Характеристики взаимодействия miRNA с 5'UTR, CDS и 3'UTR mRNA кандидатных генов рака пищевода и желудка

  • A. N. Akimniyazova
  • R. E. Niyazova
  • Sh. A. Atambayeva
  • A. T. Ivashchenko Научно-исследовательский институт проблем биологии и биотехнологии, Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Казахстан, г. Алматы

Аннотация

miRNA представляют класс небольших, некодирующих RNA, которые могут регулировать экспрессию генов и связаны с приблизительно всеми известными физиологическими и патологическими процессами, особенно с раком. Экспрессия многих генов регулируется связыванием miRNA с mRNA, поэтому необходимо идентифицировать гены-кандидаты рака пищевода и желудка и в какой степени они могут взаимодействовать с miRNA. Для определения важных сайтов связывания miRNA в генах, участвующих в развитии рака пищевода и желудка, была использована программа MirTarget. В работе представлены результаты изучения характеристик взаимодействия miRNA с mRNA 121 гена, участвующих в развитии рака пищевода и желудка. Из 68 генов-кандидатов, участвующих в развитии рака пищевода, мишенями miRNA являлись 54 гена. 148 miRNA имели сайты связывания в 5'UTR, CDS и 3'UTR и средняя свободная энергия связывания (∆G) miRNA с mRNA равнялась -126 kJ/mole, -121 kJ/mole и -111 kJ/mole, соответственно. Для диагностики рака пищевода рекомендованы 20 ассоциации miRNA с mRNA, имеющих свободную энергию взаимодействия более -125 kJ/mole. Из 106 генов-кандидатов, участвующих в развитии рака желудка, мишенями miRNA являлись 86 генов. 253 miRNA имели сайты связывания в 5'UTR, CDS и 3'UTR и средняя свободная энергия связывания (∆G) miRNA с mRNA равнялась -124 kJ/mole, -116 kJ/mole и -110 kJ/mole, соответственно. Для диагностики рака желудка рекомендованы 28 ассоциации miRNA с mRNA, имеющих свободную энергию взаимодействия более -125 kJ/mole. mRNA большинства генов, содержащие два и более сайтов связывания miRNA с наложением их нуклеотидных последовательностей образуют кластеры. На основе полученных результатов рекомендуются группы ассоциаций miRNA и mRNA кандидатных генов для разработки методов ранней диагностики рака пищевода и желудка. Были установлены ранее не изученные 768 сайтов связывания 3071 miRNA, которые могут быть основными в регуляции генов, ответственных за развитие рака пищевода и желудка.
Ключевые слова: mRNA, miRNA, гены, онкологические заболевания, рак пищевода, рак желудка.

