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Jul 09, 2023

Nanjing School: Extrazelluläre microRNA Mediates Co

Im letzten Jahrzehnt hat sich eine Gruppe von Laboren der School of Life Sciences der Nanjing University (SLiS der NJU) unter der Leitung des microRNA (miRNA)-Forschers Dr. Chen-Yu Zhang auf die Forschung in diesem Bereich konzentriert

Im letzten Jahrzehnt hat sich eine Gruppe von Laboren der School of Life Sciences der Universität Nanjing (SLiS der NJU) unter der Leitung des microRNA (miRNA)-Forschers Dr. Chen-Yu Zhang auf die Forschung im Bereich der extrazellulären miRNA konzentriert (Abb. 1 ). Die ursprüngliche Veröffentlichung1 der Gruppe aus dem Jahr 2008 über die stabile Existenz von Serum-miRNA ist eine der am häufigsten zitierten Arbeiten chinesischer Wissenschaftler im vergangenen Jahrhundert und bildet die Grundlage für alle Studien zu Serum-miRNA-Biomarkern. Die Arbeit an sekretierter miRNA hat zur extrazellulären Vesikel-basierten Verabreichung einer Small Interfering RNA (siRNA)-Therapie geführt. Dieses Whitepaper beschreibt die von Gruppen am SLiS der NJU durchgeführten Forschungsarbeiten, die einen Vorschlag umfassen, dass pflanzliche miRNA in den menschlichen Kreislauf gelangen und biologische Funktionen ausüben könnte, eine neue Theorie in Bezug auf die traditionelle chinesische Medizin (TCM) und einen gentechnisch veränderten Salat, der eine … Therapie gegen das Hepatitis-B-Virus. Wir beschreiben auch die Arbeit am SLiS der NJU an pflanzlicher miRNA in Pollen, die bestimmt, ob sich Honigbienenlarven zu einer Königin oder zu Arbeitsbienen entwickeln, und so das Geheimnis der Kastenbildung der Honigbienen entschlüsseln. Die multidisziplinäre Gruppenarbeit führte zu der Theorie, dass extrazelluläre miRNA die Koevolution zwischen Arten vermittelt.

MiRNAs sind eine Klasse einzelsträngiger, kleiner nichtkodierender RNAs, die an der posttranskriptionellen Genregulation beteiligt sind. Im Jahr 2008 zeigte die Gruppe von Chen-Yu Zhang, dass Serum-miRNAs bei Menschen und Tieren stabil sind1. Mittels Tiefensequenzierung charakterisierte die Gruppe das miRNA-Profil in menschlichen Seren und identifizierte einzigartige Muster von Serum-miRNAs, die Patienten mit Krebs und Diabetes von gesunden Probanden unterscheiden. Die Ergebnisse legen nahe, dass die spezifischen Serum-miRNA-Profile als Fingerabdrücke für die Krankheitsdiagnose dienen könnten. Im selben Jahr identifizierte eine separate Studie2 Plasma-miRNAs als vielversprechende Biomarker für Prostatakrebs. Die Ergebnisse stellen die Konvention in Frage, dass RNA in extrazellulären Umgebungen, die Ribonukleasen enthalten, die RNA abbauen, instabil ist. Aufbauend auf anderen Studien deuten zunehmende Beweise darauf hin, dass miRNAs in stabiler, zellfreier Form in extrazellulären Bioflüssigkeiten wie Speichel, Urin und Muttermilch zirkulieren und – da die extrazellulären miRNAs eng mit Krankheiten wie Krebs und Diabetes zusammenhängen – möglicherweise dazu in der Lage sind diagnostische Biomarker3.

