Mikro-RNA:t ja syöpä. ncdna (98 %) - sirna - IncRNA - mirna (1 %) - muu DNA. pcdna 2 % Transkriptio. mrna. Translaatio. mirna.

Transkriptio

1 Mohamed Guled ja Sakari Knuutila KATSAUS Mikro-RNA:t (mirna:t) ovat nimensä mukaisesti lyhyitä, keskimäärin 22 emäksen pituisia RNA:ita, joita tunnetaan ihmisellä yli kaksituhatta. Mikro-RNA-geenit sijaitsevat DNA:n intronija eksonialueilla. Ne eivät koodaa proteiineja, ja ne ovat parhaimmin tunnettu ryhmä koodaamattomista DNA-alatyypeistä. Mikro-RNA:iden pääsiallinen tehtävä on säädellä lähetti-rna:n toimintaa. Kun mirna sitoutuu lähetti-rna:han tarkkaan määrätylle alueelle, tämä joko hajoaa tai toimii virheellisesti. Mikro-RNA:t osallistuvat useimpiin ihmisen ja muiden organismien fysiologisiin toimintoihin, kuten alkionkehitykseen, morfogeneesiin, hematopoieesiin, solukasvuun ja -proliferaatioon, apoptoosiin ja aineenvaihduntaan. Häiriintyneellä toiminnalla on merkitystä monien tautien synnyssä. Tällaisia ovat esimerkiksi sydän- ja verisuonisairaudet, immunologiset taudit ja syöpä. Viimeksi mainitussa mirna:t voivat säädellä virheellisesti joko syövältä suojaavia geenejä tai kasvua edistäviä onkogeenejä. Poikkeavasti ilmentyvät mirna:t ovat syövässä käyttökelpoisia ennusteellisia ja hoidon tehoa ennakoivia biomarkkereita, ja ne tarjoavat kohteita syövän hoitoon. Tämän artikkelin seniorikirjoittaja opetti vielä vuosikymmen sitten, että vain pieni osa (noin 2 %) DNA:sta luetaan proteiineiksi ja loppu on täytettä tai roskaa (junk tai dark matter) vailla toiminnallista merkitystä. Artikkelin nuorempi kirjoittaja opettaa nykyisin, ettei täyte-dna:ta ole enää nimeksikään, sillä koodaamattomalla DNA:lla (non-coding, ncdna:lla) tiedetään olevan keskeinen merkitys geenien säätelyssä. Aiemmin jäi selittämättömäksi tosiseikka, että korkeammilla eliöillä, kuten ihmisillä, koodaavan DNA:n määrä on pienempi kuin alkeellisilla olioilla, kun taas koodaamattoman DNA:n määrä on merkittävästi suurempi. Siten geenitoiminnan säätelyn merkitys korkeammilla eliöillä korostuu. Koodaamatonta DNA:ta on useita eri luokkia. Niiden tuotteista parhaimmin tunnetaan sirna:t (small interference RNA), jotka hajottavat kohde-rna:n ja katsauksessamme käsiteltävät mirna:t (KUVA 1). Aivan hiljan on kuvattu uutena ryhmänä pitkät RNA:t (long non-coding RNA, lncrna). MikroRNA:t ovat nimensä mukaan lyhyitä, noin 22 emäksen pituisia RNA:ita, jotka säätelevät RNA-synteesin jälkeistä, posttranskriptionaalista geenien toimintaa. Ihmisellä niitä tunnetaan yli kaksituhatta (mirbase 2012). Ihmisen DNA:sta noin prosentti koodaa mirna:ta, ja proteiinia koodaavista geeneistä arviolta 30 % on mirna:iden säätelemiä (Iorio ja Croce 2009). Arviolta puolet mirna-geeneistä sijaitsee proteiinia koodaavien geenien intronialueilla ja puolet geenien mirna ncdna (98 %) - sirna - IncRNA - mirna (1 %) - muu DNA pcdna 2 % mrna Proteiini Transkriptio Translaatio Kuva 1. Proteiinia koodaavien (pc) ja ei-koodaavien (nc) geenien prosenttiosuus ja mirna:n vaikutuskohteet. Yhtenäinen punainen viiva = pääasiallinen vaikutus on estää lähetti-rna:n (mrna:n) translaatio ja proteiinisynteesi. Punainen katkoviiva = mirna vaikutus transkriptio- ja proteiinitasolla. sirna = pieni interferoiva RNA. IncRNA = pitkä ei-koodaava RNA. prosenttiosuus kaikesta tuman DNA:sta. (Lehto 2012) 1661 = Toimitus suosittelee erityisesti opiskelijoille Duodecim 2013;129:1661 9

