CC BY
133
УДК 616.379-008.64:612.015.32
МИКРОРНК, РЕГУЛИРУЮЩИЕ АДИПОГЕНЕЗ ПРИ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ 2 ТИПА
Тофило М.А. Егорова Е.Н.
ФГБОУ ВО Тверской государственный медицинский университет МЗ России, г. Тверь, Россия Аннотация. МикроРНК регулируют различные звенья патогенеза сахарного диабета, включая действие инсулина, экспрессию адипокинов, адипогенез, метаболизм липидов. Разные типы микроРНК могут, как активировать, так и ингибировать адипогенез, путем влияния на определенные субстраты внутриклеточных сигнальных путей. Измерение уровня экспрессии микроРНК в крови позволяет использовать их в качестве биомаркеров и предикторов заболевания. Применение искусственно синтезированных олигонуклеотидных последовательностей микроРНК и их антагонистов в качестве лекарств является инновационным способом терапевтического воздействия при сахарном диабете. Обзор представляет собой анализ роли микроРНК, как положительно, так и негативно регулирующих адипогенез в условиях ожирения и инсулинорезистентности.
Ключевые слова. микроРНК, адипогенез, инсулинорезистентность, ожирение, сахарный диабет, адипоциты, преадипоцит, биомаркер.
В настоящее время одной из актуальных проблем здравоохранения развитых стран является ожирение, так как оно провоцирует развитие тяжелых метаболических заболеваний, одним из которых является сахарный диабет 2 типа. На данный момент более 422 миллионов человек в мире страдают сахарным диабетом, и тенденция к росту заболеваемости сохраняется, не смотря на достижения современной медицины [1]. Это обстоятельство определяет необходимость более детального изучения патогенеза сахарного диабета 2 типа, ожирения и инсулинорезистентно-сти, в частности факторов, регулирующих развитие этих нарушений, для поиска новых биомаркеров и потенциальных терапевтических мишеней.
Жировая ткань это важный орган, обеспечивающий множество ключевых физиологических процессов, таких как депонирование липидов для поддержания энергетического гомеостаза и инсулиночувствительность всего организма [2]. Клеточный состав жировой ткани представлен зрелыми адипоцитами, а также преадипоцитами, мезенхимальными стволовыми клетками (МСК),
эндотелиальными клетками, перицитами, фиб-робластами, макрофагами и другими. Адипо-циты белой жировой ткани развиваются из МСК, которые также могут дифференцироваться также в остеобласты и хондроциты [3]. Процесс адипо-генеза включает в себя две стадии: определяющую фазу и фазу созревания. В течение первой фазы мультипотентные МСК коммитируются в адипогенном направлении и становятся преади-поцитами неспособными к дифференировке в альтернативные варианты мезенхимальных клеток. На этапе созревания преадипоциты трансформируются в зрелые адипоциты, которые участвуют в синтезе и депонировании липидов, секрециии адипоцит-специфических белков (лептин, адипонектин, резистин и др.) и регуляции инсулиночувствительности. Зрелые адипо-циты содержат ключевые транскрипционные факторы, которые необходимы для коммитиро-вания дифференцировки МСК в преадипоциты, а также последних - в зрелые адипоциты. Этими транскрипционными факторами являются рецептор активации пероксисом (PPAR у) и семейства транскриционных факторов: ССААТ/энхансер-
связывающие белки (C/EBP), сигнальные транс-дукторы и активаторы транскрипции (STATs) и белки Kruppel-like (KLF) [4; 5; 6].
Процесс адипогенеза контролируется комплексом транскрипционных факторов, которые кодируются генами, определяющими молекулярные характеристики зрелых адипоцитов. В свою очередь, экспрессию этих генов могут изменять микроРНК (miR), которые представляют собой класс малых одноцепочечных некодирую-щих РНК. МикроРНК регулируют экспрессию генов посредством посттранскрипционных модификаций мРНК и, таким образом, могут контролировать развитие жировой ткани. Очевидно, что метаболические нарушения в жировой ткани, приводящие к ожирению и инсулинорезистент-ности сопровождаются изменениями экспрессии соответствующих микроРНК.