Der Befund, dass extrazelluläre miRNAs trotz der Anwesenheit von Ribonuklease in Körperflüssigkeiten zirkulieren, weist darauf hin, dass Mechanismen existieren, um miRNAs vor dem Abbau zu schützen. Bei der Arbeit am SLiS der NJU wurde untersucht, ob extrazelluläre Vesikel (EVs) als Barriere fungieren könnten, um miRNAs vor dem Abbau zu schützen. EVs, darunter Exosomen in Nanometergröße und Mikrovesikel in Submikrongröße, sind membranumschlossene Vesikelkompartimente, die Proteine, Lipide und miRNAs in der extrazellulären Umgebung transportieren. Zhangs Gruppe fand heraus, dass die meisten zirkulierenden miRNAs in Exosomen und Mikrovesikeln im menschlichen Plasma und nicht in EV-freiem Plasma vorhanden waren4. Die Gruppe schlug zwei Modelle5 vor, um die Stabilität extrazellulärer miRNAs zu erklären: (i) der Schutz von miRNAs durch die Membranstrukturen von EVs; und (ii) die Stabilisierung von miRNAs durch die Bildung von Protein-miRNA-Komplexen wie Argonaute 2. Darüber hinaus fanden sie heraus, dass sich die miRNA-Profile von EVs erheblich von denen der Elternzellen unterscheiden und dass Zellen bei der Reaktion selektiv verschiedene miRNAs in EVs verpacken auf unterschiedliche Reize4. Daher kann die Verpackung oder Sortierung von miRNAs in Exosomen durch einen spezifischen Mechanismus gesteuert werden. Die sekretierten miRNAs können in Empfängerzellen abgegeben werden, wo exogene miRNAs die Zielgene zum Schweigen bringen und nachgeschaltete Signalereignisse auslösen4. Allerdings sind EV-verkapselte sekretierte miRNAs nicht die einzige Form extrazellulärer miRNAs. Extrazelluläre miRNAs werden auf drei Hauptwegen erzeugt: (i) aktive Sekretion in Elektrofahrzeugen in einem energieabhängigen, selektiven Prozess; (ii) Freisetzung aus Spenderzellen in Verbindung mit RNA-bindenden Proteinen; und (iii) passives Austreten aus gebrochenen oder beschädigten Zellen aufgrund von Gewebeverletzungen, Zellapoptose oder Nekrose. Es bleibt umstritten, ob EV-freie miRNAs von Zellen aufgenommen werden und an bestimmten biologischen Prozessen teilnehmen können.

Arbeiten von Zhangs Forschungsgruppe zu sezernierter miRNA deuten auf einen neuen Mechanismus der interzellulären Kommunikation hin: Von einer Zelle sezernierte miRNAs können entweder an autokrine Rezeptoren derselben Zelle binden, um ein Signal zu induzieren (autokrin), ein lokales Signal zwischen benachbarten Zellen übertragen (parakrin), oder zu distalen Zellen wandern, um ein Signal zu verbreiten (endokrin). Die durch Hormon-Rezeptor und Antigen-Antikörper vermittelte interzelluläre Kommunikation findet zwischen bestimmten Zelltypen mithilfe von Zelloberflächenrezeptoren statt. Sekretierte miRNAs haben das Potenzial, jeden Zelltyp zu beeinflussen und viele Arten von miRNAs zu liefern, wobei jede miRNA auf mehrere Gene abzielt, um bestimmte Zielzellen zu beeinflussen. Untersuchungen zur biologischen Relevanz von miRNAs haben gezeigt, dass abnormal sezernierte miRNAs zu Funktionsstörungen und Krankheiten führen können6 (Abb. 2 ). Zweifellos wird die Aufklärung dieses neuartigen siRNA-Transfersystems eine neue Ära in unserem Verständnis der Signalübertragung zwischen Zellen einläuten.

Der Schwerpunkt von Zhangs Forschungsgruppe lag auf der Frage, ob miRNAs zwischen entfernt verwandten, komplexen Organismen übertragen werden können und, wenn ja, ob miRNAs die gegenseitige Kommunikation zwischen Arten erleichtern könnten. Ausgehend davon, dass Menschen täglich pflanzliche Lebensmittel wie Getreide, Gemüse und Obst zu sich nehmen, stellte die Gruppe die Hypothese auf, dass exogene pflanzliche miRNAs der sauren Umgebung im Magen und den Verdauungsenzymen im Magen-Darm-Trakt standhalten und in das Gewebe eindringen könnten.