2 KATSAUS 1662 ulkopuolella toiminnallisissa ryppäissä, jolloin nämä mirna-geenit toimivat koordinoidusti. Mikro-RNA:ta koodaavissa geeneissä on proteiinia koodaavien geenien kaltainen säätelyeli promoottorialue, joten niiden transkription säätely ei eroa proteiinia koodaavien geenien säätelystä. Yhtä proteiinia koodaavaa geeniä voivat säädellä useammat, jopa sadat mirna:t, ja yksi ja sama mirna saattaa säädellä lukuisia geenejä. Useimmat fysiologiset tapahtumat, kuten organogeneesi, solujen erilaistuminen, apoptoosi, immuunivaste ja aineenvaihdunta, ovat mirna:iden säätelemiä. Toimiessaan virheellisesti mirna:t ovat mukana useimpien tautien (esim. syövän sekä infektio-, sydän- ja verisuonitautien) synnyssä. Tietämys mirna:iden liittymisestä patologisiin tiloihin on avannut mahdollisuuden kehittää mirnapohjaisia hoitomuotoja. Tämä koskee etenkin syöpätauteja. Terminologiaa Mikro-RNA:t nimetään kolmen kirjaimen etuliitteellä, mir, jota seuraa yleensä yhdysmerkin jälkeen löytymisjärjestystä kuvaava numero (esim. mir-199). Poikkeuksena ovat Let-perheen mirna:t, jotka kuuluvat ensimmäisiin sukkulamadossa löydettyihin mirna:ihin; poikkeava nimitys on jäänyt käyttöön. Jos tietyllä mirna:lla on useita koodaavia geenejä, lisätään ylimääräinen numero yhdysmerkin jälkeen (esim. mir-1-1 ja mir-1-2). Samaan perheeseen kuuluvat mirna:t erotetaan numeron jälkeisellä pienellä kirjaimella aakkosjärjestyksessä (esim. mir-199a, mir-199b). Jotkut pri-mirna:t (katso jäljempänä) tuottavat kaksi kypsää mirna-tuotetta, yksi kummastakin niin sanotun hiuspinnirakenteen (hair pin) haarasta eli säikeestä. Tällöin mirna:n vastakkaiset säikeet 5 ja 3 merkitään esimerkiksi mir p ja mir-199-3p. Kloonauksella on voitu varmistaa joidenkin mirna:iden osalta, kumpi säikeistä ensisijaisesti tuottaa toimivan mirna:n. Ensisijainen muoto merkitään esimerkiksi mir-31 ja sekundaarinen muoto mir-31* (Griffiths-Jones 2004). Mikro-RNA:n kuvauksen eteen voidaan tarvittaessa liittää organismiin viittaava kolmen kirjaimen etuliite, ihmisellä hsa (esim. hsa-mir-31). mirnomi-käsite kuvaa mirna-profiilia eli kaikkien mirna:iden ilmentymistasoa samanaikaisesti. Mikro-RNA:iden synteesi ja toiminta Mikro-RNA:t kuvattiin ensi kertaa vuonna 1993, kun sukkulamadon (Caenorhabditis elegans) lin-4-lokuksen todettiin olevan pienen koodaamattoman RNA:n säätelyn alaisena (Lee ym. 1993). Lin-4 säätelee toukan oikeaaikaista kehitystä aikuiseksi. Lin-4-geenin todettiin koodaavan kahta erilaista tuotetta: epäkypsää ja kypsää mirna:ta. Kypsän muodon emäsjärjestys on komplementaarinen kohdegeenin, tässä tapauksessa lin-14-geenin, loppupään (3 -UTR) emäsjärjestykselle, jota ei käytetä luentaan. Lin-4-miRNA:n kiinnittyminen kohdegeeniinsä estää aminohappojen synteesin (translaation). Vuoden 2006 lääketieteen ja fysiologian Nobelin palkinnon saajat Andrew Fire ja Craig Mello kuvasivat läpimurtoartikkelissaan Naturessa vuonna 1998 mekanismin, jolla kaksisäikeinen RNA säätelee geenien ilmentymistä sukkulamadossa (Fire ym. 1998). KUVASSA 2 on esitetty mirna:iden synteesi ja toiminta. Monivaiheisessa synteesissä pitkästä (yli emästä) primaarimuodosta syntyy kaksisäikeisen välivaiheen kautta mrna:ta säätelevä, useimmiten 22 emästä sisältävä yksisäikeinen kypsä mirna. Äskettäin ilmestyneessä Treiberin ym. (2012) katsauksessa on esitetty kattavasti mirna:iden synteesi ja toiminta. Mikro-RNA:t siis pysäyttävät translaation tai hidastavat sitä, joten niiden vaikutus on tällöin geenitoimintaa estävä. Mikäli kohdegeenin mirna:n sitoutumiskohdan ja mirna:n emäsjärjestyksen vastaavuus on täydellinen, lähetti-rna hajoaa. Jos näissä on vain osittainen yhteneväisyys, lähetti-rna:n toiminta saattaa säilyä mutta häiriintyä. Tunnistamiseen tarvitaan ainakin viiden emäksen vastaa- M. Guled ja S. Knuutila

