopic human PCa, suggesting a therapeutic potential of miR-34a. 141

Let-7 family

Let-7 family has been known well to be involved not only in the regulation of cell transformation and progression 146 but also in the acquisition of the characteristics of cancer stem-like cells. 147 Recently, Kong et al. 148 found that in PCa cells displaying stem-like cell features, the expression of miR-200 and/or let-7 family is decreased. Restoration of miR-200 inhibits the growth of PCa cells that possess EMT features and represses the expression of Notch-1 and Lin28B. The repression of Lin28B subsequently increases expression of let-7 and inhibits self-renewal in PCa cells. Upregulation of let-7 suppresses the expression of EZH2, a putative target of let-7 family, which is demonstrated to control the stem cell function. 149 Overexpression of EZH2 has been strongly linked with cancer progression partly through promoting EMT in cancer cell, a phenomenon which is reminiscent for cancer stem cells. 150 Ectopic expression of let-7 could repress its expression at a post-transcriptional level by binding with its 3′UTR. 149 Consistent with this notion in PCa stem/progenitor cell populations that express CD44+, CD133+ and integrin α2β1+, both let-7 and miR-34a expressions are downregulated. Overexpression of either let-7 or miR-34a can inhibit PCa cell proliferation and tumor recurrence by different mechanisms. MiR-34a inhibits cell proliferation by inducing G1-phase cell-cycle arrest accompanied with cell senescence, while let-7 exerts its effects by inducing G2–M-phase cell-cycle arrest without senescence. 151 All these results indicate an important role of let-7 in regulation of PCSC function and a potential application of let-7 for treatment of PCSC.

MiR-145

Recent studies have shown that miR-145 participates in the regulation of cell apoptosis, proliferation as well as neural development and stem cell differentiation. Its function on regulation of pluripotency in human embryonic stem cells (hESC) and its direct link to pluripotency gene expression were first revealed in 2009. 152 It is shown that miR-145 directly regulates pluripotency factors OCT4, SOX2 and KLF4 by targeting their 3′UTRs, respectively. Meanwhile, the transcription of miR-145 is repressed by OCT4, which uncovers a double-negative feedback loop between the factors and miR-145. 152 Yamaguchi et al. 153 have further demonstrated that via targeting KLF4 and 5, miR-145 induces the differentiation of hESC into vascular cells including endothelial cells (ECs) and vascular smooth muscle cells (SMCs). Furthermore, the repression effect of miR-145 on SOX2 expression can be blocked by human amniotic epithelial cell feeder layers and in turn maintains the pluripotency of human induced pluripotent stem cells. 154 Consistent with its tumor suppressor role, the expressional level of miR-145 is low not only in hESC and cancer cells but also in cancer stem-like cells. In PCa, Huang et al. 155 found that miR-145, in cooperation with miR-143, suppresses tumor sphere formation, expression of PCSC markers (for example, CD133, CD44) and stemness-associated markers (for example, c-Myc, OCT4, KLF4) in PC3 cells. It has been also shown that overexpression of miR-145 and miR-143 inhibits tumorigenicity and bone metastasis of PC3 cells by shutting down its properties of PCSC in vivo . 155 In addition to the PCa, the feature of miR-145 on inhibition of pluripotency of cancer stem-like cells has been shown in other cancers such as breast cancer, 156 hepatocarcinoma 157 and endometrial adenocarcinoma. 158

Other miRNAs in regulation of PCSC

MiR-320 and miR-708 are found to be associated with the acquisition of characteristics of PCSC. 159, 160 MiR-320 is downregulated in PCa and overexpression of miR-320 significantly decreases the expression of Wnt/β-catenin pathway by directly targeting β-catenin. In CD44-high subpopulation of PCa, overexpression of miR-320 suppresses while underexpression of miR-320 increases the cancer stem-like properties. 159 MiR-708 is found to directly regulate CD44 and AKT expression in PCa. Restoring miR-708 leads to decreased tumorigenesis in CD44+ PCa-initiating cells. Lower miR-708 expression is also tightly associated with recurrence and poorer survival outcome in PCa patients clinically. 160

Circulating miRNAs as biomarkers in PCa

Lawrie et al. 161 first reports the existence of circulating miRNAs in serum. Recently, it has been indicated that circulating miRNAs are promising and practicable biomarkers for noninvasive diagnosis and prognosis in various tumors including PCa. 162 MiR-141 is one of the well-reported circulating miRNAs, whose serum level is significantly higher in patients with PCa than in healthy controls. 163, 164 It is demonstrated that miR-141 has a similar effect on predicting clinical progression with other clinically validated biomarkers in PCa such as lactate dehydrogenase and PSA. 165 Further studies reveal that miR-141 and miR-375 are associated with metastatic PCa when evaluated by serum samples while miR-107 and miR-574-3p by urine samples. 166 Moreover, miR-141, miR-375 and miR-378* are found overexpressed, while miR-409-3p underexpressed in serum from CRPC patients compared with those with low-risk, localized tumors. 167 A mouse model of human PCa also validates miR-141, miR-375 along with miR-298 and miR-346 as promising serum markers for diagnosis. 168 Studies on mechanisms further indicate that miR-141 works as an oncogenic miRNA in PCa by targeting an orphan receptor small heterodimer partner (Shp), a corepressor of AR, and increasing the transcriptional activity of AR. 169