Одними из первых изученных микроРНК, регулирующих метаболизм глюкозы и действие инсулина посредством ингибирования его рецептора, являются микроРНК семейства let-7 [7]. МикроРНК этого семейства в основном образуются в поджелудочной железе, однако обнаружены и в жировой ткани, где экспрессируется на поздних стадиях дифференциации адипоцитов и ингибирует клональную экспансию преадипоци-тов, путём угнетения негистоновых белков (HMG protein). Чрезмерная экспрессия let-7 в преадипоцитах приводит к подавлению адипоге-неза [8]. Имеются данные, свидетельствующие о том, что участники семейста микроРНК let-7 регулируют инсулиночувствительность всего организма и метаболизм глюкозы. [9; 10]. В данный момент проводятся исследования терапевтических возможностей антагонистов let-7 для лечения инсулинорезистентности.
Последующие исследования показали, что различные микроРНК могут как ускорять диффе-ренцировку преадипоцитов в адипоциты, так и являться негативными регуляторами адипоге-неза [11;12]. К микроРНК, способствующим ускорению адипогенеза, относится miR-143. При исследовании экспрессии микроРНК преадипо-цитов обнаружено, что при ингибировании miR-143 в клетках снижается количество инсулинза-висимого белка-переносчика глюкозы4 (GLUT4), гормон-чувствительной липазы, белка связывающего жирные кислоты (FABPaP2), PPAR-y2 и подавляется накопление триглицери-дов Исследования показали, что экспрессия miR-
143 достоверно повышена в процессе дифферен-цировки преадипоцитов. Механизм действия miR-143 в преадипоцитах заключается в активизации сигнального пути ERK5, являющейся внеклеточной киназой, одного из ферментов системы митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK), контролирующей транскрипцию генов, клеточную пролиферацию, метаболизм и др) [13]. Таким образом, ингибиторы miR-143 могут использоваться для торможения дифференциа-циии адипоцитов и накопления липидов.
К группе микроРНК, проявляющих стимулирующее действие на адипогенез, относятся miR-103 и miR-107, которые воздействуют на мРНК вовлеченные в клеточный метаболизм ацетил-КоА и липидов. Эти микроРНК регулируют активность пантотенат киназы, которая активирует пантотенат необходимый для биосинтеза коэн-зима А. В эксперименте, выраженная экспрессия miR-103 в клеточных линиях мышиных преадипоцитов (3T3-L1) ускоряет адипогенез, что характеризуется увеличением концентрации адипогенных факторов: PPARy и FABP, а также повышенным накоплением триглицеридов на ранних стадиях адипогенеза[14].
Исследования показали, что кластер miR-17/92 (miR-17-5p, miR-17-3p, miR-18, miR-19b и miR-20) инициирует клеточную пролиферацию на ранних стадиях клональной экспансии в клеточных линиях преадипоцитов in vitro. Также, при гормональной стимуляции in vitro наблюдается дополнительная экспрессия этих мик-роРНК, что ускоряет дифференциацию адипоци-тов. Происходит это посредством трансляционного подавления семейства белков Rb2/p130, которые относятся к семейству генов ретинобла-стомы и снижают клеточную пролиферацию[15]. Доказано, что у пациентов с сахарным диабетом 2 типа и ожирением снижена экспрессия miR-17/92 в жировой ткани сальника, а также в крови, что позволяет использовать эти микроРНК для диагностики метаболических заболеваний [16].
Еще одним семейством микроРНК, вовлеченным в дифференциацию МСК является miR-29 (miR-29a, b-1, b-2, c). Результаты экспериментальных исследований in vitro показали, что экспрессия микроРНК семейства miR-29 повышена в клеточных линиях преадипоцитов и ингиби-рует действие инсулина в отношении зрелых адипоцитов. Выявлено, что данное семейство микроРНК действует посредством регуляции
транскрипционного фактора FOXA2 (forkhead-box protein A2, ранее известный как HNF-3P -ядерный фактор гепатоцитов). FOXA2 известен как индуктор экспрессии гормон-чувствительной липазы, GLUT4, гексокиназы 2, пируватки-назы М2, разобщающих белков 2 и 3 (UCP 2, 3) [17; 18]. Также обнаружено, что уровень экспрес-сиии FOXA2 в адипоцитах может влиять на развитие и прогрессию ожирения через воздействие на ген FTO (ген, ассоциированный с ожирением и риском развития сахарного диабета 2 типа) [19]. Установлено, что miR-29b может служить биомаркером для диагностики сахарного диабета 2 типа, так как выявлено ее достоверно снижение в плазме крови у больных сахарным диабетом 2 типа [20]. Другими исследованиями показано увеличение циркулирующих miR-29a у больных СД 2 типа [21]. Также установлено увеличение miR-29а в моче у больных СД 2 типа с диабетической нефропатией и альбуминурией по сравнению с больными без альбуминурии. Кроме этого выявлено, величина экспрессии miR-29b положительно коррелирует с толщиной интимы сосудов [22]. Таким образом, семейство микроРНК miR-29 может служить потенциальными биомаркером кардиометаболических заболеваний, особенно для оценки атерогенного риска ассоциированного с ожирением.