3 mirna-geeni Tuma Sytoplasma (Pri-miRNA) (Pre-miRNA) (Kypsä mirna) Kohde-mRNA Translaation estyminen Kohde-mRNA:n tuhoutuminen Kuva 2. Mikro-RNA-synteesi ja toimintaperiaatteet (Bhatt ym. 2011). vuus. Mutaatiot ja kopiomäärän muutokset sekä mirna:ssa että kohdegeenissä saattavat vaikuttaa häiriintyneeseen geenitoimintaan. Syövässä mirna:n vaikutus voi olla onkogeenin tai suojaavan geenin kaltainen kohdegeenin mukaan. Jos kohteena on kasvunrajoitegeeni eli syövältä suojaava geeni, mirna:n toiminnan voimistuminen aiheuttaa syöpää. Sairautta edistävä vaikutus syntyy niin ikään, jos mirna:n toiminnan heikentymisen vuoksi kasvutekijägeeni jää vaille säätelyä ja alkaa toimia onkogeenin tavoin (Calin ym. 2004). Yhdellä mirna:lla voi olla useita eri tavalla toimivia kohdegeenejä, ja mirna:t ovat myös epigeneettisen metylaatiosäätelyn alaisia. Mikro-RNA:iden säätelyverkosto on siis monimutkainen, monitasoinen ja hyvin monivaikutteinen. Kaikkia mirna:iden tehtäviä ei tunneta. Ne saattavat esimerkiksi lisätä kohteena olevan lähetti-rna:n ilmentymistä tai jopa sen sijasta sitoutua kohdeproteiiniin. Kohdegeenien määrittämiseen, geenien toimintaverkostojen ja tautimekanismien jäljittämiseen sekä mirna:n säätelemien kohdegeenien tunnistamiseen on kehitetty mirna:n ja kohdegeenin lähetti-rna:n emäsjärjestyksen vastaavuuteen perustuvia menetelmiä. Käytettävissä on lukuisia tietokantoja kohdegeenin ennustamiseksi. Yksittäisen geenin poikkeavuuden sijasta geenien toimintaverkostot (gene pathways) ovat tautimekanismin ymmärtämisen kannalta merkittäviä. Siksi mirna:n säätelemien kohdegeenien avulla pyritäänkin jäljittämään häiriintynyt toimintaverkosto ja päättelemään siitä molekulaarinen tautimekanismi. Mikro-RNA:iden merkitystä tautimekanismin selvittämisessä kuvataan tutkimuksessa jossa osoitimme, että Wnt/β-kateniinin toimintaverkoston aktivoituneet geenit ovat Dupuytrenin kontraktuurassa ali-ilmentyneiden mirna:iden kohdegeenejä (Mosakhani ym. 2010). Näin ollen tiettyjen mirna:iden lamaantuminen aiheuttaa Wnt/β-kateniinin verkoston aktivoitumisen. KUVASSA 3 nähdään ali-ilmentyneet mirna:t ja niiden yli-ilmentyneet Wnt/β-kateniinin reitin kohdegeenit. Esimerkki valaisee hyvin, kuinka mirna-profilointiin perustuvan kohdegeenien ja toimintaverkoston jäljittämisen avulla tautimekanismi pystytään selvittämään pienessä (aineistossamme vain 29 potilasta), hyvin valitussa potilasaineistossa. Muut tutkijaryhmät ovat päätyneet samaan Wnt/β- 1663

4 KATSAUS 1664 kateniinin toiminta verkoston häiriöön tutkimalla polymorfisten markkereiden (SNP, single nucleotide polymorphism) kytkeytymistä tautiin, mutta tämä menetelmä edellytti tuhansien potilaiden tutkimista (Dolmans ym. 2011). Mikro-RNA ja syöpä Historiaa. Carlo Croce osoitti tutkijaryhmänsä kanssa ensimmäisenä niinkin vähän aikaa sitten kuin vuonna 2002 mirna:n liittyvän leuke mian syntyyn. Jäljittäessään kohdegeenejä kroonisessa lymfaattisessa leukemiassa toistuvasti esiintyvästä ja ennusteellisesti merkittävästä 13. kromosomin deleetiosta 13q14 he havaitsivat, että deleetio sisälsi kaksi mirna-geeniä eli mir-15a:n ja mir-16-1:n geenit (Calin ym. 2002). Sittemmin on osoitettu, että näiden mirna-geenien häviäminen deleetion myötä aiheuttaa BCL-2-geenin irtaantumisen säätelystä, jolloin se alkaa toimia itsenäisesti onkogeenin tavoin. Sama tutkijaryhmä osoitti koko genomin kattavilla mirna-profiloinneilla pari vuotta myöhemmin, että jopa puolet mirnageeneistä sijaitsee kromosomistossa niin sanotuilla onkogenomisilla alueilla erityisesti genomin syövälle altistavissa kromoso mien hauraissa kohdissa sekä syöpiin liittyvissä kromosomiston deleetio-, amplifikaatio- ja metylaatiokohdissa (Calin ym. 2004). Mikro-RNA:t syövän synnyn eri vaiheissa. KUVASSA 4 on esitetty keskeisimmät molekulaariset