IDENTIFICATION AND FUNCTIONAL CHARACTERIZATION OF MICRORNAS REGULATING HTERT

Махам Ансарі; Рафіулла Рафіулла; Абдул Валі; Афрасіаб Хан Тарін; Імрана Ніяз Султан; Мухаммад Муштаг Ясінзай

doi:10.15407/exp-oncology.2025.02.167

Автор(и)

Махам Ансарі Кафедра біотехнології, факультет наук про життя та інформатики, Белуджистанський університет інформаційних технологій, інженерії та управлінських наук (BUITEMS), Кветта, Пакистан
Рафіулла Рафіулла Кафедра біотехнології, факультет наук про життя та інформатики, Белуджистанський університет інформаційних технологій, інженерії та управлінських наук (BUITEMS), Кветта, Пакистан
Абдул Валі Кафедра біотехнології, факультет наук про життя та інформатики, Белуджистанський університет інформаційних технологій, інженерії та управлінських наук (BUITEMS), Кветта, Пакистан
Афрасіаб Хан Тарін Кафедра біотехнології, факультет наук про життя та інформатики, Белуджистанський університет інформаційних технологій, інженерії та управлінських наук (BUITEMS), Кветта, Пакистан
Імрана Ніяз Султан Кафедра біотехнології, факультет наук про життя та інформатики, Белуджистанський університет інформаційних технологій, інженерії та управлінських наук (BUITEMS), Кветта, Пакистан
Мухаммад Муштаг Ясінзай Кафедра біотехнології, факультет наук про життя та інформатики, Белуджистанський університет інформаційних технологій, інженерії та управлінських наук (BUITEMS), Кветта, Пакистан

DOI:

https://doi.org/10.15407/exp-oncology.2025.02.167

Ключові слова:

мікроРНК, hTERT, злоякісні новоутворення, hsa-miR-6796-5p, hsa-miR-4651, орієнтація зв’язуван- ня, афінність, проліферація клітин

Анотація

Стан питання. Теломераза — це зворотна транскриптаза, яка реплікує кінці хромосом, тим самим підтримуючи цілісність геному. Її інгібування може сприяти запобіганню злоякісній трансформації клітин. Для таргетного впливу на hTERT застосовувалися різні підходи, і однією з перспективних стратегій є використання мікроРНК (міРНК). Мета роботи полягала у дослідженні взаємодії мікроРНК з hTERT із урахуванням афінності та оптимальної конформації взаємодії, а також вивченні впливу мікроРНК на експресію hTERT in vitro. Матеріали та методи. Для скринінгу використовувалися бази даних miRWalk, TargetScan та miRDB. У всіх трьох базах даних було виявлено п’ять мікроРНК з найвищим ступенем хітування, які могли взаємодіяти з мРНК hTERT, а саме hsa-miR-4651, hsa-miR-608, hsa-miR-6796-5p, hsa-miR-6752-5p та hsa-miR-6791-5p. Застосовували алгоритми та інструменти in silico, щоб змоделювати структури взаємодіючої мікроРНК та мРНК hTERT. Потім було проведено докінг і проаналізовано стабільність комплексів мікроРНК-мРНК за допомоги молекулярно- динамічної симуляції. Результати. Експресія вибраних мікроРНК була пригнічена в лінії клітин раку молочної залози MCF-7. Пригнічення hsa-miR-6796-5p посилювало, тоді як hsa-miR-4651 значно знижувало експресію білка hTERT. Більше того, пригнічення експресії hsa-miR-4651 привело до зниження швидкості проліферації клітин меланоми та раку молочної залози. Висновки. Запропоновано детальну процедуру ідентифікації та перевірки мікроРНК відносно їх взаємодії з мРНК. Пригнічення певних мікроРНК може модулювати експресію hTERT та впливати таким чином на проліферацію клітин, що може бути одним з підходів для цільової терапії раку. Ця стратегія може бути застосована і до інших генів з метою скринінгу потенційних мікроРНК, які впливають на експресію відповідних мРНК.