Durch Gensequenzierung kann festgestellt werden, ob miRNA pflanzlichen oder tierischen Ursprungs ist. Zhangs Bioinformatik-Gruppe identifizierte etwa 40 Arten pflanzlicher miRNAs, nachdem sie Serum-RNA analysiert hatte, die aus Blutproben gesunder chinesischer Spender gewonnen wurde; Einige pflanzliche miRNAs waren in Konzentrationen vorhanden, die mit den wichtigsten endogenen menschlichen miRNAs vergleichbar waren7. Zwei pflanzliche miRNAs mit den höchsten Konzentrationen, MIR156a und MIR168a, die in Reis (Oryza sativa) und Kreuzblütlern (Brassicaceae) nachgewiesen wurden, wurden durch Nahrungsaufnahme erworben7. Untersuchungen haben gezeigt, dass MIR168a an die miRNA des Low-Density-Lipoprotein-Rezeptor-Adapter-Proteins 1 (LDLRAP1) binden, die LDLRAP1-Expression in der Mausleber hemmen und folglich die Entfernung von Low-Density-Lipoprotein aus dem Plasma regulieren kann7. Die Studie weist auf ein mögliches Modell des miRNA-Transfers zwischen Königreichen hin, bei dem pflanzliche miRNAs die Magen-Darm-Verdauung in Säugetieren überleben können und im Inneren endogener Zellen Funktionen auslösen können, indem sie Zielgene regulieren und physiologische Bedingungen beeinflussen.

„Du bist, was du isst“ ist in vielen Ländern ein sprichwörtliches Sprichwort. Auf der Grundlage, dass Lebensmittel Gesundheit verleihen, untersucht Zhangs Forschungsgruppe die biologischen Mechanismen hinter den Vorteilen, die der Verzehr von Pflanzen für den Menschen mit sich bringen kann. Verschiedene pflanzliche Lebensmittel können unterschiedliche Informationen in Form unterschiedlicher miRNA-Typen und -Konzentrationen enthalten und dadurch unterschiedliche Formen von Genregulationsmustern und physiologische Auswirkungen auf Verbraucher erzeugen. Daher nehmen wir nicht nur Nahrung zu uns, sondern auch „Signale“ und „Informationen“. Durch die Untersuchung des miRNA-Transfers zwischen verschiedenen Königreichen wollen sie herausfinden, ob miRNAs aus der Nahrung einen Nährwert haben. Wichtige Nährstoffe in Lebensmitteln sind Kohlenhydrate, Proteine, Lipide, Vitamine und Mineralstoffe. Pflanzliche miRNAs könnten eine bisher nicht charakterisierte, aber essentielle bioaktive Verbindung in Lebensmitteln darstellen. Da beispielsweise der regelmäßige Verzehr von Pflanzen empfohlen wird, um das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs und altersbedingten Funktionsstörungen zu senken, fragte Zhangs Gruppe, ob miRNA aus Nahrungspflanzen eine Rolle bei der Vorbeugung von Krankheiten spielt.

Das Vorhandensein pflanzlicher miRNAs im Gewebe von Tiermodellen, einschließlich Schwein, Panda und Nagetier; Die biologische Relevanz pflanzlicher miRNAs bei der Prävention und Behandlung menschlicher Krankheiten wurde ebenfalls nachgewiesen, darunter Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Tumore, chronische Entzündungen und Lungenfibrose8. Der Crosskingdom-miRNA-Transfer könnte ein konserviertes und universelles Phänomen sein, an dem viele komplexe Organismen beteiligt sind. Mit der rasanten Entwicklung dieses Gebiets werden mehr königreichsübergreifende miRNAs und ihre biologischen Wirkungen entdeckt. Zukünftige Studien sollten untersuchen, wie miRNAs sich über die Grenzen verschiedener Königreiche bewegen, dh wie pflanzliche miRNAs den Magen-Darm-Trakt passieren und von Säugetierzellen absorbiert werden.

