Peran Mikro-RNA terhadap Kejadian Aterosklerosis
Henny Erina Saurmauli Ompusunggu
Departemen Biologi Sel Molekuler Fakultas Kedokteran Universitas HKBP Nommensen
ABSTRACT
Atherosclerosis occurs in response to chronic inflammation of the vascular walls. Its complications can cause high mortality. Although the pathophysiological mechanisms underlying atherosclerosis has been well understood, new signaling molecules that control the progress of these pathologies have continuously been discovered. MicroRNAs (miRNAs) have recently emerged as a novel gene regulator that work through mRNA degradation and translation inhibition. Many of genes in the cell can be directly regulated by miRNA. Thus, miRNAs are considered as an important regulator in physiological and pathophysiological processes in the body. Alterations of miRNAs expression profiles have been revealed in diverse vascular diseases. A variety of functions of vascular cells, such as cell differentiation, contraction, migration, proliferation and inflammation that are involved in angiogenesis, neointimal formation and lipid metabolism underlying various vascular diseases, have been found to be regulated by miRNAs. This review summarizes current research progress and knowledge on the roles of miRNAs in regulating vascular cell function in atherosclerosis.
This discovery is expected to present a positive impact for clinical diagnostic and therapeutic approaches in atherosclerosis.
Keywords: microRNA; miRNA; miR; Aterosklerosis ATEROSKLEROSIS
Aterosklerosis adalah penyakit peradangan kronis dan progresif yang ditandai dengan akumulasi lipid dan elemen fibrous dalam dinding arteri besar, menyebabkan sejumlah penyakit kardiovaskular. Studi dasar genetik terkait aterosklerosis ditemukakan bahwa sekitar 40-60% penyakit jantung diturunkan. Pada patologi aterosklerosis hanya sebagian kecil yang merupakan gangguan gen tunggal, dimana proses patologi perkembangan aterosklerosis tergantung pada interaksi antara beberapa gen dengan lingkungan.1 Untuk mengidentifikasi jaringan biologis yang mengalami perubahan pada aterosklerosis, semua pengaruh sistemik pada penyakit harus diperhitungkan, termasuk faktor-faktor lingkungan (misalnya: gaya hidup dan diet), epigenetika, hipertensi, dislipidemia, diabetes dan peradangan.1,2 Merokok juga mempengaruhi jalur patomekanisme yang
terkait dengan potensi aterogenik yaitu stimulasi stres oksidatif, peradangan dan gangguan hemostasis.3
Aterosklerosis merupakan penyebab sekitar 50% kematian pada negara sedang berkembang dan negara berkembang. Di negara maju, epidemi obesitas disertai dengan meningkatnya penyakit aterosklerosis. Obesitas dan kondisi terkait seperti hipertensi dan diabetes sekarang telah menjadi salah satu masalah kesehatan utama di kalangan anak dan remaja.4,5 Salah satu cara yang dipakai untuk menilai aterosklerosis praklinis yaitu dengan mengukur carotid artery intima media thickness (CIMT) menggunakan pencitraan USG. Peningkatan CIMT ditemukan pada anak dengan obesitas, hiperkolesterolemia familial, diabetes tipe 1, hipertensi, dan keturunan dari orang tua dengan penyakit koroner stadium awal.4 Identifikasi dan kuantifikasi lipid sangat penting untuk diagnosis, prognosis, dan
pemahaman tentang mekanisme molekular yang terlibat dalam penyakit aterosklerosis. Disfungsi metabolisme lipid termasuk hipertrigliseridemia dan hiperkolesterolemia merupakan faktor risiko independen untuk penyakit aterosklerosis.6 Ketidakseimbangan antara efluks kolesterol dengan uptake kolesterol serta ketidakseimbangan metabolisme lemak menjadi patogenesis yang mendasari penyakit aterosklerosis.7,8,9 Selain itu, juga terjadi maladaptif respon imun yang menyebabkan terjadinya reaksi inflamasi terhadap Low-Density Lipoprotein (LDL) yang teroksidasi di subendotel. Aspek penting dari respon ini adalah kegagalan dalam mengatasi peradangan, yang biasanya melibatkan penghambatan masuknya sel inflamasi, pembersihan sel apoptosis dan memicu egresi sel inflamasi.
Gangguan dalam proses ini memicu perkembangan lesi aterosklerotik menjadi plak yang berbahaya karena dapat menjadi aterotrombosis yang merupakan penyebab utama kematian pada negara industri.10,11 Terganggunya keseimbangan akumulasi lemak, respon imun dan mekanisme pembersihannya disebabkan oleh akumulasi leukosit dan homeostasis yang diatur oleh molekul adhesi, selectins, integrin, kemokin dan reseptor- reseptornya.9,12
Pengetahuan tentang patofisiologi untuk penyakit ini penting dan telah berkembang. Respon inflamasi terhadap injury, diferensiasi, proliferasi, migrasi dan apoptosis sel otot polos pembuluh darah/
Vascular Smooth Muscle Cells (VSMCs) atau sel endotel/ Endothelial Cell (EC) merupakan peristiwa seluler yang penting untuk berkembangnya penyakit aterosklerosis. Bukti ekstensif mengungkapkan bahwa fitur patogenik aterosklerosis adalah proses inflamasi, dimana EC menjadi disfungsional karena dipengaruhi oleh Reactive Oxygen Species (ROS) endogen. Homeostasis dipertahankan oleh adanya mekanisme antioksidan yang efektif. Stres oksidatif
terjadi ketika produksi ROS melebihi konsentrasi sistem pertahanan antioksidan yang tersedia secara efektif untuk membersihkan dan menonaktifkan ROS.