Литература

Bartel D.P. MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism, and function // Cell. - 2004. - Vol. 116. - P. 281-97.
Bartel D.P. MicroRNAs: Target Recognition and Regulatory Functions // Cell. - 2009. - Vol. 136. - P. 215-233. DOI: https://doi.org/10.1016/j.
Cipolla G.A. A non-canonical landscape of the microRNA system // Frontiers in Genetics. - 2014. - Vol. 5. - P. 1-6. doi: 10.3389/fgene.2014.00337
Naeli P., Azad F. M., Malakootian Ma., Seidah N.G., Mowla S.J. Post-transcriptional Regulation of PCSK9 by miR-191, miR-222, and miR-224 // Frontiers in Genetics. - 2017. - Vol. 8. - P. 1-7. doi: 10.3389/fgene.2017.00189
Syngal S., Brand R.E., Church J.M., Giardiello F. M., Hampel H. L., Burt R.W. ACG Clinical Guideline: Genetic Testing and Management of Hereditary Gastrointestinal Cancer Syndromes // Am J Gastroenterol. - 2015. - Vol. 110. - P. 223-262.
Torre L.A., Bray F., Siegel R.L., Ferlay J., Lortet-Tieulent J., Jemal A. Global cancer statistics, 2012 // CA Cancer J Clin. - 2015. - Vol. 65. - P. 87–108. doi: 10.3322/caac.21262.
Mathé E.A., Nguyen G.H., Bowman E.D., Zhao Y., Budhu A., Schetter A.J., Braun R., Reimers M., Kumamoto K., Hughes D., et al. MiRNA expression in squamous cell carcinoma and adenocarcinoma of the esophagus: Associations with survival // Clin Cancer Res. - 2009. - Vol. 15. - P. 6192-6200.
Zeng H., Zheng R., Zhang S., Zuo T., Xia C., Zou X., Chen W. Esophageal cancer statistics in China, 2011: Estimates based on 177 cancer registries // Thorac Cancer. - 2016. - Vol. 7. - P. 232–237. doi: 10.1111/1759-7714.12322.
Rustgi A.K., El-Serag H.B. Esophageal Carcinoma // New Engl J Med. - 2014. - Vol. 371. - P. 2499-509. 10.1056/NEJMra1314530
Lin L.L., Huang H.C., Juan H.F. Discovery of biomarkers for gastric cancer: a proteomics approach // J. Proteom. - 2012. - Vol. 75. - P. 3081-3097.
el-Rifai W.P.S. Molecular and biologic basis of upper gastrointestinal malignancy. Gastric carcinoma // SurgOncolClin N Am. - 2002. - Vol. 11. - P. 273-91.
Fornaro L., Vasile E., Aprile G., Goetze T.O., Vivaldi C., Falcone A., Al-Batran S.E. Locally advanced gastro-oesophageal cancer: Recent therapeutic advances and research directions // Cancer Treat Rev. - 2018. - Vol. 69. - P. 90-100. doi: 10.1016/j.ctrv.2018.06.012.
Jamali L., Tofigh R., Tutunchi S., Panahi G., Borhani F., Akhavan S., Nourmohammadi P., Ghaderian S.M., Rasouli M., Mirzaei H. Circulating microRNAs as diagnostic and therapeutic biomarkers in gastric and esophageal cancers // J Cell Physiol. - 2018. doi: 10.1002/jcp.26850.
Abbas M., Faggian A., Sintali D.N., Khan G.J., Naeem S., Shi M., Dingding C. Current and future biomarkers in gastric cancer // Biomed Pharmacother. - 2018. - Vol.103. - P. 1688-1700. doi: 10.1016/j.biopha.2018.04.178.
Garofalo M., Croce C.M. microRNAs: Master regulators as potential therapeutics in cancer // Annu Rev Pharmacol Toxicol. - 2011. - Vol. 51. - P. 25–43.
Zhou Y., Li R., Yu H., Wang R., Shen Z. microRNA-130a is an oncomir suppressing the expression of CRMP4 in gastric cancer // Onco Targets Ther. - 2017. - Vol. 10. - P. 3893-3905. doi: 10.2147/OTT.S139443.
Wang Z., Zhao Z., Yang Y., Luo M., Zhang M., Wang X., Liu L., Hou N., Guo Q., Song T., Guo B., Huang C. MiR-99b-5p and miR-203a-3p Function as Tumor Suppressors by Targeting IGF-1R in Gastric Cancer // Sci Rep. - 2018. - Vol. 8(1). - P. 10119. doi: 10.1038/s41598-018-27583-y.
Feng C., Xian Q., Liu S. Micro RNA-518 inhibits gastric cancer cell growth by inducing apoptosis via targeting MDM2 // Biomed Pharmacother. - 2018. - Vol. 97. - P. 1595-1602. doi: 10.1016/j.biopha.2017.11.091.
Chen M., Xia Y., Tan Y., Jiang G., Jin H., Chen Y. Downregulation of microRNA-370 in esophageal squamous-cell carcinoma is associated with cancer progression and promotes cancer cell proliferation via upregulating PIN1 // Gene. - 2018. - Vol. 661. - P. 68-77. doi: 10.1016/j.gene.2018.03.090.
Cao W., Wei W., Zhan Z., Xie D., Xie Y., Xiao Q. Regulation of drug resistance and metastasis of gastric cancer cells via the microRNA647-ANK2 axis // Int J Mol Med. - 2018. - Vol. 41(4). - P. 1958-1966. doi: 10.3892/ijmm.2018.3381.
Guanen Q., Junjie S., Baolin W., Chaoyang W., Yajuan Y., Jing L., Junpeng L., Gaili N., Zhongping W., Jun W. MiR-214 promotes cell meastasis and inhibites apoptosis of esophageal squamous cell carcinoma via PI3K/AKT/mTOR signaling pathway // Biomed Pharmacother. - 2018. - Vol. 105. - P. 350-361. doi: 10.1016/j.biopha.2018.05.149.
Berillo O., Régnier M., Ivashchenko A. Binding of intronic miRNAs with mRNAs of genes coding intronic microRNAs and proteins participating in tumourigenesis // Computers in Biology and Medicine. - 2013. - Vol. 43, № 10. - P. 1374-1381.
Londin E., Lohera P., Telonisa A.G., Quanna K., et al. Analysis of 13 cell types reveals evidence for the expression of numerous novel primate- and tissue-specific microRNAs // PNAS USA. - 2015. - Vol. 112, No. 10. - P. 1106-1115.
Kool E.T. Hydrogen bonding, base stacking, and steric effects in DNA replication // Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure. - 2001. - Vol. 30. - P. 1–22.
Leontis N.B., Stombaugh J., Westhof E. The non-Watson-Crick base pairs and their associated isostericity matrices // Nucleic Acids Research. - 2002. - Vol. 30, No. 16. - P. 3497–3531.