Aus evolutionärer Sicht nimmt der miRNA-Transfer zwischen Königreichen eine einzigartige Stellung ein, da er die gegenseitige Kommunikation, Kommunikation und Signalverbreitung bei entfernten Arten aus verschiedenen Königreichen erleichtert. Dieser Mechanismus könnte neues Licht auf unser Verständnis der Evolution vieler heute existierender Arten werfen und neue Einblicke in ihre Wechselwirkungen und gegenseitigen Abhängigkeiten liefern. Xi Chens Gruppe vom SLiS der NJU wollte ihr Verständnis des miRNA-Transfers zwischen Arten erweitern und wählte die Honigbiene (Apis mellifera) als Modellorganismus für die Untersuchung aus. Weibliche Honigbienen leben in einem sozialen System und sind in zwei Kasten unterteilt: Königinnen und Arbeiterinnen. Königinnen sind fortpflanzungsfähig, haben einen größeren Körper, entwickeln sich schneller und leben länger als Arbeitsbienen. Arbeitsbienen sind unfruchtbar und für ein Leben lang intensive Aufgaben wie Hauswirtschaft und Nahrungssammlung bestimmt. Honigbienenlarven sind genetisch identisch, das Schicksal der Larven hängt jedoch von ihrer Ernährung ab. Larven, die mit reichhaltigem Gelée Royale gefüttert werden, entwickeln sich zu Königinnen, wohingegen sich Larven, die weniger raffinierte Nahrung aus „Bienenbrot“ und Pollen zu sich nehmen, zu Arbeitsbienen entwickeln. Da Bienenbrot und Pollen hauptsächlich pflanzlichen Ursprungs sind, während Gelée Royale ein Drüsensekret von Ammenbienen ist, wird die Nahrung für Arbeiterinnen- und Königinnenlarven unterschiedlich aus pflanzlichen bzw. tierischen Quellen gewonnen. Chen stellte die Hypothese auf, dass der Ursprung der RNA in der Nahrung der Larven die Entwicklung von Honigbienen beeinflussen könnte. Um die Hypothese zu testen, maß Chens Forschungsgruppe die miRNA-Werte in Gelée Royale, Honig, Bienenbrot und Pollen und stellte fest, dass Bienenbrot und Pollen viel höhere Konzentrationen pflanzlicher miRNAs aufwiesen als Gelée Royale9. Das Team vermutet, dass die Ergänzung von Gelée Royale mit pflanzlichen miRNAs aus Pollen ein Faktor ist, der verhindert, dass Larven eine Königin werden. Mechanistische Studien legen nahe, dass Apis mellifera TOR (amTOR), ein stimulierendes Gen bei der Kastendifferenzierung, zumindest teilweise durch pflanzliches MIR162a gehemmt wird, was dazu beiträgt, die Larvendifferenzierung zu Königinnen zu verhindern und die Entwicklung hin zum Arbeiterbienen-Phänotyp zu induzieren9. Die Studie legt einen Mechanismus für die Kastenbildung von Honigbienen nahe und auch ein System, in dem extrazelluläre miRNAs Teil der königreichübergreifenden Regulierung sein könnten.