tapahtumat, jotka ovat häiriintyneet syövässä. Mikro-RNA:t voivat olla osallisena näissä kaikissa. Genomimuutosten (mutaatiot, deleetiot, monistumat, geenifuusiot) ja epigeneettisten muutosten, kuten metylaation ja asetylaation, tiedetään aiheuttavan virheellistä mirna-toimintaa. Edelleen mirna-häiriö voi johtua transkriptiotekijöiden välittämästä virheellisestä mirna-geenin ilmentymisestä, häiriintyneestä mirna:n prosessoinnista tai sen poikkeuksellisesta hajoamisesta. Ulkoiset tekijät, kuten säteily, mikrobit (esim. virukset, bakteerit ja alkueläimet), kemikaalit (esim. tupakka) ja fysikaaliset tekijät (esim. asbesti) aiheuttavat myös muutoksia koodaamattomaan DNA:han, ja seurauksena on siten virheellinen geenitoiminnan säätely. ADAM12 COL13A1 COL5A2 MAFB POSTN TGFBI TNC WNT5A ZIC1 mir-494 mir-30b mir-296-5p mir-29c mir-22 mir-206 mir-204 mir-1238 mir-1229 mir-143 mir-140-5p mir-130b mir Kuva 3. Dupuytrenin kontraktuurassa ali-ilmentyneet mirna:t ja niiden yli-ilmentyneet kohdegeenit (Mosakhani ym. 2010). Lisäksi mirna:iden ja niiden kohdegeenien sitoutumiskohtien polymorfismeilla (sisäiset tekijät) on osoitettu olevan yhteyksiä syövälle altistavaan geenien säätelyyn. Hiljan ilmestyneessä Patologia-oppikirjassa taulukossa 7.58c on esitetty, miten yksittäiset mirna:t ja niiden aiheuttamat säätelyhäiriöt liittyvät mainittuihin syövän molekulaarisiin tyyppipiirteisiin (Lehto ym. 2012). Jäljempänä esitetään vain joitakin yleispiirteitä mirna:iden poikkeavuuksista ja niiden vaikutuksesta syöpägeenien säätelyyn. Monet syöpien tyyppikromosomideleetiot ja -monistumat sisältävät mirna-geenin, usein mirna-geeniryppään. Tällöin deletoituneet mirna-geenit (seurauksena mirnailmentymisen vähentyminen) jättävät kasvutekijägeenit vaille säätelyä ja muuttavat ne onkogeeneiksi. Monistuneet mirna-geenit M. Guled ja S. Knuutila

5 Häiriömekanismin syy Ulkoiset tekijät Säteily Mikrobit Kemikaalit (tupakka) Fysikaaliset tekijät (asbestikuidut) Sisäiset tekijät Genomin rakenne DNA polymorfiat Evoluutio Sopeutuminen Häiriömekanismi Genomin muutokset Deleetiot Monistumat Fuusiot Mutaatiot Muut Epigeneettiset muutokset Metylaatio Asetylaatio Muut Muu DNA Muut Virhe transkriptiofaktoreiden välittämässä mirna-geenin ilmentymässä Virhe mirna:n prosessoinnissa Virhe mirna:n hajottamisessa DNA RNA-säätelyhäiriö ncdna (mirna) pcdna (mrna) Syövän molekulaariset tapahtumat Syövässä vialla DNA-synteesi DNA:n korjaus DNA:n vakaus Kromatiinin eheys Solukasvu Solukuolema Immuunivaste Solujen liikkuminen Etäpesäkkeiden muodostuminen Kuva 4. Mikro-RNA:t syövän synnyn eri vaiheissa, mirna:iden poikkeavan ilmentymisen aiheuttavat häiriömekanismit ja näiden syyt. vaimentavat kasvunrajoitegeenejä; tällöinkin vaikutus on syöpää synnyttävä. Samalla tavalla kuin deletoituneet mirna-geenit, myös metyloituneet, vaimentuneet mirna-geenit jättivät kohdegeeninsä ilman kontrollia. Metyloitunut mirna-geeni on siis vaikutukseltaan yleensä kasvutekijägeenien toimintaa lisäävä eli onkogeenin kaltainen, kun taas proteiinia koodaavan geenin metyloituminen on suojaavan geenin toimintaa estävä. Kasvutekijägeenejä säätelevien mirna-geenien ja syövältä suojaavien geenien inaktivoituminen metylaation kautta on merkittävä syöpää synnyttävä tapahtuma. Metylaatiosta ja muista niin sanotuista epigeneettisistä mekanismeista on äskettäin ollut kattava katsaus Duodecim-lehdessä (Tieva ja Peltomäki 2012). Kliinisesti merkittävien mirna:iden löytäminen mikrolevytestillä. Kun mirna:iden yhteys syöpään oli vahvistunut, alettiin selvittää, tarjoaisivatko ne käyttökelpoisia biomarkkereita kliiniseen käyttöön. Olisiko niistä apua syöpätautien