Помимо вышеуказанных микроРНК, проявляющих стимулирующий эффект на адипогенез, существуют микроРНК обладающие супрессор-ной активностью. Одной из таких микроРНК является miR-27а, которая подавляет экспрессию транскрипционного фактора PPARy и дифферен-цировку преадипоцитов в клеточных линиях in vitro [23]. В культуре зрелых адипоцитов, полученных от людей с ожирением, выявлено снижение экспрессии miR-27a, что позволяет предположить наличие ассоциации гипертрофии адипо-цитов со снижением экспрессии этой микроРНК [24]. Вышеуказанные факты позволяют считать, что использование аналогов miR-27a может быть перспективно для лечения ожирения путем контроля дифференцировки преадипоцитов. Однако, подавление дифференцировки преадипо-цитов и пролиферации зрелых адипоцитов, может привести к снижению депонирования липи-дов в жировой ткани и последующее их накопление в печени и скелетных мышцах, что повлечет за собой развитие стеатоза печени и инсулино-резистентности.
Таким образом, присутствие в крови и характер экспрессии микроРНК, регулирующих адипогенез, позволяет использовать их в качестве лабораторных биомаркеров ожирения, ин-сулинорезистентности и сахарного диабета. Их преимущество по сравнению с биохимическими биомаркерами заключается в том, что микроРНК позволяют определить наличие ассоциированных с ними метаболических расстройств еще на латентной стадии. Кроме этого, плазменные мик-роРНК постпрандиально стабильны в отличие от других биомаркеров (таких как глюкоза и инсулин), а также их количество достоверно изменяется под воздействием терапии, что привлекательно для их использования при оценке эффективности проводимого лечения. Благодаря развитию фармацевтической химии появилась возможность использования искусственно синтезированных олигонуклеотидных последовательностей микроРНК и их антагонистов в лечебных целях [25].
ЛИТЕРАТУРА
1. Global report on diabetes / http://www.who.int/di-abetes/global-report/en/ (дата обращения 16.11.16).
2. Barbatelli G., Murano I., Madsen L., Hao Q., Jimenez M., Kristansen K., Giacobino JP., De Matties R., Cinti S. The emergence of cold-induced brown adipocytes in mouse white fat depots is determined preabdominality by white to brown adipocyte transdifferentiation. Am J Physol Endocrinol Metab, 2010, 298: E1244-E1253.
3. Qian S., Li X., Zhang Y., et al Characterization of adipocyte differentiation from human mesenchymal stem cells in bone marrow. BMC Dev Biol, 2010, 10: 47.
4. Rosen ED., MacDouglad OA. Adipocyte differentiation from inside out. Nat Rev Mol Cell Biol. 2006, 7:885-96.
5. Lefterova MI., Lazar MA. New developments in adipogenesis. Trends Endocrinol Metab. 2009, 20, 107114.
6. Rosen ED., Walkey CJ., Puigserver P., Spiegel-man BM. Transcriptional regulation of adipogenesis. Genes Dev. 2000, 14, 1293-1307.
7. Pasquinelli AE., Reinhart BJ., Slack F., Martindale MQ., Kuroda MI., Maller B et al.
8. Conservation of the sequence and temporal expression of let-7 heterochronicregulatory RNA. Nature 2000, 408: 86-89.
9. Sun T., Fu M., Bookout AL., Kliewer SA., Mangelsdorf DJ. MicroRNA let-7 regulates 3T3-L1 adipogen-esis. Mol Endocrinol 2009, 23: 925-931.
10. Zhu H., Shyh-Chang N., Segre AV., Shinoda G., Shah SP., Einhorn WS et al. The Lin28/let-7 axis regulates glucose metabolism. Cell 2011, 147: 81-94.
11. Frost RJ., Olson EN. Control of glucose homeostasis and insulin sensitivity by the Let-7 family of microRNAs. Proc Natl Acad Sci USA 2011, 108: 2107521080.