Der Grund, warum Honigbienen einen so ausgeklügelten und komplizierten Mechanismus zur Regulierung des Königin-Arbeiterin-Dimorphismus nutzen, ist ein Rätsel. Da nur eine einzige reproduktive weibliche Königin erlaubt ist, muss die Kastenstruktur streng reguliert werden. In Chens Theorie könnte sich die Abhängigkeit von Bienenbrot und Pollen als ausschließliche Nahrung für Larven, die zu unfruchtbaren Arbeitern werden sollen, im Einklang mit der Nutzung pflanzlicher miRNAs zur Kastenregulierung durch eine Form der „RNA-Interferenz (RNAi)-Kastration“ entwickelt haben. Angesichts der Tatsache, dass die Wirkung einer Larvennahrung, die Bienenbrot enthält, darin besteht, die Stabilität der sozialen Ordnung der Kolonie aufrechtzuerhalten, scheint es, dass pflanzliche miRNAs nicht versehentlich in die Larvennahrung aufgenommen werden, sondern mit Absicht gesammelt werden, möglicherweise um das Überleben der Kolonie zu sichern . Die königreichübergreifende Regulierungsfunktion pflanzlicher miRNAs könnte sich mit der Auswahl der Nahrungsquellen durch Honigbienen entwickelt haben. Blühende Pflanzen haben Eigenschaften entwickelt, die für Honigbienen zur Bestäubung attraktiv sind, und die regulatorischen Auswirkungen pflanzlicher miRNAs auf die Kastendifferenzierung bei Honigbienen scheinen zumindest teilweise die Eigenschaften der Bestäuber zu beeinflussen (Abb. 3 ). Die Auswahl der Nahrungsquellen durch Honigbienen weist auf eine außergewöhnliche evolutionäre Anpassung für den Erfolg von Kolonien durch die Partnerschaft zwischen zwei interagierenden Organismen hin. So üben Honigbienen und Blütenpflanzen in einer koevolutionären Beziehung selektiven Druck aufeinander aus und beeinflussen dadurch gegenseitig ihr Schicksal im miteinander verbundenen Ökosystem.

Ist diese Art des „Ausleihens“ von RNA-Substanzen von einer anderen Spezies, um den Prozess ihres eigenen Überlebens und ihrer Anpassung zu regulieren, ein weit verbreitetes Phänomen? Wenn man bedenkt, dass Arten Millionen von Jahren der Koevolution durchlaufen haben, um das Ökosystem zu bilden, in dem wir heute leben, ist es möglich, dass miRNA-Transfer zwischen verschiedenen Königreichen in der Natur häufig beobachtet wird. Tatsächlich haben neue Erkenntnisse gezeigt, dass miRNAs über die Grenzen von Arten oder Königreichen wandern können, um Signale zur Gen-Stummschaltung zu verbreiten und so als Bindeglied zwischen Tier-, Pflanzen- und Mikrobenreich dienen10. Ein solches Phänomen könnte die Untersuchung von miRNAs von grundlegender Bedeutung machen, um Aufschluss über die biologische Relevanz dieser Moleküle auf ökologischer und evolutionärer Ebene zu geben.

TCM, insbesondere Kräutermedizin, wird in China seit Tausenden von Jahren zur Behandlung und Vorbeugung von Krankheiten eingesetzt. Viele der in der TCM angewandten Theorien und Praktiken sind jedoch wissenschaftlich unbegründet, da sie nicht in randomisierten, kontrollierten klinischen Studien eingehend getestet wurden. Einige Forscher haben die Wirkung der TCM auf den Gehalt an Sekundärmetaboliten und kleinen Molekülen zurückgeführt; Makromoleküle wie RNA wurden nicht berücksichtigt. Es wird angenommen, dass RNA im Magen-Darm-Trakt instabil ist. Da TCM-Kräuter üblicherweise mehrere Stunden lang in Wasser gekocht werden, um einen Sud herzustellen, wird angenommen, dass RNA während des Zubereitungsprozesses abgebaut wird. Daher schließt die wissenschaftliche Forschung zu TCM-Abkochungen häufig RNAs aus den biologisch aktiven Inhaltsstoffen aus.

Die Vermutung, dass aus Pflanzen stammende kleine RNAs (miRNA wird als kleine RNA klassifiziert) die menschliche Physiologie beeinflussen könnten, hat zu einem neuen Forschungsansatz in der TCM geführt. Einige ultrastabile extrazelluläre miRNAs, die in TCM-Kräutern und Abkochungen zur Vorbeugung und Behandlung von Krankheiten in der klinischen TCM-Praxis enthalten sind, werden derzeit untersucht. Ein Beispiel ist das Geißblatt (Lonicera japonica), eine bekannte chinesische Pflanze, die in der TCM zur Behandlung von Infektionen mit Influenzaviren eingesetzt wird. Zhangs Gruppe fand heraus, dass MIR2911, eine durch Geißblatt kodierte atypische miRNA, im gekochten Geißblatt-Sud selektiv zurückgehalten wurde und eine ausgezeichnete Stabilität und eine intakte Sequenz aufwies11. Die Gruppe vermutet, dass der hohe Guanin- und Cytosin (GC)-Nukleotidgehalt und die einzigartige Sequenz von MIR2911 zu seiner Stabilität während des Kochvorgangs führen könnten, da zwei mutierte Versionen von MIR2911 mit reduziertem GC-Gehalt nicht stabil waren. Eine In-vitro-Studie11 legt nahe, dass MIR2911 auf mehrere virale Influenza-Gene abzielen und ihnen entgegenwirken könnte