Посилання

Gillis AJ, Schuller AP, Skordalakes E. Structure of the Tribolium castaneum telomerase catalytic subunit TERT.

Nature. 2008;455(7213):633-637. https://doi.org/10.1038/nature07283

Mitchell M, Gillis A, Futahashi M, et al. Structural basis for telomerase catalytic subunit TERT binding to RNA template and telomeric DNA. Nat Struct Mol Biol. 2010;17(4):513-518. https://doi.org/10.1038/nsmb.1777

Cong YS, Wen J, Bacchetti S. The human telomerase catalytic subunit hTERT: organization of the gene and charac- terization of the promoter. Hum Mol Genet. 1999;8(1):137-142. https://doi.org/10.1093/hmg/8.1.137

MacNeil DE, Bensoussan HJ, Autexier C. Telomerase regulation from beginning to the end. Genes (Basel). 2016;7(9). https://doi.org/10.3390/genes7090064

Venteicher AS, Meng Z, Mason PJ, et al. Identification of ATPases pontin and reptin as telomerase components es- sential for holoenzyme assembly. Cell. 2008;132(6):945-957. https://doi.org/10.1016/j.cell.2008.01.019

Bryan TM, Reddel RR. Telomere dynamics and telomerase activity in in vitro immortalised human cells. Eur J Cancer. 1997;33(5):767-773. https://doi.org/10.1016/s0959-8049(97)00065-8

Lilleby W, Gaudernack G, Brunsvig PF, et al. Phase I/IIa clinical trial of a novel hTERT peptide vaccine in men with metastatic hormone-naive prostate cancer. Cancer Immunol Immunother. 2017;66(7):891-901. https://doi. org/10.1007/s00262-017-1994-y

Zanetti M. A second chance for telomerase reverse transcriptase in anticancer immunotherapy. Nat Rev Clin Oncol. 2017;14(2):115-128. https://doi.org/10.1038/nrclinonc.2016.67

Thompson PA, Drissi R, Muscal JA, et al. A phase I trial of imetelstat in children with refractory or recurrent solid tumors: a Children’s Oncology Group Phase I Consortium Study (ADVL1112). Clin Cancer Res. 2013;19(23):6578- 6584. https://doi.org/10.1158/1078-0432.Ccr-13-1117

Bryan C, Rice C, Hoffman H, et al. Structural basis of telomerase inhibition by the highly specific BIBR1532. Struc- ture. 2015;23(10):1934-1942. https://doi.org/10.1016/j.str.2015.08.006

Biffi G, Tannahill D, McCafferty J, et al. Quantitative visualization of DNA G-quadruplex structures in human cells.

Nat Chem. 2013;5(3):182-186. https://doi.org/10.1038/nchem.1548

Drosopoulos WC, Kosiyatrakul ST, Schildkraut CL. BLM helicase facilitates telomere replication during leading strand synthesis of telomeres. J Cell Biol. 2015;210(2):191-208. https://doi.org/10.1083/jcb.201410061

Tauchi T, Shin-ya K, Sashida G, et al. Telomerase inhibition with a novel G-quadruplex-interactive agent, telomestatin: in vitro and in vivo studies in acute leukemia. Oncogene. 2006;25(42):5719-5725. https://doi.org/10.1038/sj.onc.1209577

Liu W, Zhong YF, Liu LY, et al. Solution structures of multiple G-quadruplex complexes induced by a platinum(II)- based tripod reveal dynamic binding. Nat Commun. 2018;9(1):3496. https://doi.org/10.1038/s41467-018-05810-4

El-Daly H, Kull M, Zimmermann S, et al. Selective cytotoxicity and telomere damage in leukemia cells using the telomerase inhibitor BIBR1532. Blood. 2005;105(4):1742-1749. https://doi.org/10.1182/blood-2003-12-4322

Budakoti M, Panwar AS, Molpa D, et al. MicroRNA: The darkhorse of cancer. Cell Signal. 2021;83:109995. https:// doi.org/10.1016/j.cellsig.2021.109995

