Abordagens terapêuticas emergentes de pequenas moléculas para a doença de Alzheimer e a doença de Parkinson com base no direcionamento de microRNAs

O papel dos microRNAs na progressão de doenças neurodegenerativas: MicroRNAs (miRNAs) são nucleotídeos de RNA curtos, não codificantes e endógenos que regulam a expressão gênica por meio do pareamento de bases com o RNA mensageiro (mRNA) alvo na região 3' não traduzida (3' UTRA). Assim, os miRNAs desempenham um papel fundamental na inibição ou degradação dos RNAs mensageiros (Gebert e MacRae, 2019). Duas enzimas ribonucleases (RNase) III controlam a biogênese dos miRNAs; Drosha e Dicer. O primeiro passo na biogênese inclui a clivagem de miRNAs primários (pri-miRNAs) no núcleo da célula por Drosha, o que leva à formação de curtos pré-miRNAs haste-alça. Posteriormente, esses pré-miRNAs são transportados para o citoplasma e posteriormente processados ​​por Dicer, resultando em miRNAs maduros (O'Brien et al., 2018).

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Numerosas doenças exibem expressão anormal de miRNAs, como câncer de mama, leucemia, carcinoma hepatocelular e doenças cardiovasculares e neurodegenerativas. Mais de 2.000 miRNAs foram identificados como tendo papéis-chave na diferenciação de neurônios, o que destaca o envolvimento de miRNAs em diferentes processos neuronais. A literatura revela que os miRNAs estão implicados em diferentes vias que estão diretamente envolvidas na progressão de doenças neurodegenerativas (Figura 1A). -Sinucleína, uma proteína pré-sináptica implicada em distúrbios neurológicos, é uma proteína intrinsecamente desordenada. A agregação de -sinucleína para formar fibrilas insolúveis e corpos de Lewy é uma marca patológica chave para o diagnóstico de distúrbios neurológicos, como a doença de Parkinson e a doença de Alzheimer. A agregação de -sinucleína em células de neuroblastoma humano é promovida pelo miR-16-1, que é atribuído à capacidade do miR-16-1 de regular negativamente a proteína de choque térmico 70. Recentemente, a capacidade do miR-153 regular negativamente a -sinucleína foi demonstrado em camundongos parkinsonianos (Cressatti et al., 2019).

Além disso, a inibição de miR-34b em pacientes com doença de Parkinson aumentou a expressão de -sinucleína no cérebro humano. Tau, uma proteína associada a microtúbulos, é expressa no cérebro humano maduro em seis isoformas. A hiperfosforilação anormal e a agregação de tau em fibrilas maduras são observadas na doença de Alzheimer, bem como em outros distúrbios neurológicos, chamados tauopatias. A regulação negativa de miR-212 e miR-132 foi detectada em exossomos plasmáticos derivados neuralmente de pacientes com doença de Alzheimer (Cha et al., 2019). Com base nesses achados, a avaliação dos níveis de miR212 e miR-132 em vesículas extracelulares é considerada uma ferramenta diagnóstica promissora para a doença de Alzheimer. Numerosos relatórios demonstraram a associação entre doenças neurodegenerativas e disfunções na dinâmica mitocondrial, como variação no tamanho das mitocôndrias, forma alterada, fissão-fusão e movimento das mitocôndrias). Nesse contexto, foi relatado que miR-27a suprime a expressão da putativa quinase 1 induzida por PTEN, uma serina/treonina quinase mitocondrial, que é um elemento-chave na mitofagia. Assim, miR-27a desempenha um papel fundamental no controle da eliminação autofágica de mitocôndrias danificadas.

Mutações na quinase 1 putativa induzida por PTEN são consideradas um dos principais contribuintes para a doença de Parkinson autossômica recessiva. Nesse sentido, miR-494 induz dano mitocondrial e dano neuronal induzido por estresse oxidativo, diminuindo a expressão da proteína 7 da doença de Parkinson, um inibidor da agregação de -sinucleína (Catanesi et al., 2020). Além disso, o novo miR-455- 3p demonstrou atividade protetora contra a agregação amilóide, controlando a expressão de proteínas de fissão mitocondrial e regulando a dinâmica mitocondrial (Kumar et al., 2019). Nos últimos anos, a -secretase 1 (BACE1) recebeu atenção crescente como um alvo terapêutico crítico para a doença de Alzheimer. A BACE-1, também conhecida como enzima de clivagem 1 da proteína precursora de amilóide -site, é a principal secretase envolvida na produção de peptídeos amilóides no cérebro humano. A subsequente agregação e fibrilação desses peptídeos para formar placas amilóides são características-chave de diagnóstico da doença de Alzheimer.

Além disso, várias linhas de evidência demonstraram a neurotoxicidade de pequenos oligômeros de peptídeos amilóides. MiR-298 foi recentemente identificado como um repressor de BACE1 no modelo de cultura de células neuronais humanas, revelando o potencial terapêutico de miR298 para doenças neurodegenerativas (Chopra et al., 2020). Além disso, a expressão de BACE-1 é diretamente regulada por miR15b, que funciona direcionando BACE1 mRNA 3'-UTR (Gong et al., 2017). Essas descobertas ilustram que os miRNAs são peças-chave no controle da função de BACE-1 e seu papel na patogênese de doenças neurodegenerativas.