luokittelussa, erotusdiagnostiikassa, ennusteen tai hoitotuloksen arvioinnissa tai avaisivatko ne molekulaarisia kohteita syövän hoidolle? Edelleen kysyttiin, kertoisivatko mirna:t taudin etiologiasta esimerkiksi arvioitaessa, onko keuhkosyöpä tupakan tai asbestin aiheuttama, tai pohdittaessa, mikä rooli viruksilla on taudin patogeneesissä. Jotta näihin kysymyksiin voitiin löytää vastauksia, tuli kehittää koko genomin kattavia mikrolevytestejä. Nykyisin onkin käytettävissä hyvin toimivia mikrolevytestejä tunnettujen mirna:iden ilmentymisen osoittamiseksi yhdellä ainoalla analyysillä (Lu ym. 2005). Verrattuna lähetti- RNA:han mirna:iden tutkimista helpottaa niiden pieni koko ja vähäinen määrä. Lisäksi ne kestävät hyvin ulkoisia tekijöitä. Esimerkiksi formaliiniin fiksoiduissa ja parafiiniin valetuissa kudosnäytteissä mirna:t säilyvät hyvin, jolloin mikrolevytesti onnistuu. Jopa lievän dekalsifikaation jälkeen luuytimen biopsianäytteet ovat kelvollisia mirna-analyysiin (Borze ym. 2011a ). Seerumissa vapaana olevaa mirna:ta ja ruumiinnesteissä (sylki, virtsa, pleura), ulosteessa ja ysköksessä olevien solujen mirna:ta voidaan hyödyntää. Tämä on avannut aivan uusia mahdollisuuksia biomarkkeritutkimukseen, erityisesti taudin kajoamattomaan diagnosoimiseen ja seurantaan (Cortez ym. 2011). Mikro-RNA:iden kliininen merkitys syöpätaudeissa Syövän mirna-tutkimuksia on tehty kymmenen viime vuoden aikana kiihtyvällä vauhdilla. Julkaisuja on löydettävissä hakusanoilla 1665

6 KATSAUS 1666 YDINASIAT 88Mikro-RNA:t ovat lyhyitä, noin 22 emäsparin pituisia RNA:ita. 88Mikro-RNA:t säätelevät geenien toimintaa estämällä nukleiinihapposynteesin eli translaation. 88Mikro-RNA:t säätelevät kaikkien organismien keskeisiä fysiologisia tapahtumia. 88Mikro-RNA:iden ilmentymishäiriöt ovat mukana monien sairauksien, erityisesti syövän, patogeneesissä. 88Mikro-RNA-profiileja voidaan hyödyntää syöpätaudeissa diagnostisina, ennusteellisina, hoitotulosta ennakoivina ja etiologisina biomarkkereina. 88Mikro-RNA:t avaavat uusia mahdollisuuksia syövän hoitoon. mirna ja cancer PubMedin tietokannasta yli TAULUKKOON on kerätty joitakin keskeisiä katsauksia syöpätyypeittäin. Diagnostiikka ja erotusdiagnostiikka. Genomin laajuisilla mikrolevytesteillä on osoitettu, että saatu profiili (mirnomi) erottelee hyvin syöpäkudoksen vastaavasta normaalista kudoksesta (Guled ym. 2009). Profiilin avulla on mahdollista luokitella saman syövän alatyypit jopa huonosti erilaistuneissa syövissä (Lu ym. 2005, Volinia ym. 2006). Mikro-RNA:n profiilin erottelukyky on yleensä parempi kuin geeniekspressiolla saadun lähetti-rna-profiilin. Merkityksellistä on niin ikään se, että mirna-profiloinnilla voidaan määrittää etäpesäkkeen alkuperä (Rosenfeld ym. 2008). Ennuste. Monet syövät, kuten keuhko- ja mahasyöpä sekä lasten akuutti lymfoblastileukemia (Mosakhani ym. 2012, Qi ym. 2012, Song ym. 2012), voidaan jakaa mirna-profiloinnin tai yksittäisten mirna:iden perusteella hyvän ja huonon ennusteen alatyyppeihin. Kliinisessä diagnostiikassa ei tietääksemme kuitenkaan vielä käytetä mirna-analyysia ennusteen arvioinnissa. Hoitotulosta ennakoiva merkitys. Monet lääkeaineiden kohdegeenit esimerkiksi rinta-, maha- ja keuhkosyövissä ovat mirna:iden säätelemiä (Krell ym. 2012, Qi ym. 2012, Song ym. 2012). Omassa tutkimuksemme löysimme EGFR-vasta-ainehoitoa saaneilla suolistosyöpäpotilailla kaksi poikkeavasti ilmentyvää mirna:ta (mir-31 ja mir-592), jotka erottelivat hoidolle herkät potilaat hoitoresistenteistä (Mosakhani ym. 2012). Lisäksi Let-7 erotteli huonon ennusteen potilaat hyvän ennusteen potilaista. ASCON:n vuoden 2012 kokousabstraktissa ranskalaiset tutkijat