References

Abbas M., Faggian A., Sintali D.N., Khan G.J., Naeem S., Shi M., Dingding C. (2018) Current and future biomarkers in gastric cancer. Biomed Pharmacother., vol.103, pp. 1688-1700. doi: 10.1016/j.biopha.2018.04.178.
Bartel D.P. (2004) MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism, and function. Cell, vol. 116, pp. 281-97.
Bartel D.P. (2009) MicroRNAs: Target Recognition and Regulatory Functions. Cell, vol. 136, p. 215-233. doi: https://doi.org/10.1016/j.
Berillo O., Régnier M., Ivashchenko A. (2013) Binding of intronic miRNAs with mRNAs of genes coding intronic microRNAs and proteins participating in tumourigenesis. Computers in Biology and Medicine, vol. 43, no. 10, pp. 1374-1381.
Cao W., Wei W., Zhan Z., Xie D., Xie Y., Xiao Q. (2018) Regulation of drug resistance and metastasis of gastric cancer cells via the microRNA647-ANK2 axis. Int J Mol Med., vol. 41(4), pp. 1958-1966. doi: 10.3892/ijmm.2018.3381.
Chen M., Xia Y., Tan Y., Jiang G., Jin H., Chen Y. (2018) Downregulation of microRNA-370 in esophageal squamous-cell carcinoma is associated with cancer progression and promotes cancer cell proliferation via upregulating PIN1. Gene, vol. 661, pp. 68-77. doi: 10.1016/j.gene.2018.03.090.
Cipolla G.A. (2014) A non-canonical landscape of the microRNA system. Front Genet., vol. 5, p. 1-6. doi: 10.3389/fgene.2014.00337.
el-Rifai W.P.S. (2002) Molecular and biologic basis of upper gastrointestinal malignancy. Gastric carcinoma. SurgOncolClin N Am., vol. 11, pp. 273-91.
Feng C., Xian Q., Liu S. (2018) Micro RNA-518 inhibits gastric cancer cell growth by inducing apoptosis via targeting MDM2. Biomed Pharmacother., vol. 97, pp. 1595-1602. doi: 10.1016/j.biopha.2017.11.091.
Fornaro L., Vasile E., Aprile G., Goetze T.O., Vivaldi C., Falcone A., Al-Batran S.E. (2018) Locally advanced gastro-oesophageal cancer: Recent therapeutic advances and research directions. Cancer Treat Rev., vol. 69, pp. 90-100. doi: 10.1016/j.ctrv.2018.06.012.
Garofalo M., Croce C.M. (2011) microRNAs: Master regulators as potential therapeutics in cancer. Annu Rev Pharmacol Toxicol., vol. 51, pp. 25–43.
Guanen Q., Junjie S., Baolin W., Chaoyang W., Yajuan Y., Jing L., Junpeng L., Gaili N., Zhongping W., Jun W. (2018) MiR-214 promotes cell meastasis and inhibites apoptosis of esophageal squamous cell carcinoma via PI3K/AKT/mTOR signaling pathway. Biomed Pharmacother., vol. 105, pp. 350-361. doi: 10.1016/j.biopha.2018.05.149.
Jamali L., Tofigh R., Tutunchi S., Panahi G., Borhani F., Akhavan S., Nourmohammadi P., Ghaderian S.M., Rasouli M., Mirzaei H. (2018) Circulating microRNAs as diagnostic and therapeutic biomarkers in gastric and esophageal cancers. J Cell Physiol. doi: 10.1002/jcp.26850.
Kool E.T. (2001) Hydrogen bonding, base stacking, and steric effects in DNA replication. Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure, vol. 30, pp. 1–22.
Leontis N.B., Stombaugh J., Westhof E. (2002) The non-Watson-Crick base pairs and their associated isostericity matrices. Nucleic Acids Research, vol. 30, no. 16, pp. 3497–3531.