12. Xie H., Lim B., Lodish HF. MicroRNAs induced during adipogenesis that accelerate fat cell development are downregulated in obesity. Diabetes 2009, 58: 1050-7.
13. Kajimoto K., Naraba H., Iwai N. MicroRNA and 3T3-L1 preadipocyte differentiation. RNA 2006, 12: 1626-32.
14. Takanabe R., Ono K., Abe Y., et al. Up-regulated expression of microRNA-143 in association with obesity in adipose tissue of mice fed high-fat diet. Biochem Bio-phys Res Commun 2008, 376: 728-32.
15. Ortega FJ., Moreno-Navarrete JM., Pardo G., et al. MiRNA expression profile of human subcutaneous adipose and during adipocyte differentiation. PLoS ONE 2010, 5: E9022.
16. Wang Q., Li YC., Wang J, et al. miR-17-92 cluster accelerates adipocyte differentiation by negatively regulating tumorsuppressor Rb2/p130. Proc Natl Acad Sci USA 2008, 105: 2889-94.
17. Kloting N., Berthold S., Kovacs P., Schon MR., Fasshauer M., Ruschke K et al. MicroRNA expression in human omental and subcutaneous adipose tissue. PLoS One 2009, 4: E4699.
18. He A., Zhu L., Gupta N., Chang Y., Fang F. Overexpression of micro ribonucleic acid 29, highly up-regulated in diabetic rats, leads to insulin resistance in 3T3-L1 adipocytes. Mol Endocrinol 2007, 21: 2785-2794.
19. Kurtz CL., Peck BC., Fannin EE., Beysen C., Miao J., Landstreet SR et al. microRNA-29 fine-tunes the expression of key FOXA2-activated lipid metabolism genes and is dysregulated in animal models of insulin resistance and diabetes. Diabetes 2014, 63: 3141-3148.
20. Jianjin Guo1., Wei Ren., Ying Ding3., Aimei Li3., Lu Jia3., Dongming Su3., Xiang Liu4., Kuanfeng Xu1., Tao Yang. Fat mass and obesity associated gene (FTO) expression is regulated negatively by the transcription factor Foxa2. PLoS One 2012, 7: E51082.
21. Zampetaki A., Kiechl S., Drozdov I., Willeit P., Mayr U., Prokopi M et al. Plasma microRNA profiling reveals loss of endothelial miR-126 and other microRNAs in type 2 diabetes. Circ Res 2010, 107: 810-817.
22. Kong L, Zhu J, Han W, Jiang X, Xu M, Zhao Y et al. Significance of serum microRNAs in pre-diabetes and newly diagnosed type 2 diabetes: a clinical study. Acta Diabetol 2011, 48: 61-69.
23. Peng H., Zhong M., Zhao W., Wang C., Zhang J., Liu X et al. Urinary miR-29 correlates with albuminuria and carotid intima-media thickness in type 2 diabetes patients. PLoS One 2013, 8: E82607.
24. Lin Q., Gao Z., Alarcon RM., Ye J., Yun Z. A role of miR-27 in the regulation of adipogenesis. FEBS J 2009, 276: 2348-58.
25. Karbiener M., Fischer C., Nowitsch S., et al. Mi-croRNA miR-27 impairs human adipocyte differentiation and targets PPARgamma. Biochem Biophys Res Commun 2009, 390: 247-51.
26. Van Rooij E., Purcell AL., Levin AA. Developing microRNA therapeutics. Circ Res 2012, 110: 496-507.
MICRORNA, REGULATING ADIPOGENESIS IN DIABETES MELLITUS TYPE 2
Tofilo M.A. Egorova E.N.
Tver State Medical University, Tver, Russia
Annotation. MicroRNA regulate different steps of diabetes mellitus pathogenesis, including insulin signaling, adi-pokine expression, adipogenesis, lipid metabolism. Different microRNA can accelerate or suppress adipogenesis, affecting on specific substrates of intracellular pathways. Measurement of microRNA in blood may be used as bi-omarkers and predictors of disease. Usage of synthesized microRNAs and their antagonists as drugs is an innovative method of diabetes mellitus treatment. This review analyzes the role of microRNAs as positive and negative regulators of adipogenesis at a condition of obesity and insulin resistance.
Key words. microRNA, adipogenesis, insulin resistance, obesity, diabetes mellitus, adipocytes, preadipocytes, bi-omarker.