ROS yang tidak terkontrol atau tidak dapat
dibersihkan akan memicu
ketidakseimbangan redoks, yang meningkatkan stres oksidatif. Pada dinding arteri, ROS memulai dan memicu berbagai jalur patologis yang terlibat dalam patomekanisme aterosklerosis, termasuk oksidasi lipid, ekspresi molekul adhesi, stimulasi proliferasi sel otot polos vaskular dan migrasi, apoptosis sel endotel, aktivasi matriks metaloproteinase, dan perubahan vasomotoreaktivitas.13 Sistem renin- angiotensin (RAS) merupakan salah satu jalur yang memainkan peran penting dalam inisiasi dan perkembangan aterosklerosis. ROS merangsang Angiotensin II, substrat utama dalam RAS, yang memicu terjadinya aterosklerosis melalui berbagai efek merusak seperti disfungsi endotel, proliferasi sel dan inflamasi.2
Tahap Inisiasi
Endotelium terdiri dari satu lapisan EC vaskular dan berfungsi sebagai selektif barier antara darah dan jaringan. Plak aterosklerotik terutama terjadi pada tempat spesifik di arteri seperti pada cabang, bifurkasio dan lekukan dimana pola aliran terganggu, dengan kecepatan yang lebih rendah dan tidak ada orientasi partikular.
EC di wilayah ini cenderung menunjukkan peningkatan permeabilitas untuk makromolekul seperti LDL. Pembentukan ateroma diawali dengan hilangnya integritas endotel, disfungsi endotel sehingga memungkinkan LDL berdifusi pasif melalui EC junction dan terakumulasi dalam matriks subendothelial yang selanjutnya, LDL mengalami modifikasi dan oksidasi. Hal ini menyebabkan terjadinya vasodilatasi, pro- inflamasi dan protrombotik.9
Gambar 1. Tahap inisiasi pada aterosklerosis: langkah-langkah ini digambarkan dalam urutan kronologis dari kiri ke kanan (Dikutip dari Libby P et al 2002) 12
Tahap peradangan dan pembentukan plak fibrosis
Pada EC yang telah diaktivasi, disekresikan berbagai molekul adhesi seperti Intercellular Adhesion Molecule-1 (ICAM-1), Vascular Cell Adhesion Molecule-1 (VCAM-1) dan E-selectin, growth factor seperti Macrophage Colony Stimulating Factor (M-CSF), dan kemokin termasuk Monocyte Chemotactic Factor-1 (MCP-1). E-selectin adalah anggota dari famili selektin yang merupakan molekul adhesi yang memainkan peranan penting dalam interaksi awal antara leukosit yang bersirkulasi dengan EC. E-selectin berikatan dengan ligand karbohidrat pada leukosit dan memfasilitasi leukosit bergulir di sepanjang permukaan endotel.
Dalam kerjasama molekul adhesi dan faktor kemotaktik, leukosit bermigrasi masuk ke neo-intima endotel dinding pembuluh darah. Selain itu, monosit dan limfosit yang beredar direkrut oleh MCP-1 dan M-CSF juga masuk ke neo-intima endotel dinding pembuluh darah. M-CSF menginduksi proliferasi dan diferensiasi monosit menjadi makrofag. LDL yang menyusup dari sirkulasi ke neo-intima harus dimodifikasi dan teroksidasi
sebelum dapat diambil oleh makrofag.
ROS yang diproduksi oleh sel-sel vaskular, termasuk sphingomyelinase, secretory phospholipase-2 (sPLA2) dan myeloperoxidase, terlibat dalam inisiasi oksidasi LDL. LDL yang teroksidasi ditangkap oleh makrofag (LDL teroksidasi berinteraksi dengan CD36 pada makrofag).
