Una nueva y poderosa arma basada en plantas contra el cáncer

El cáncer es causado por una proliferación celular anormal y es uno de los principales problemas de salud pública en el mundo. Recientemente, el grupo de investigación dirigido por el investigador Du Peng de la Facultad de Ciencias de la Vida de PKU descubrió que una proteína inmune vegetal permite una amplia respuesta antitumoral al aliviar la deficiencia de micro-ARN, lo que proporciona un arma poderosa contra el cáncer.

Las causas del cáncer

El micro-ARN (miARN) se ha considerado estrechamente relacionado con la carcinogénesis. Argonaute (AGO) puede reconocer y cargar miARN maduro de mamífero de doble hebra con proyección terminal 3′ de 2 nt para formar un complejo de silenciamiento inducido por ARN (RISC) para regular la expresión de los genes diana. De hecho, la reducción de la dosis de miARN global se considera una de las causas del cáncer.

La sobreactivación del ciclo celular es una condición necesaria para la proliferación anormal de células cancerosas. Sorprendentemente, muchos miARN pueden dirigirse directamente e inhibir los genes del ciclo celular para controlar la proliferación celular. Por lo tanto, sería una nueva estrategia para el tratamiento de tumores inhibir la proliferación de células tumorales mediante la reparación de la vía defectuosa de miARN en los tumores.

A diferencia del miARN, el siARN se deriva de sustratos de ARN de doble cadena sintetizados por diferentes ARN polimerasas dependientes de ARN (RDR). El siRNA dependiente de RDR1 en plantas es una de las vías de respuesta inmune molecular central únicas, especialmente involucrada en la respuesta inmune antiviral. Por lo tanto, el equipo del profesor Peng tiene como objetivo llevar a cabo ingeniería genética de plantas basada en plantas RDR1 en mamíferos a partir de la diferencia entre los sistemas inmunológicos de animales y plantas, y estudiar su aplicación en medicina traslacional.

El 26 de mayo de 2022, el grupo de investigación del profesor Du Peng publicó un artículo de investigación titulado «Una proteína inmune vegetal permite una respuesta amplia de anticuerpos mediante la recuperación de la deficiencia de micro-ARN» en Célula, que introduce que los isómeros de miARN que no pueden unirse de manera efectiva a los extremos 3′ más cortos de 1 nt del complejo AGO2 se acumulan ampliamente en diferentes muestras de cánceres primarios humanos y líneas de células cancerosas. RDR1, como proteína inmune vegetal expresada ectópicamente, modifica estos isómeros de miARN libres de doble cadena de AGO2 a través de su cola de nucleótido único, para reactivar la vía defectuosa de miARN y bloquear específicamente el ciclo de las células cancerosas en tumores sólidos y leucemia.

Resultados emocionantes de la investigación

Los investigadores hicieron cuatro descubrimientos principales:

En primer lugar, la proteína RDR1 inhibe la proliferación de células cancerosas al actuar sobre el ciclo celular. Los autores clonaron el gen RDR1 respectivamente de Arabidopsis (At) y arroz (Os) en un vector de lentivirus inducido por Dox y verificaron su expresión ectópica exitosa en células de mamífero. A nivel molecular, el análisis de enriquecimiento de conjuntos de genes (GSEA) basado en RNA-seq mostró que RDR1 en At y Os podría interferir con los procesos del ciclo en todas las líneas celulares cancerosas, mientras que no tuvo un efecto significativo en las células de control no cancerosas. Los autores creen que RDR1 es un supresor tumoral exógeno que puede dirigirse específicamente e interferir con el proceso del ciclo en las células cancerosas sin influir en las células no cancerosas. RDR1 en At y Os tiene una inhibición específica y de amplio espectro de la proliferación de células cancerosas, mientras que no tiene efecto en las líneas celulares no cancerosas.

En segundo lugar, los isómeros de miARN cortos de 1 nt en el terminal 3′ se acumulan ampliamente en una variedad de tumores. Los autores propusieron que la planta RDR1 puede inhibir el ciclo celular y la proliferación aumentando la expresión global de miARN para recuperar específicamente la deficiencia de miARN en las células cancerosas a través de la eliminación y AGO2-CLIP de componentes clave de la ruta de miARN. Y a través del análisis sistemático de los datos de secuenciación de miARN publicados y la secuenciación de miARN de AGO2-IP, los autores sugieren que no es tan efectivo y estable que el isómero de miARN bicatenario corto anormal de 1 nt ingrese en AGO2 en las células cancerosas. por lo que puede estar relacionado con la reducción de la dosis de miARN en diferentes tumores. En tercer lugar, RDR1 repara los isómeros de miARN en el cáncer mediante la cola de un solo nucleótido. A través de experimentos bioquímicos in vitro, los autores demostraron directamente que rAtRDR1 podía modificar miARN monocatenario y miARN bicatenario con un saliente de 1 nt o 2 nt por un solo nucleótido terminal 3′, pero no podía modificar miARN bicatenario con extremos planos. . Los autores también demostraron que RDR1 con actividad de nucleótido transferasa puede modificar los isómeros cortos de miARN de doble cadena de 1 nt aislados de AGO2 por un solo nucleótido, para restaurar su eficiencia de carga en AGO2 y, finalmente, reparar la vía defectuosa de miARN en el cáncer. Por último, RDR1 inhibe la progresión de varios tumores sólidos y leucemia en ratones. Los autores verificaron el efecto antitumoral de la planta RDR1 en modelos de ratón con inmunodeficiencia y leucemia in vivo. Finalmente, la proteína RDR1 purificada in vitro mediante el paquete de nanovesículas y el paquete AAV respectivamente logran la administración directa y la inhibición tumoral a nivel de células in vitro y tumores sólidos in vivo.

El estudio revela por primera vez que los isómeros anómalos de miARN cortos de 1 nt en el terminal 3′ se acumulan ampliamente en varios tumores primarios humanos, lo que proporciona una nueva perspectiva sobre la reducción de la dosis global de miARN durante la tumorigénesis. Usando RDR1, logramos una respuesta antitumoral de amplio espectro mediante la reparación de defectos de miARN en células cancerosas, y desarrollamos una nueva estrategia para editar y manipular miARN, convirtiéndolo en un arma poderosa contra el cáncer.