tekivät saman havainnon. Tätä tutkimustulosta saatetaan tulevaisuudessa hyödyntää valittaessa potilaita vasta-ainehoitoon ja se voi avata mahdollisuuksia molekulaarisesti kohdistetun, yksilöllistetyn hoidon kehittämiseen. Etiologia. Tupakointiin liittyvissä taudeissa, kuten keuhkosyövässä, on osoitettu olevan oma mirna-profiilinsa, joka erottelee suurella todennäköisyydellä tupakoivat savuttomista (Banerjee ja Luettich 2012). Mesotelioomassa tutkijaryhmämme tunnisti asbestiin liittyviä mirna:ita, jotka luokittelivat kaikki näytteet oikein asbestietiologian perusteella (Nymark ym. 2011, Kettunen ja Knuutila 2013) (KUVA 5). Tupakoinnin ja asbestin aiheuttamien syöpien molekulaarinen säätelymekanismi on siis erilainen kuin syöpien, joihin ei liity tällaista altistusta. Virusetiologian syövissä on niin ikään osoitettu olevan tyypillinen mirna-profiili. Tällaisia ovat ainakin nasofaryngeaalinen ja hepatosellulaarinen karsinooma, Kaposin sarkooma ja myelodysplastinen oireyhtymä (Borze ym. 2011b, Katayama ym. 2012, Lo ym. 2012). TAULUKKO. Katsauksia mirna:iden merkityksestä eri syöpätaudeissa. Syöpä Katsaus Rintasyöpä Krell ym Keuhkosyöpä Qi ym Mahasyöpä Song ym Maksasyöpä Wang 2012 Eturauhassyöpä Hassan ym Gynekologiset syövät Torres ym Verisyövät Fatica ym M. Guled ja S. Knuutila

7 A Voimakas ilmentyminen hsa-mir p hsa-mir-871-5p hsa-mir-805 hsa-mir-202 hsa-mir-939 hsa-mir-24-1* hsa-mir-148b hsa-mir-374a Altistumattomat Altistuneet Heikko ilmentyminen B Ilmentymistaso (log2) 14 hsa-mir DOK AC AC AC AC AC AC AC AC AC AC SCC SCC SCC SCC SCC SCC SCC Kuva 5. A) Mikro-RNA-profiilin avulla voidaan erottaa toisistaan asbestialtistukseen liittyvät ja siihen liittymättömät syöpäkudokset ei-pienisoluisessa keuhkosyövässä. B) mir-205:n poikkeava yli-ilmentyminen on spesifistä keuhkojen levyepiteelikarsinoomalle (squamous cell carcinoma, SCC). mir-205:n kohdegeeni DOK4 vastaavasti ali-ilmentyy. Molempien ilmentyminen on normaalia adenokarsinoomanäytteissä (AC) (Nymark ym. 2001). Mikro-RNA:t syövän hoidossa Syövän hoidossa käytetään kahta eri pää menetelmää: mirna:iden vaimentamista vastinsäiemenetelmällä ja mirna:iden korvaamista (Kong ym. 2012) (KUVA 6). Synteettisillä vastinsäieoligonukleotideilla (antagomirs) on voitu vähentää kohdistetusti mirna:den ilmentymistä in vivo. Vastinsäieoligonukleotidit ovat yksisäikeisiä molekyylejä, jotka estävät mirna:n kiinnittymisen kohdegeenin sytoplasmassa. Mikäli halutaan lisätä mirna:n ilmentymistä, käytetään mirna-jäljitelmiä tai -korvikkeita (mimic, mimetic) lisäämään mirna:n määrää (Kong ym. 2012). Mikro- RNA-korvikkeet ovat kaksisäikeisiä, sillä mirna:n kypsymiselle välttämätön mirisckompleksi ei muodostu, jos korvike on yksisäikeinen. Mikro-RNA:den käyttöä syövän tavanomaisen lääkehoidon rinnakkaishoitona tutkitaan parasta aikaa monissa hoitokokeiluissa. Lähitulevaisuudessa näemme, vahvistuvatko 1667

8 KATSAUS A B AAA AAA AAA AAA LNA (locked nucleid acid) mirna Muokattu RNA Kohde-mRAN Nanopartikkeli Vasta-aine Syöpäspesifinen ligandi Kuva 6. Mikro-RNA-pohjainen hoitomuoto. A) Mikro-RNA:n vaimentaminen. Yksijuovainen LNA-molekyyli sitoutuu mirna:han komplementaarisesti, jolloin kohdegeenin sitoutuminen estyy. B) Mikro-RNA:n korvaamisessa käytetään kaksisäikeistä muokattua ns. korvike-mirna:ta, joka sitoutuu suoraan tai nanopartikkelin avulla komplementaariseen säikeeseen (Kong ym. 2012) lupaavat alustavat hoitotulokset (Di Leva ym. 2012). Lopuksi Mikro-RNA:iden löytyminen ja niiden toiminnan ymmärtäminen geenien säätelyssä on mahdollistanut syövän ja monien muiden sairauksien tautimekanismien aiempaa syvälli semmän ymmärtämisen. Biolääketieteellisen tutkimuksen