O desenvolvimento de pequenas moléculas para doenças neurodegenerativas com base no direcionamento de miRNAs:

O direcionamento de miRNAs causadores de doenças com pequenas moléculas revelou resultados promissores in vitro, bem como na triagem in vivo. Assim, consideráveis ​​esforços de pesquisa têm sido direcionados para o desenvolvimento de novas estratégias para a identificação e o design de pequenas moléculas com potencial capacidade de ligação ao miRNA. No entanto, as sequências curtas de miRNAs impediram a identificação de ligantes potentes de pequenas moléculas e mudaram o foco para o direcionamento de pré-miRNAs com sequências mais longas. Inforna e Inforna 2.0 são ferramentas desenvolvidas para identificar pequenas moléculas direcionadas a RNAs estruturados. Essas abordagens são baseadas em motivos de mineração (estruturas secundárias) dos RNAs com base em suas sequências.

Esses motivos são então comparados a um banco de dados de parceiros de ligação de moléculas pequenas e motivos de RNA conhecidos. A Inforna então relata o motivo no banco de dados, bem como o RNA alvo. Informa foi utilizado recentemente na identificação do composto 1 (Figura 1B) como um inibidor da expressão de -sinucleína (Zhang et al., 2020). O composto 1 tem como alvo o mRNA 5' UTR de -sinucleína e diminui os níveis de a-sinucleína diminuindo a quantidade de mRNA de SNCA carregado em polissomos. Recentemente, os RIBOTACs (quimeras de direcionamento de ribonuclease) evoluíram como uma nova classe de pequenas moléculas que podem atingir diversas classes de RNA, incluindo miRNAs e mRNAs (Dey e Jaffrey, 2019). O design dos RIBOTACs é baseado na ligação de moléculas de ligação ao RNA a uma pequena molécula que ativa o RNA L, uma ribonuclease latente, que resulta na degradação do RNA alvo

Ligantes direcionados multialvo (MTDLs) para doenças neurodegenerativas focados em miRNAs:

Os MTDLs são ligantes projetados para interferir em várias vias envolvidas na progressão de distúrbios neurológicos devido à sua característica multifacetada. O notável sucesso de MTLDs na identificação de pequenas moléculas com eficácia in vitro e in vivo em modelos de doenças neurodegenerativas resultou em esforços contínuos no desenvolvimento de novas ferramentas para a concepção de MTDLs. Nesse contexto, foi recentemente relatada uma nova estratégia para a identificação de MTDLs para doenças neurodegenerativas, baseada na dupla inibição da acetilcolinesterase e na biogênese de miRNAs (Gabr e Brogi, 2020). O composto 2 (Figura 1B), um inibidor duplo de acetilcolinesterase e biogênese de miR-15b, foi mais eficiente do que donepezil e anti-miR-15 na proteção de células de neuroblastoma SH-SY5Y da citotoxicidade induzida por beta-amilóide .

Além disso, a inibição dupla da oligomerização da tau e da biogênese de miRNAs implicados na progressão de distúrbios neurológicos (por exemplo, miRNA-146a) foi relatada como uma estratégia promissora para o design de MTDLs (Gabr e Barbault, 2020). O resultado dessa abordagem forneceu o composto 3 (Figura 1B) que apresentou atividade neuroprotetora superior ao miRNA146a antagomir e MK-886, um inibidor da agregação de tau. Esses estudos ilustram ainda que o design de MTDLs focado na inibição da biogênese de miRNAs mostrou um perfil terapêutico preferencial em comparação com a terapêutica monodirecionada. Portanto, uma triagem adicional do resultado dessas abordagens usando modelos in vivo de doenças neurodegenerativas será crítica para otimização futura

Direções futuras:

O desenvolvimento de estratégias eficientes para identificar pequenas moléculas que podem se ligar seletivamente a miRNAs terá um efeito notável na capacidade de controlar a expressão de proteínas implicadas em doenças neurodegenerativas. Inibidores de moléculas pequenas de Drosha e Dicer têm sido extensivamente estudados como ferramentas para inibir a biogênese de miRNAs. No entanto, numerosos inibidores de Dicer e Drosha exibem afinidade atenuada de ligação ao miRNA no ambiente celular, bem como a incapacidade de bloquear a maturação do miRNA.

Esses resultados são atribuídos ao direcionamento promíscuo dessas pequenas moléculas, bem como à sua competição com outras macromoléculas na ligação de miRNAs. Portanto, o estabelecimento de novas abordagens para a ligação seletiva de miRNAs é altamente desejável. A síntese guiada por alvo cinético (KTGS) é uma abordagem de descoberta de drogas baseada em fragmentos em que um alvo biológico seleciona seus ligantes bidentados reunindo-os a partir de um pool de pequenos fragmentos reativos.

No KTGS, o alvo biológico acelera a formação de ligações covalentes entre os blocos de construção com grupos funcionais reativos complementares por meio de um tempo de ressonância aprimorado. Após a dissociação do alvo, os acertos do KTGS podem ser detectados na mídia por cromatografia líquida-espectrometria de massa. Uma via potencial para a identificação de ligantes seletivos de miRNAs seria usar KTGS para identificar ligantes de moléculas pequenas de miRNA alvo.

Referências

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