Smolarz B, Durczyński A, Romanowicz H, etal. miRNAsincancer(reviewofliterature). Int JMol Sci. 2022;23(5):2805. https://doi.org/10.3390/ijms23052805

Hussen BM, Hidayat HJ, Salihi A, et al. MicroRNA: A signature for cancer progression. Biomed Pharmacother. 2021;138:111528. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2021.111528

Peng Y, Croce CM. The role of microRNAs in human cancer. Signal Transduct Target Ther. 2016;1:15004. https:// doi.org/10.1038/sigtrans.2015.4

Yi M, Xu L, Jiao Y, et al. The role of cancer-derived microRNAs in cancer immune escape. J Hematol Oncol. 2020;13(1):25. https://doi.org/10.1186/s13045-020-00848-8

Otmani K, Rouas R, Lewalle P. OncomiRs as noncoding RNAs having functions in cancer: Their role in immune suppression and clinical implications. Front Immunol. 2022;13:913951. https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.913951

Hrdličková R, Nehyba J, Bargmann W, et al. Multiple tumor suppressor microRNAs regulate telomerase and TCF7, an important transcriptional regulator of the Wnt pathway. PLoS One. 2014;9(2):e86990. https://doi.org/10.1371/ journal.pone.0086990

Cho WC. OncomiRs: the discovery and progress of microRNAs in cancers. Mol Cancer. 2007;6:60. https://doi. org/10.1186/1476-4598-6-60

Bai L, Wang H, Wang AH, et al. MicroRNA-532 and microRNA-3064 inhibit cell proliferation and invasion by acting as direct regulators of human telomerase reverse transcriptase in ovarian cancer. PLoS One. 2017;12(3):e0173912. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0173912

Li J, Lei H, Xu Y, et al. miR-512-5p suppresses tumor growth by targeting hTERT in telomerase positive head and neck squamous cell carcinoma in vitro and in vivo. PLoS One. 2015;10(8):e0135265. https://doi. org/10.1371/journal.pone.0135265

Zhou J, Dai W, Song J. miR-1182 inhibits growth and mediates the chemosensitivity of bladder cancer by targeting hTERT. Biochem Biophys Res Commun. 2016;470(2):445-452. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2016.01.014

Chen L, Lü MH, Zhang D, et al. miR-1207-5p and miR-1266 suppress gastric cancer growth and invasion by target- ing telomerase reverse transcriptase. Cell Death Dis. 2014;5(1):e1034. https://doi.org/10.1038/cddis.2013.553

Mitomo S, Maesawa C, Ogasawara S, et al. Downregulation of miR-138 is associated with overexpression of hu- man telomerase reverse transcriptase protein in human anaplastic thyroid carcinoma cell lines. Cancer Sci. 2008;99(2):280-286. https://doi.org/10.1111/j.1349-7006.2007.00666.x

Cittelly DM, Das PM, Spoelstra NS, et al. Downregulation of miR-342 is associated with tamoxifen resistant breast tumors. Mol Cancer. 2010;9:317. https://doi.org/10.1186/1476-4598-9-317

Lewis KA, Tollefsbol TO. Regulation of the telomerase reverse transcriptase subunit through epigenetic mecha- nisms. Front Genet. 2016;7:83. https://doi.org/10.3389/fgene.2016.00083

Liu K, Li L, Rusidanmu A, et al. Down-regulation of miR-1294 is related to dismal prognosis of patients with esophageal squamous cell carcinoma through elevating c-myc expression. Cell Physiol Biochem. 2015;36(1):100- 110. https://doi.org/10.1159/000374056

Östling P, Leivonen SK, Aakula A, et al. Systematic analysis of microRNAs targeting the androgen receptor in pros- tate cancer cells. Cancer Res. 2011;71(5):1956-1967. https://doi.org/10.1158/0008-5472.Can-10-2421