tämän vuosikymmenen kuumin tutkimusalue on eittämättä mirna:t. Seuraavan vuosikymmenen suuri aalto on mirna:iden siirtyminen kliiniseen käyttöön. Niiden hyödystä syöpätautien diagnostiikassa sekä ennusteen ja hoitotuloksen arvioimisessa on jo nyt näyttöä. Syöpä on loputtoman kompleksinen tauti, joka sisältää lukuisia genomisia DNA-vaurioita (mutaatioita) ja geenitoiminnan säätelyyn liittyviä epigeneettisiä muutoksia (lähinnä metylaatioon ja mirna:han liittyviä). Tämän vuoksi hyvistä hetkellisistä hoitotuloksista huolimatta pitkäaikaista parantumista ei saada aikaan yhteen geeniin kohdistetulla täsmähoidolla yleisissä pitkälle edenneissä syövissä, kuten keuhko- ja kolorektaalisyövässä, vaan miltei aina syöpä onnistuu löytämään uuden tavan jatkaa kontrolloimatonta kasvuaan. Nähtäväksi jää, johtavatko nykyiset in vitroja koeleäintutkimukset toivottuun tulokseen eli kokonaisen spesifisesti syöpään liittyvän geenien toimintaverkoston hävittämiseen mirna:iden avulla, ilman että aiheutetaan haittavaikutuksena suurta tuhoa normaaleissa soluissa. MOHAMED GULED, LL, tohtorikoulutettava SAKARI KNUUTILA, FT, professori Helsingin yliopisto, Haartman-Instituutti, patologian osasto Sidonnaisuudet Kirjoittajilla ei ole sidonnaisuuksia M. Guled ja S. Knuutila

9 KIRJALLISUUTTA Banerjee A, Luettich K. MicroRNAs as potential biomarkers of smoking-related diseases. Biomark Med 2012;6: Bhatt K, Mi QS, Dong Z. micrornas in kidneys: biogenesis, regulation, and pathophysiological roles. Am J Physiol Renal Physiol 2011;300:F Borze I, Guled M, Musse S, ym. MicroRNA microarrays on archive bone marrow core biopsies of leukemias-method validation. Leuk Res 2011(a);35: Borze I, Scheinin I, Siitonen S, Elonen E, Juvonen E, Knuutila S. mirna expression profiles in myelodysplastic syndromes reveal Epstein-Barr virus mir-bart13 dysregulation. Leuk Lymphoma 2011(b);52: Bowley E, O Gorman DB, Gan BS. Beta-catenin signaling in fibroproliferative disease. J Surg Res 2007;138: Calin GA, Dumitru CD, Shimizu M, ym. Frequent deletions and down-regulation of micro-rna genes mir15 and mir16 at 13q14 in chronic lymphocytic leukemia. Proc Natl Acad Sci U S A 2002;99: Calin GA, Sevignani C, Dumitru CD, ym. Human microrna genes are frequently located at fragile sites and genomic regions involved in cancers. Proc Natl Acad Sci U S A 2004;101: Cortez MA, Bueso-Ramos C, Ferdin J, Lopez-Berestein G, Sood AK, Calin GA. MicroRNAs in body fluids the mix of hormones and biomarkers. Nat Rev Clin Oncol 2011;8: Di Leva G, Briskin D, Croce CM. Micro- RNA in cancer: new hopes for antineoplastic chemotherapy. Ups J Med Sci 2012; 117: Dolmans GH, Werker PM, Hennies HC, ym. Dutch Dupuytren Study Group; German Dupuytren Study Group; LifeLines Cohort Study; BSSH-GODD Consortium. Wnt signaling and Dupuytren s disease. N Engl J Med 2011;365: Fatica A, Bozzoni I. Role of micrornas in hematological malignancies. Expert Rev Hematol 2009;2: Fire A, Xu S, Montgomery MK, Kostas SA, Driver SE, Mello CC. Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature 1998; 391: Griffiths-Jones S. The microrna Registry. Nucleic Acids Res 2004;32:D109 D111. Guled M, Lahti L, Lindholm PM, ym. CDKN2A, NF2, and JUN are dysregulated among other genes by mirnas in malignant mesothelioma -A mirna microarray analysis. Genes Chromosomes Cancer 2009; 48: Hassan O, Ahmad A, Sethi S, Sarkar FH. Recent updates on the role of micrornas in prostate cancer. J Hematol Oncol 2012;5:9. Iorio MV, Croce C. MicroRNAs in cancer: small molecules with huge impact. J Clin Oncol 2009;27: Katayama Y, Maeda M, Miyaguchi K, ym. Identification of pathogenesis-related micrornas in hepatocellular