MiR-21 is another serum miRNA that can be combined with miR-141 and PSA as comarkers for elevating the positive predicting value in PCa patients. 170 Its serum level appears to be correlated with the level of PSA in both ADPC and HRPC (hormone-refractory PCa) patients and higher in docetaxel-resistant patients. 171 By evaluating the levels of miR-21, miR-141 and miR-221 in serum, miR-21 and miR-221, but not miR-141, are found significantly higher in PCa patients, which indicate a varying pattern of the three circulating miRNAs in various clinical subgroups of PCa. 172 Although miR-21 is a potentially novel marker for risk assessment, recurrence prediction and a therapeutic target for PCa, 173, 174 the validity of these applications remains to be determined. 175

Regulation of miRNAs in PCa

The pattern of miRNA regulation in PCa can be summarized as 'a single miRNA can target several mRNAs and several miRNAs may coregulate one mRNA' (Figure 3). First, one miRNA can target 'multiple' genes, which are grouped in a specific pathway or functionally related. This regulatory pattern was first reported in Drosophila and has also been uncovered in humans. 176 Here in this review, we have discussed about a series of miRNAs, their multiple targets and their functions in PCa. Second, expression of a given gene can be regulated by 'multiple' miRNAs at a post-transcriptional level. 177 In PCa, for instance, (i) AR can be regulated by >10 miRNAs including let-7c, miR-34a, miR-34c, miR-31 and miR-124; 39, 72, 93, 94, 145, 178 (ii) BTG2 can be regulated by miR-21, miR-32 and miR-148a; 16, 109 (iii) CD44 can be regulated by miR-34a and miR-708. 141, 160 Furthermore, given that miRNA regulates mRNA expression through the interaction with MRE in 3′UTR, multiple MREs for various miRNAs may mediate miRNA–miRNA interactions during regulations of PCa progression. 179 Third, a double-negative regulatory loop between miRNA and its target has been observed in PCa, such as miR-200/miR-1-Slug loop, let-7 family-Lin28 loop and miR-34b-DNMTs/HDACs loop (Figure 3). In addition, there appears to be a tissue-specific pattern in PCa, in which several miRNAs are androgen-inducible miRNAs (Figure 1) such as miR-21, miR-101, miR-125b, miR-27a and so on. 17, 18, 19, 20, 21, 135 By androgen-dependent recruitment of AR to the ARE region of their promoters, the transcription of these miRNAs are tightly regulated by the androgen and/or AR expressional level. Overexpression or underexpression of these miRNAs due to the dysregulation of AR renders the cells resistant to androgen deprivation in ADPC and stimulates cell proliferation in CRPC.

Image

Networks of interactions between miRNAs and their targets in PCa. The mutual regulation between miRNAs and their targets contributes to the tumorigenesis and progression of PCa. One miRNA can target multiple genes simultaneously (left column, shown are miR-21 and miR-145 as samples); In the meantime, multiple miRNAs can participate in the regulation of one target gene synergistically (middle column, shown are AR, BTG2 and CD44 as samples); Also a double-negative regulatory loop has been observed between miRNA and its target (right column). MiRNA represses the expression of its target while the transcription of miRNA can also be repressed by its target gene (shown are miR-200/miR-1-Slug loop and miR-34b-DNMTs/HDACs loop as samples).

Gambar ukuran penuh

Kesimpulan

Mounting evidences indicate that miRNAs can exert their functions as either tumor suppressors or oncogenes and play an important role in prostatic initiation and progression, including therapeutic resistance, PCSC, EMT and metastasis (Figure 4). With the identification of more miRNAs that have specific functions in PCa, a more detailed regulatory role of miRNAs will be revealed in tumorigenesis and progression of PCa, which may allow to accurately define the clinical application of specific miRNAs in diagnosis, treatment and prognosis of PCa.

Image

MiRNAs participate in regulation of PCa initiation, carcinogenesis and metastasis. MiRNAs, act as either tumor suppressors or oncogenes. They play roles at one particular stage or multiple stages of PCa progression including acquisition of PCSCs, tumor proliferation and invasion and metastasis. HRPC, hormone-refractory PCa; HSPC, hormone-sensitive PCa.

Gambar ukuran penuh