Xu X, Chen W, Miao R, et al. miR-34a induces cellular senescence via modulation of telomerase activity in hu- man hepatocellular carcinoma by targeting FoxM1/c-Myc pathway. Oncotarget. 2015;6(6):3988-4004. https://doi. org/10.18632/oncotarget.2905

Sticht C, De La Torre C, Parveen A, et al. miRWalk: An online resource for prediction of microRNA binding sites. PLoS One. 2018;13(10):e0206239. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0206239

Agarwal V, Bell GW, Nam J-W, et al. Predicting effective microRNA target sites in mammalian mRNAs. eLife. 2015;4:e05005. https://doi.org/10.7554/eLife.05005

McGeary SE, Lin KS, Shi CY, et al. The biochemical basis of microRNA targeting efficacy. Science. 2019;366(6472). https://doi.org/10.1126/science.aav1741

Chen Y, Wang X. miRDB: an online database for prediction of functional microRNA targets. Nucleic Acids Res. 2020;48(D1):D127-D131. https://doi.org/10.1093/nar/gkz757

Li D, Knox B, Gong B, et al. Identifi ation of translational microRNA biomarker candidates for ketoconazole-induced liver injury using next-generation sequencing. Toxicol Sci. 2021;179(1):31-43. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfaa162

Miranda KC, Huynh T, Tay Y, et al. A pattern-based method for the identification of microRNA binding sites and their corresponding heteroduplexes. Cell. 2006;126(6):1203-1217. https://doi.org/10.1016/j.cell.2006.07.031

Miranda KC, Huynh T, Tay Y, et al. A pattern-based method for the identification of MicroRNA binding sites and their corresponding heteroduplexes. Cell. 2006;126(6):1203-1217. https://doi.org/10.1016/j.cell.2006.07.031

Hassan M, Iqbal MS, Naqvi S, et al. Prediction of site directed miRNAs as key players of Transcriptional regulators against influenza C virus infection through computational approaches. Front Mol Biosci. 2022;9:866072. https://doi. org/10.3389/fmolb.2022.866072

Sayers EW, Bolton EE, Brister JR, et al. Database resources of the national center for biotechnology information. Nucleic Acids Res. 2022;50(D1):D20-D26. https://doi.org/10.1093/nar/gkab1112

Kozomara A, Birgaoanu M, Griffiths-Jones S. miRBase: from microRNA sequences to function. Nucleic Acids Res. 2019;47(D1):D155-D162. https://doi.org/10.1093/nar/gky1141

Sarzynska J, Popenda M, Antczak M, et al. RNA tertiary structure prediction using RNAComposer in CASP15.

Proteins. 2023;91(12):1790-1799. https://doi.org/10.1002/prot.26578

Antczak M, Popenda M, Zok T, et al. New functionality of RNAComposer: an application to shape the axis of miR160 precursor structure. Acta Biochim Pol. 2016;63(4):737-744. https://doi.org/10.18388/abp.2016_1329

Parisien M, Major F. The MC-Fold and MC-Sym pipeline infers RNA structure from sequence data. Nature. 2008;452(7183):51-55. https://doi.org/10.1038/nature06684

Yao J, Reinharz V, Major F, et al. RNA-MoIP: prediction of RNA secondary structure and local 3D motifs from sequence data. Nucleic Acids Res. 2017;45(W1):W440-W444. https://doi.org/10.1093/nar/gkx429

Yan Y, Tao H, He J, et al. The HDOCK server for integrated protein-protein docking. Nat Protoc. 2020;15(5):1829- 1852. https://doi.org/10.1038/s41596-020-0312-x

Cheatham TE, 3rd. Simulation and modeling of nucleic acid structure, dynamics and interactions. Curr Opin Struct Biol. 2004;14(3):360-367. https://doi.org/10.1016/j.sbi.2004.05.001

Mackerell AD, Jr., Nilsson L. Molecular dynamics simulations of nucleic acid-protein complexes. Curr Opin Struct Biol. 2008;18(2):194-199. https://doi.org/10.1016/j.sbi.2007.12.012

