MikroRNA tworzone są z dwuniciowych prekursorów, powstałych przy udziale polimerazy RNA II. Dojrzałe cząsteczki miRNA liczą 19-23 nukleotydów i są wbudowywane w kompleksy wyciszające translację (RNA-induced silencing complex, miRISC). Kompleksy te dzięki cząsteczce miRNA mają zdolność przyłączania się do regionów 3’UTR (untranslated regions) mRNA genu docelowego i w wyniku pełnej komplementarności nukleotydowej mogą prowadzić do degradacji transkryptu. Jest to możliwe dzięki białkom Ago (Argonaute) wchodzącym w skład RISC, które wykazują aktywność endonukleo­lityczną. Jednak w większości przypadków mikroRNA nie wykazuje całkowitej komplementarności do 3’UTR. Skutkuje to zahamowaniem translacji docelowego mRNA [1].

Ryc.1 Szlak powstawania miRNA [10]

Po raz pierwszy zostały one opisane w 1993 roku przez zespół Ambros’a. Ich badania nad C. elegans pozwoliły na stwierdzenie, że ilość syntetyzowanego białka LIN14 jest uzależniona od niewielkiego RNA kodowanego przez gen lin-4 [2]. Od tamtej chwili do dnia dzisiejszego oszacowano, iż u człowieka obecnych jest około 1000 genów miRNA regulujących w przybliżeniu 30% wszystkich genów kodujących białka [3].  Spośród genów, których ekspresja zależna jest od miRNA, wiele koduje białka ważne w procesach takich jak proliferacja czy różnicowanie, a sama ekspresja licznych miRNA jest tkankowo-specyficzna, co sugeruje zaangażowanie tych cząsteczek w organogenezę.

Odkrycie tych małych, jednoniciowych cząsteczek RNA, zmieniło sposób postrzegania procesu nowotworzenia. Obecnie wiadomo już, że zbyt niski bądź zbyt wysoki poziom ekspresji danego miRNA może mieć istotne znaczenie w rozwoju nowotworu. Różne typy nowotworów charakteryzują się odmiennym wzorem ekspresji cząsteczek miRNA. Co istotne,  pomiar ilości zaledwie kilku różnych miRNA lepiej określa typ nowotworu niż pomiar poziomu ekspresji 16000 różnych cząsteczek mRNA – to wskazuje na istotną rolę miRNA w procesie nowotworzenia i daje potencjalną możliwość wykorzystania miRNA w diagnostyce. Nadekspresja  miRNA może być spowodowana amplifikacją, demetylacją wysp CpG w rejonie promotorowym genu oraz nieprawidłowym działaniem czynników transkrypcyjnych, co skutkuje rozregulowaniem procesu transkrypcji. Delecje, całkowity lub częściowy brak ekspresji czynników transkrypcji oraz wyciszanie epigenetyczne mogą powodować zmniejszenie poziomu ekspresji supresorowych cząsteczek miRNA [4].

Wykazano, że geny dla mikroRNA często zlokalizowane są w miejscach łamliwych chromosomów (fragile sites) lub w ich pobliżu [5]. W efekcie uszkodzeń genomu, takich jak translokacje, delecje, amplifikacje, integracje obcego DNA, np. wirusa HPV (human papilloma virus) wpływają nie tylko na ekspresję genów białek będących supresorami  nowotworzenia, ale również na ekspresję mikroRNA [5].  Różnorodność genów regulowanych przez miRNA sprawia, że w kontekście rozwoju nowotworu cząsteczki te mogą zachowywać się jak onkogeny i jak supresory transformacji.  Przyjęto zatem pojęcie onkomirów, czyli mikroRNA funkcjonujących jako propagatory lub supresory procesu nowotworzenia.

Ryc.2. miRNA jako onkogeny i supresory nowotworzenia [11].