A-Viren (IAVs). In-vivo-Beweise zeigen, dass eine Sondenfütterung des Geißblattsuds zu einem signifikanten Anstieg von MIR2911 im Blut und in der Lunge von Mäusen führt. Außerdem hemmte MIR2911 die Replikation verschiedener IAVs, einschließlich H1N1, H5N1 und H7N9, in Mausmodellen und linderte den durch Virusinfektionen verursachten Gewichtsverlust und verringerte die Mortalität. Die Studie lieferte den ersten Beweis dafür, dass pflanzliche miRNA ein aktiver Bestandteil der TCM sein könnte, und identifizierte die erste pflanzliche miRNA, die zur Unterdrückung von Virusinfektionen beitragen könnte (Abb. 4).

Die Mechanismen, durch die miRNAs dem Abbau widerstehen, wenn sie mit Wasser zur Zubereitung von TCM-Abkochungen gekocht werden, sind noch nicht verstanden. Studien der Forschungsgruppe Chengyu Jiang am Peking Union Medical College in Peking könnten eine Antwort liefern. Die Gruppe vermutet, dass der Erhitzungsprozess den Zusammenbau kleiner RNAs und Lipide in den Abkochungen erleichtert, um einen stabilen Zustand zu erreichen. Die resultierenden hitzestabilen Exosomen-ähnlichen Nanopartikel, sogenannte „Dekoktosomen“, könnten in menschliche Zellen eindringen und dort kleine RNAs abgeben, die in vivo möglicherweise therapeutische Wirkungen entfalten12. Die Ergebnisse legen einen Weg nahe, auf dem Lipide in kochenden Abkochungen Liposomen mit kleinen RNAs bilden, um die Aufnahme kleiner RNAs in menschliche Zellen zu erleichtern.

Die SARS-CoV-2-Pandemie hat die Bedrohung deutlich gemacht, die Viren für die öffentliche Gesundheit darstellen können. Viren können schnell mutieren, was bedeutet, dass die Entwicklung wirksamer Impfstoffe eine Herausforderung sein kann. Die Entwicklung antiviraler Breitbandmedikamente kann dabei helfen, sich auf künftige Krankheitsausbrüche vorzubereiten. Eine mit MIR2911 und MIR2911 angereicherte Abkochung von Geißblatt kann eine therapeutische Strategie zur Eindämmung einer Virusinfektion sein. Studien deuten darauf hin, dass das aus Geißblatt gewonnene MIR2911 nicht nur auf verschiedene IAV-Subtypen abzielt, sondern auch direkt die Replikation des Varicella-Zoster-Virus (dem Erreger, der bei der Primärinfektion Windpocken und bei der Reaktivierung Herpes Zoster oder Gürtelrose verursacht) und des Enterovirus 71 (ein primärer Erreger von) hemmen könnte Hand-Fuß-Mund-Krankheit bei Kindern) durch Angriff auf virale Gene13,14. Die Studien deuten auf eine antivirale Breitbandaktivität von MIR2911 hin. Daher könnte ein MIR2911- und MIR2911-haltiger Geißblatt-Abkocher eine potenzielle therapeutische Behandlung für Menschen sein, die mit verschiedenen Formen von Virusinfektionen infiziert sind.