Shah K, Ansari M, Saeed S, et al. Nilotinib: disrupting the MYC-MAX heterocomplex. Bioinform Biol Insights. 2024;18:11779322241267056. https://doi.org/10.1177/11779322241267056

Kavakiotis I, Alexiou A, Tastsoglou S, et al. DIANA-miTED: a microRNA tissue expression database. Nucleic Acids Research. 2021;50(D1):D1055-D1061. https://doi.org/10.1093/nar/gkab733

Daniel M, Peek GW, Tollefsbol TO. Regulation of the human catalytic subunit of telomerase (hTERT). Gene. 2012;498(2):135-146. https://doi.org/10.1016/j.gene.2012.01.095

Gaspar TB, Sá A, Lopes JM, et al. Telomere maintenance mechanisms in cancer. Genes (Basel). 2018;9(5):241. https://doi.org/10.3390/genes9050241

Dratwa M, Wysoczańska B, Łacina P, et al. TERT-regulation and roles in cancer formation. Front Immunol. 2020;11:589929. https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.589929

Schrank Z, Khan N, Osude C, et al. Oligonucleotides targeting telomeres and telomerase in cancer. Molecules. 2018;23(9):2267. https://doi.org/10.3390/molecules23092267

Zhang Y, Schiff D, Park D, et al. MicroRNA-608 and microRNA-34a regulate chordoma malignancy by targeting EGFR, Bcl-xL and MET. PLoS One. 2014;9(3):e91546. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0091546

Chai L, Kang XJ, Sun ZZ, et al. MiR-497-5p, miR-195-5p and miR-455-3p function as tumor suppressors by target- ing hTERT in melanoma A375 cells. Cancer Manag Res. 2018;10:989-1003. https://doi.org/10.2147/cmar.S163335

Cukusić A, Skrobot Vidacek N, Sopta M, et al. Telomerase regulation at the crossroads of cell fate. Cytogenet Ge- nome Res. 2008;122(3-4):263-272. https://doi.org/10.1159/000167812

Guzman H, Sanders K, Idica A, et al. miR-128 inhibits telomerase activity by targeting TERT mRNA. Oncotarget. 2018;9(17):13244-13253. https://doi.org/10.18632/oncotarget.24284

Leão R, Apolónio JD, Lee D, et al. Mechanisms of human telomerase reverse transcriptase (hTERT) regulation: clinical impacts in cancer. J Biomed Sci. 2018;25(1):22. https://doi.org/10.1186/s12929-018-0422-8

Prajapati KS, Shuaib M, Kushwaha PP, et al. Identifi ation of cancer stemness related miRNA(s) using integrated bioinfor- matics analysis and in vitro validation. 3 Biotech. 2021;11(10):446.https://doi.org/10.1007/s13205-021-02994-3

Liu BW, Sun N, Lin H, et al. The p53/ZEB1-PLD3 feedback loop regulates cell proliferation in breast cancer. Cell Death Dis. 2023;14(11):751. https://doi.org/10.1038/s41419-023-06271-4

Rovira-Llopis S, Díaz-Rúa R, Grau-Del Valle C, et al. Characterization of differentially expressed circulating miR- NAs in metabolically healthy versus unhealthy obesity. Biomedicines. 2021;9(3):321. https://doi.org/10.3390/bio- medicines9030321

Wang XB, Tian XY, Li Y, et al. Elevated expression of macrophage migration inhibitory factor correlates with tumor recurrence and poor prognosis of patients with gliomas. J Neurooncol. 2012;106(1):43-51. https://doi.org/10.1007/ s11060-011-0640-3

Zuo W, Zhou K, Deng M, et al. LINC00963 facilitates acute myeloid leukemia development by modulating miR- 608/MMP-15. Aging (Albany NY). 2020;12(19):18970-18981. https://doi.org/10.18632/aging.103252

Yang H, Li Q, Niu J, et al. microRNA-342-5p and miR-608 inhibit colon cancer tumorigenesis by targeting NAA10.

Oncotarget. 2016;7(3):2709-2720. https://doi.org/10.18632/oncotarget.6458