Lin L.L., Huang H.C., Juan H.F. (2012) Discovery of biomarkers for gastric cancer: a proteomics approach. J. Proteom., vol. 75, pp. 3081-3097.
Londin E., Lohera P., Telonisa A.G., Quanna K., et al. (2015) Analysis of 13 cell types reveals evidence for the expression of numerous novel primate- and tissue-specific microRNAs. PNAS USA, vol. 112, no. 10, pp. 1106-1115.
Mathé E.A., Nguyen G.H., Bowman E.D., Zhao Y., Budhu A., Schetter A.J., Braun R., Reimers M., Kumamoto K., Hughes D., et al. (2009) MiRNA expression in squamous cell carcinoma and adenocarcinoma of the esophagus: Associations with survival. Clin Cancer Res., vol. 15, pp. 6192-6200.
Naeli P., Azad F. M., Malakootian Ma., Seidah N.G., Mowla S.J. (2017) Post-transcriptional Regulation of PCSK9 by miR-191, miR-222, and miR-224. Front Genet., vol. 8, pp. 1-7. doi: 10.3389/fgene.2017.00189.
Rustgi A.K., El-Serag H.B. (2014) Esophageal Carcinoma. New Engl J Med., vol. 371, pp. 2499-509. 10.1056/NEJMra1314530
Syngal S., Brand R.E., Church J.M., Giardiello F. M., Hampel H. L., Burt R.W. (2015) ACG Clinical Guideline: Genetic Testing and Management of Hereditary Gastrointestinal Cancer Syndromes. Am J Gastroenterol., vol. 110, pp. 223-262.
Torre L.A., Bray F., Siegel R.L., Ferlay J., Lortet-Tieulent J., Jemal A. (2015) Global cancer statistics, 2012. CA Cancer J Clin., vol. 65, pp. 87–108. doi: 10.3322/caac.21262.
Wang Z., Zhao Z., Yang Y., Luo M., Zhang M., Wang X., Liu L., Hou N., Guo Q., Song T., Guo B., Huang C. (2018) MiR-99b-5p and miR-203a-3p Function as Tumor Suppressors by Targeting IGF-1R in Gastric Cancer. Sci Rep., vol. 8(1), pp. 10119. doi: 10.1038/s41598-018-27583-y.
Zeng H., Zheng R., Zhang S., Zuo T., Xia C., Zou X., Chen W. (2016) Esophageal cancer statistics in China, 2011: Estimates based on 177 cancer registries. Thorac Cancer, vol. 7, pp. 232–237. doi: 10.1111/1759-7714.12322.
Zhou Y., Li R., Yu H., Wang R., Shen Z. (2017) microRNA-130a is an oncomir suppressing the expression of CRMP4 in gastric cancer. Onco Targets Ther., vol. 10, pp. 3893-3905. doi: 10.2147/OTT.S139443.
Опубликована
2018-11-17
Как цитировать
AKIMNIYAZOVA, A. N. et al. Характеристики взаимодействия miRNA с 5'UTR, CDS и 3'UTR mRNA кандидатных генов рака пищевода и желудка. Experimental Biology, [S.l.], v. 76, n. 3, p. 40-61, nov. 2018. ISSN 2617-7498. Доступно на: <http://bb.kaznu.kz/index.php/biology/article/view/1339>. Дата доступа: 16 dec. 2018 doi: https://doi.org/10.1901/exp.bio.3.2018.40_41.
Раздел
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ И ГЕНЕТИКА

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

Особенность: этот модуль требует, что бы был включен хотя бы один модуль статистики/отчетов. Если ваши модули статистики возвращают больше одной метрики, то пожалуйста также выберите главную метрику на странице настроек сайта администратором и/или на страницах настройки управляющего журналом.