Das ultimative Ziel der Grundlagenforschung besteht darin, neue Entdeckungen in reale Anwendungen umzusetzen. Aus dieser Perspektive hat das Vorhandensein von miRNAs in der extrazellulären Umgebung drei wichtige Forschungsrichtungen angeregt: (i) das Potenzial, dass extrazelluläre miRNAs als Biomarker für Krankheiten dienen können; (ii) das Potenzial von EV-verkapselten miRNAs, als neuartiger Modus der RNAi-basierten Gentherapie zu dienen; und iii) das Potenzial, essbare Pflanzen so zu manipulieren, dass sie miRNA-Medikamente für den Einsatz in der oralen Gentherapie biosynthetisieren und verabreichen.

Die Fähigkeit, eine Krankheit in einem frühen Stadium zu diagnostizieren, ist eindeutig von Vorteil. Diagnosetechniken wie Biopsie, Endoskopie und Laparoskopie sind normalerweise invasiv, aber eine Blutprobe könnte ein effizienteres Werkzeug sein, um Forschern bei der Identifizierung von Biomarkern in Serum oder Plasma zu helfen. Ein idealer Blutbiomarker würde viele Kriterien erfüllen, darunter: ein hohes Maß an Spezifität und Sensitivität; Ermöglichen Sie es Ärzten, eine Krankheit im Frühstadium zu erkennen und den physiologischen und pathologischen Status eines Patienten zu überwachen. innerhalb einer Probe stabil bleiben; und ermöglicht eine schnelle und genaue Erkennung. Zirkulierende miRNAs erfüllen die meisten Kriterien. Bei komplizierten Krankheiten wie Krebs bedeutet die Variabilität zwischen den Patienten, dass die Verwendung nur eines Proteinmarkers eine unzuverlässige Methode zur Bestimmung des Krankheitsstatus ist. Im Gegensatz dazu hätten Fingerabdrücke, die aus einer Reihe zirkulierender miRNAs bestehen, im Vergleich zu Proteinmarkern eine höhere Empfindlichkeit und Spezifität. Die Gruppe von Chen-Yu Zhang hat herausgefunden, dass zirkulierende miRNAs beim Screening und Nachweis im Frühstadium einiger Krankheiten nützlich sind15, was möglicherweise daran liegt, dass Zellen als Reaktion auf den frühen Ausbruch von Krankheiten spontan erhöhte Mengen an miRNAs ins Blut absondern können. Zirkulierende miRNAs sind stabil im Blut vorhanden und können auch nach einer langen Probenlagerung eine hohe Häufigkeit und Integrität aufweisen. Die Konzentration zirkulierender miRNAs ist relativ gering (d. h. im femtomolaren Bereich), aber durch den Einsatz von Werkzeugen wie der quantitativen Reverse-Transkription-Polymerase-Kettenreaktion, Microarrays und RNA-Sequenzierung können sie in einer kleinen Probe nachgewiesen werden. Einer der Engpässe auf diesem Gebiet ist das Fehlen einer standardisierten Methodik zur Bewertung zirkulierender miRNAs. Zukünftige Ansätze zur Identifizierung von miRNAs als potenzielle Diagnosewerkzeuge könnten in der Entwicklung von Methoden zur Schichtung miRNA-haltiger EVs und miRNA-gebundener Proteinkomplexe sowie in der Erforschung empfindlicher Techniken zur Identifizierung von EVs basierend auf Gewebeursprung und Oberflächenproteinen bestehen.

