MiRNA Discovery and Current In Silico Approaches in Clinical Research


Doğan B. , Ayar B., Pirim D.

in: Current Medical Biology and Genetic Studies, H. Ümit LÜLEYA, Editor, Akademisyen Kitabevi, İstanbul, pp.1-21, 2020

  • Publication Type: Book Chapter / Chapter Research Book
  • Publication Date: 2020
  • Publisher: Akademisyen Kitabevi
  • City: İstanbul
  • Page Numbers: pp.1-21
  • Editors: H. Ümit LÜLEYA, Editor

Abstract

MikroRNA’lar (miRNA) ~21-23 nükleotid uzunluğunda küçük kodlanmayan RNA çeşididir. Hücre proliferasyonu, hücre döngüsü, apoptoz, tümörogenez, stres yanıtı ve yağ metabolizması gibi çeşitli biyolojik süreçlerde önemli rol oynarlar. MiRNA’lar transkripsiyon aşamasında protein kodlayan genlerin translasyonunu kendi nükleotid dizilerine tamamlayıcı hedef mesajcı RNA’yı (mRNA) tanıma özelliği sayesinde baskılayarak gen anlatımını düzenlerler. İnsan genomunda protein kodlayan genlerin %60’ının translasyonel seviyede regüle edilebildiği yapılan çalışmalarda gösterilmiştir. MiRNA çalışmalarında gelinen nokta göstermektedir ki miRNA’ların anlatımındaki değişikliklerin kanser, diyabet, viral enfeksiyonlar, kardiyovasküler hastalıklar, nörodejeneratif hastalıklar gibi çeşitli insan hastalıkları ile ilişkili olduğu bulunmuştur. MiRNA anlatım profillerindeki farklılıkların, tanı ve prognostik biyobelirteç potansiyellerini belirlemesinin yanı sıra fenotiple ilişkili miRNA anlatımının değiştirilmesi ile potansiyel terapötik stratejiler oluşturulabilir. Bonneau ve ark. (2019) 2017 yılında yaptıkları çalışmada miRNA’larla ilgili 45.000’den fazla çalışma yayınlandığını göstermişler ve bu çalışmaların büyük bir kısmının sonuçlarının hastalıkların tanı ya da tedavisine katkıda bulunabilecek doğrultuda olduğunu ve bu ilerlemenin doğrudan klinik uygulamalarla sonuçlanabileceğini belirtmişlerdir. Son yıllarda miRNA araştırmalarında geleneksel miRNA tespit yöntemlerinden [northern blotting, mikrodizilim, in situ hybridization (ISH), gerçek zamanlı PCR (RT-qPCR, qPCR), ligase chain reaction (LCR), digital-droplet PCR (ddPCR)] büyük ölçüde faydalanılmıştır. Fakat, günümüzde geleneksel yöntemlerin kullanımının yanı sıra miRNA’ların biyokimyasal özelliklerini istatistiksel araçlar ile değerlendirme önceliklerine dayalı güncel miRNA tespit yöntemlerine de yönelme gözlenmektedir. Bunun en önemli limitasyonlarından bazıları geleneksel yöntemlerin uzun, zahmetli ve zor bir uygulama sürecinin olması, fazla sayıda örnek ihtiyacı, kitlerin ve cihazların farklı hassasiyetlerinin olmasıdır. Oluşan bu olumsuzlukları en aza indirmek amaçlı miRNA’ların biyobelirteç potansiyelini kapsamlı bir şekilde araştırmak için özgün, hassas ve uygun maliyetli miRNA profilleme teknikleri geliştirilmiştir. Bu doğrultuda NGS yöntemleri ile miRNA araştırmaları farklı bir boyut kazanmıştır. Son yıllarda miRNA profillemesi için tercih edilen ve dizileme temelli small-RNA dizileme yöntemi yüksek hassasiyet, tek nükleotid çözünürlükte çok sayıda numuneyi profilleme imkanı sunar. Ayrıca, small-RNA dizileme tekniği ile miRNA, small interfering RNA (siRNA) ve piwi-interacting RNA (piRNA) gibi kısa RNA türlerine (<30 nt) spesifik transkriptomik analizleri karakterize edilebilir. Tüm bu gelişmelere paralel olarak biyoinformatik biliminin gelişimi de bu alanda kullanım olanağı sunan veri tabanları ve in silico analiz yöntemlerinin ortaya çıkmasına sebebiyet vermiştir; bu sayede miRNA’ların etkileşimlerini tespit etmek daha da kolaylaşmıştır. Birçok deneysel araştırma biyoinformatik analizlerle tespit edilen etkileşimleri doğrulamış, geliştirilen in silico araçların doğruluğunu ve tahmin güçlülüğünü kanıtlamıştır. Bu bilgiler hem normal fizyolojik süreçlerde hem de hastalıkta miRNA’nın etki mekanizmalarının aydınlatılmasına olanak sağlar. MiRNA analizlerinin in silico olarak değerlendirilmesinde önemli ölçüde yol alınmışsa da high-throughput miRNA teknolojilerinin gelişmesiyle artan miRNA verilerini analiz etmek için var olan veri tabanlarındaki limitasyonlar düşünülerek geliştirilmiş, güncel yeni veri tabanlarına ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Bu nedenle, tüm araştırmacıların erişebileceği, miRNA’ların çeşitli fonksiyonları ile hastalık ve fenotip ilişkileri için çeşitli web tabanlı veri tabanlarının ve in silico araçların yanı sıra yazılımlar geliştirilmiştir ve geliştirilmeye devam etmektedir. MiRNA çalışmaları yapan araştırmacıların en sık kullandığı veri tabanı olan ve 2002 yılında oluşturulan MiRBase güncelliğini ve güvenirliğini halen korur. MirBase veri tabanının son sürümü (v.22/Ekim 2018) 271 farklı türden precursor-miRNA (pre-miRNA)’ya ait 38.589 hairpin (saç tokası) verisini içerir, bu miRNA’ların toplam 48.860 farklı mature (olgun) miRNA dizisi ürettiği rapor edilmiştir. Bu derlemenin amacı, miRNA’ların hastalıkların patogenezindeki rollerini aydınlatmak ve biyobelirteç potansiyellerini ortaya çıkarmak amaçlı klinik miRNA araştırmalarına büyük katkı sağlayan 2016 ve sonraki yıllarda oluşturulmuş ya da güncellenmiş web tabanlı veri bankalarını, güncel in silico araçları ve yazılımları değerlendirmek; kullanım alanları ve çalışma prensiplerine göre sınıflandırarak klinisyenlere ve diğer araştırmacılara katkı sağlayacak ve yol gösterecek bir literatür derlemesi oluşturmaktır.