carcinoma by expression profiling. Oncol Lett 2012; 4: Kettunen E. Knuutila S. Malignant mesothelioma, molecular markers. Kirjassa: Anttila SL, Boffetta P, Straif K, toim. Occupational cancers: clinical and pathological features, assessment and diagnosis. Basel: Springer 2013 (painossa). Kong YW, Ferland-McCollough D, Jackson TJ, Bushell M. micrornas in cancer management. Lancet Oncol 2012;13: e Krell J, Frampton AE, Jacob J, Castellano L, Stebbing J. mirnas in breast cancer: ready for real time? Pharmacogenomics 2012;13: Lee Y, Kim M, Han J, ym. MicroRNA genes are transcribed by RNA polymerase II. EMBO J 2004;23: Lehto V-P.. Kirjassa: Mäkinen M, Carpén O, Kosma V-M, Lehto V-P, Paavonen T, Stenbäck F, toim. Patologia. Jyväskylä: Kustannus Oy Duodecim 2012, s Lo AK, Dawson CW, Jin DY, Lo KW. The pathological roles of BART mirnas in nasopharyngeal carcinoma. J Pathol 2012; 227: Lu J, Getz G, Miska EA, ym. MicroRNA expression profiles classify human cancers. Nature 2005;435: mirbase. mirna_summary.pl?org=hsa Mosakhani N, Guled M, Lahti L, ym. Unique microrna profile in Dupuytren s contracture supports deregulation of β-catenin pathway. Mod Pathol 2010;23: Mosakhani N, Lahti L, Borze I, ym. MicroRNA profiling predicts survival in anti-egfr treated chemorefractory metastatic colorectal cancer patients with wild-type KRAS and BRAF. Cancer Genet 2012;205: Mosakhani N, Sarhadi VK, Usvasalo A, ym. MicroRNA profiling in pediatric acute lymphoblastic leukemia: novel prognostic tools. Leuk Lymphoma 2012; 53: Nymark P, Guled M, Borze I, ym. Integrative analysis of microrna, mrna and acgh data reveals asbestos- and histology-related changes in lung cancer. Genes Chromosomes Cancer 2011;50: Qi J, Mu D. MicroRNAs and lung cancers: from pathogenesis to clinical implications. Front Med 2012;6: Rosenfeld N, Aharonov R, Meiri E, ym. MicroRNAs accurately identify cancer tissue origin. Nat Biotechnol 2008;26: Song JH, Meltzer SJ. MicroRNAs in pathogenesis, diagnosis, and treatment of gastroesophageal cancers. Gastroenterology 2012; 143: Tieva A, Peltomäki P. Epigeneettiset muutokset syövässä. Duodecim 2012; 128: Torres A, Torres K, Maciejewski R, Harvey WH. MicroRNAs and their role in gynecological tumors. Med Res Rev 2011; 31: Treiber T, Treiber N, Meister G. Regulation of microrna biogenesis and function. Thromb Haemost 2012;107: Wang XW, Heegaard NH, Orum H. Micro- RNAs in liver disease. Gastro ente ro logy 2012;142: Varallo VM, Gan BS, Seney S, ym. Betacatenin expression in Dupuytren s disease: potential role for cell-matrix interactions in modulating beta-catenin levels in vivo and in vitro. Oncogene 2003;22: Volinia S, Calin GA, Liu CG, ym. A micro- RNA expression signature of human solid tumors defines cancer gene targets. Proc Natl Acad Sci U S A 2006;103: Summary MicroRNAs and cancer MicroRNAs (mirnas) are group of noncoding RNAs that have been shown to regulate posttranscriptional gene expression. They have been under intense investigation since their association with cancer a decade ago. Genome wide detection methods have been developed to identify mirna profiles in variety of biological systems and to confirm their involvement in different physiological and pathological processes. MiRNA implication in cancer pathology (tumor development, progression and response to therapy), perhaps the most widely studied mirna topic, make them potential diagnostic, prognostic and predictive biomarkers. Currently, researchers are exploiting the possibilities of mirna-based anti-cancer therapies and in the near future such therapies alone or in combination with other treatment modalities might be a reality.