Die Gruppe von Chen-Yu Zhang vom SLiS der NJU hat das therapeutische Potenzial von Elektrofahrzeugen als Transportvehikel für kleine RNAs untersucht. Die Gruppe ist an RNAi-Therapeutika interessiert, aber das Fehlen eines sicheren und effizienten Abgabesystems hat ihre klinische Anwendung behindert. Zhangs Gruppe kam zu dem Schluss, dass sie das körpereigene RNA-Transportsystem rekrutieren könnten: Elektrofahrzeuge. EVs sind natürliche Vesikel, die von endogenen Zellen abgesondert werden, um kleine RNAs zu schützen und über Zellen und biologische Barrieren hinweg zu transportieren. Daher sollten sie mit dem Immunsystem des Wirts biokompatibel sein. In mehreren Studien erreichte Zhangs Gruppe eine wirksame Stummschaltung des Zielgens und eine Linderung der Symptome in Tiermodellen16,17. Klinische Anwendungen der EV-vermittelten Abgabe kleiner RNA werden von der Lösung von Problemen wie der Standardisierung der komplizierten Reinigungsprotokolle von Elektrofahrzeugen, der Entwicklung praktikabler Methoden zur Gewinnung ausreichender Mengen von Elektrofahrzeugen für den klinischen Einsatz, der Verbesserung robuster Methoden zum Laden von siRNA-Fracht in Elektrofahrzeuge und der Entwicklung von Techniken dafür abhängen Manipulieren Sie den Inhalt und die Bereitstellung von Elektrofahrzeugen. Forschungsgruppen am SLiS der NJU gehen davon aus, dass sich EV-vermittelte kleine RNA-Therapeutika schnell entwickeln und einen Durchbruch in der Gentherapie darstellen werden.

Trotz erheblicher Fortschritte bei injizierbaren, transdermalen und nasalen Verabreichungswegen wird der orale Weg aufgrund seiner Bequemlichkeit für den Patienten bevorzugt. Leider wird die orale Verabreichung von RNAi-Therapeutika durch physiologische Barrieren im Magen-Darm-Trakt behindert. Fortschritte beim königreichsübergreifenden miRNA-Transfer könnten dazu beitragen, die großen Herausforderungen zu meistern. Pflanzen scheinen ideale Träger für therapeutische miRNAs zu sein, da einige pflanzliche miRNAs gegen den Verdauungsprozess resistent sind. Zhi Hongs Gruppe vom SLiS der NJU hat eine Strategie entwickelt, um kleine RNAs als therapeutische Medikamente bereitzustellen, indem sie transgene Pflanzen so manipuliert, dass sie therapeutische miRNAs exprimieren. Die Gruppe entwickelte einen Salat zur Biosynthese künstlicher miRNAs, die mit der endogenen miRNA-Biogenesemaschinerie des Salats spezifisch auf das Hepatitis-B-Virus-Oberflächenantigen-Gen (HBsAg) abzielen18. Nach oraler Verabreichung des Salatsuds wurden künstliche miRNAs absorbiert und in die Leber abgegeben, um die HBsAg-Expression in transgenen Mäusen zu hemmen. Nach 15-monatiger Behandlung war die Expression von HBsAg reduziert und die Leberschädigung wurde bei den Mäusen deutlich gelindert, und es wurden keine toxikologischen Wirkungen beobachtet18. Diese Strategie nutzt die endogene miRNA-Biogenesemaschinerie der Pflanze, um methylierte miRNAs für eine erhöhte Stabilität zu produzieren und gleichzeitig die Produktionskosten deutlich zu senken. Die orale Therapie auf pflanzlicher miRNA-Basis könnte eine wirksame, ungiftige und kostengünstige Behandlungsoption für Krankheiten darstellen.

Um die Kommerzialisierung dieser wissenschaftlichen Durchbrüche zu erleichtern und zu beschleunigen, hat die Universität Nanjing das NJU Advanced Institute of Life Sciences gegründet; Jiangsu Engineering Research Center für MicroRNA-Biologie und Biotechnologie; und Nanjing Drum Tower Hospital Center of Molecular Diagnostic and Therapy. Vor Kurzem hat die Universität Nanjing das Institute of Artificial Intelligence Biomedicine gegründet, eine auf Big Data basierende Technologietransferplattform, die darauf abzielt, alle Bereiche von Wissenschaft über Technologie bis hin zu Produkten zu verbinden. Das zukünftige Ziel besteht darin, dass die ursprünglichen wissenschaftlichen Theorien, die von Dr. Chen-Yu Zhangs „Nanjing-Denkschule“ entwickelt wurden, zu medizinischen Innovationen werden, die der Gesundheit aller Menschen zugute kommen könnten.

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