Zaburzenia aktywności niektórych cząsteczek miRNA istotnie wpływają na zaburzenia regulacji cyklu komórkowego, prowadząc do nadmiernej proliferacji. Zakłócenie tego procesu związane jest często z bezpośrednim oddziaływaniem miRNA z kluczowymi cząsteczkami regulatorowymi ścieżek sygnalizacyjnych odpowiedzialnych za proliferację np. PTEN, Myc, Ras, ABL, a także białkami szlaku Rb, kompleksami Cyklina-CDK czy inhibitorami cyklu komórkowego z rodzin INK4 i Cip/Kip [6]. Za przykład może posłużyć miR-21, którego nadekspresja obserwowana jest w nowotworze piersi i wątroby oraz grupa cząsteczek miR-17-92, które mogą hamować proces powstawania fosfatazy PTEN. Zmniejszenie ekspresji genu kodującego białko PTEN, inhibitora szlaku kinazy Akt, promuje proliferację komórkową. Innym  miRNA wpływającym na cykl komórkowy jest miR-15b. Obserwowana w glejakach obniżona ekspresja miR-15b prowadzi do zwiększenia ilości cykliny E1 w komórce, a to skutkuje brakiem kontroli na etapie przejścia z fazy G1 do fazy S. Także let-7, jedna z rodzin miRNA, charakteryzuje się właściwościami antyproliferacyjnymi. Cząsteczki należące do rodziny let-7 odpowiadają za potranskrypcyjne hamowanie ekspresji wielu onkogenów m.in. Myc, Ras i HMGA2. Zaburzenia aktywności cząsteczek let-7 zaś wiązane są z nowotworami piersi i płuc [7]. Dodatkowo liczne badania wykazały, że onkomiry odgrywają istotną  rolę w nabywaniu przez komórki nowotworowe zdolności do inwazji i tworzenia przerzutów. Przykładowo nadekspresja miR-10b obserwowana w nowotworach piersi i obniża ilość czynnika transkrypcyjnego HOXD10 w zmienionych komórkach. Konsekwencją takiej sytuacji jest  wzrost poziomu RhoC, białka odpowiedzialnego za promocję metastazy. Także cząsteczki miR-373 oraz miR-520c wiązane są ze zdolnością komórek nowotworowych do inwazji i przerzutowania. Cząsteczki te bezpośrednio hamują ekspresję receptora powierzchniowego CD44, odpowiedzialnego za wiązanie hialuronianiu – głównego składnika macierzy zewnątrzkomórkowej. Co więcej, cząsteczki miRNA są zaangażowane także w przejście epitelialno-mezenchymalne (EMT). Proces ten polega na nabywaniu zdolności do samodzielnego przemieszczania się przez komórkę, co jest niezbędnym etapem w przerzutowaniu komórek nowotworowych. Rodzina miR-200 oraz miR-205 pełni natomiast istotną rolę w ekspresji czynników transkrypcyjnych ZEB1 i ZEB2, kluczowych w EMT i procesie metastazy [8,9].

Tab.1. Zmiany profilu ekspresji miRNA w przypadku niektórych nowotworów [12].

Cząsteczki te są tak bardzo interesujące dla badaczy, ponieważ bez wątpienia posiadają dwa oblicza zależne  od procesu mającego miejsce w komórce i charakteru samego nowotworu. Za przykład podać tu można  mikroRNA, znany jako mikroR- 125b [7]. W przypadku płaskonabłonkowego raka jajników, tarczycy oraz jamy ustnej występuje on w zmniejszonej ilości. Wykazano jego wpływ na hamowanie proliferacji komórek i progresję cyklu komórkowego. Natomiast w przypadku raka prostaty cząsteczka ta sprzyjała proliferacji i inwazji komórek nowotworowych.

Na podstawie poziomu ekspresji miRNA można różnicować tkanki prawidłowe od zmienionych nowotworowo. Ponadto, profilowanie ekspresji mikroRNA może być dobrym narzędziem diagnostycznym do oceny stopnia zaawansowania choroby czy szacowania czasu przeżycia, a także może być pomocne przy wyborze leczenia dostosowanego do indywidualnych potrzeb chorego.