Sel-sel ini terakumulasi dalam matriks subendotelial dan berubah menjadi sel busa, yang merupakan karakteristik dari lesi awal aterosklerotik (ateroma).8,13,14 Sel busa mendorong perkembangan lesi dengan mengeluarkan sitokin proinflamasi. Sel T bergabung dengan makrofag dalam tunika intima dan langsung memberikan respon imun adaptif. Leukosit, serta sel-sel endotel, mensekresi sitokin tambahan dan growth factors yang menginduksi proliferasi VSMCs, migrasi dari media ke intima dan memproduksi kolagen (fragmen kolagen tipe I, III, dan kolagen tipe VIII), elastin dan proteoglikan untuk membentuk matriks fibrous (fibrous cap)8,12,13,14 Mobilitas makrofag dapat dikembalikan dengan menggunakan antioksidan dan inhibitor NADPH oksidase, yang memungkinkan sel busa egresi keluar dari tunika intima kembali ke sirkulasi.8
Gambar 2. Tahap peradangan dan pembentukan plak fibrosis (Dikutip dari Libby P et al 2002)12
Lesi tahap lanjut dan trombosis
Fibrous cap secara bertahap menutupi lipid, yang mengarah pada kematian sel- sel busa dan sel debris lainnya yang membentuk inti nekrotik. Respon inflamasi serta perekrutan leukosit dan makrofag yang berkesinambungan menyebabkan timbulnya lesi dan perluasan area lesi. Inti nekrotik menunjukkan adanya sekresi berbagai growth faktor (misalnya, Platelet-Derived Growth Factor/ PDGF dan TGF-β), sitokin-sitokin (misalnya, IL-6 dan TNF-α), osteopontin dan Matriks Metaloproteinase (MMPs).
Sel T yang diaktivasi merangsang produksi
MMPs, yang menyebabkan ketidakstabilan lesi dan selanjutnya menimbulkan komplikasi yang merupakan respon inflamasi. Penipisan fibrous cap mungkin akibat dari MMPs seperti kolagenase, elastases, dan stromelysin. MMPs ini menyebabkan degradasi matriks (pecahnya fibrous cap), yang dapat menyebabkan perdarahan dari vasa vasorum atau dari lumen arteri dan menyebabkan pembentukan trombus dan oklusi arteri.
Komplikasi lanjutan lesi menyebabkan unstable coronary syndrome, infark miokard dan stroke.9,12,13,14
Gambar 3. Lesi tahap lanjut dan trombosis (Dikutip dari Libby P et al 2002)12
Pengetahuan bahwa aterosklerosis adalah patologi vaskular akibat respon inflamasi memungkinkan pendekatan baru untuk pengobatan dan pencegahan.
MikroRNA (miRNA/ miR)
Dogma sentral dalam biologi molekuler menjelaskan bahwa DNA mereplikasikan informasi genetik yang terkandung dalam urutan nukleotida dan mentranskripsikannya menjadi mRNA.
mRNA dimodifikasi dengan cara splicing dan ditransport dari nukleus ke sitoplasma.
mRNA membawa informasi kode nukleotida ke ribosom. Ribosom menterjemahkan kode tersebut untuk sintesis protein. Beberapa studi yang berbeda telah mengidentifikasi sejumlah besar gen non-coding RNA (ncRNA).
ncRNA tampaknya memiliki peran yang sangat banyak, seperti dalam mengarahkan regulasi ekspresi gen postranskripsional atau dalam mengarahkan modifikasi RNA.
RNA yang berasal dari intron ini tampaknya memberikan sinyal internal yang mengontrol berbagai tingkat ekspresi gen. Ribosomal RNA (rRNA), transfer RNA (tRNA), small nuclear RNA dan small nucleolar RNA, interference RNA (RNAi), short interfering RNA (siRNA) dan mikro-RNA (miRNA) termasuk kedalam golongan ncRNA.15
MikroRNA (miRNA) merupakan noncoding-RNA pendek yang terdiri dari sekitar 18-22 nukleotida, yang ditranskripsi dari regio intergenik dan genik pada genom.16,17,18,19 Merupakan regulator gen yang baru. miRNA pertama, lin-4 (Lee et al. 1993) dan let-7 (Reinhart et al. 2000), ditemukan selama pengembangan Caenorhabditis elegans.20,21,22 MiRNA mengikat target gen nya di 3'-untranslated regio (3'-UTRs), menyebabkan degradasi langsung mRNA atau represi translasi. Ini berarti bahwa miRNA mampu meregulasi ekspresi ratusan bahkan ribuan gen. Dengan demikian, tidak mengherankan bahwa miRNA terlibat dalam regulasi dari semua fungsi selular utama.14,23,24,25
Baru-baru ini, identifikasi target miRNA mendapat banyak perhatian.
Memahami mekanisme kerja dan mengidentifikasi target mRNA fungsional dari miRNA yang spesifik sangat penting untuk mengetahui fungsi biologis miRNA tersebut dan untuk membantu pengembangan obat berbasis miRNA.26 Strategi untuk menentukan target miRNA termasuk prediksi bioinformatika dan tes eksperimental. Metode prediksi bioinformatika terutama didasarkan pada konsep konfirmasi interaksi antara miRNA dan targetnya, dan dilakukan oleh program, seperti miRanda, TargetScan, TargetScanS, RNAhybrid, DIANA- microT, PicTar, RNA22 and FindTar, yang mengikuti prinsip yang dikenal. Alat tes eksperimen untuk menemukan target miRNA menggunakan imunopresipitasi protein AGO untuk mengidentifikasi mRNA yang berinteraksi, atau analisis level mRNA atau protein untuk mengidentifikasi gen yang dapat diregulasi oleh miRNA.27 Bentwich et al.
mengembangkan pendekatan integratif menggabungkan prediksi bioinformatika dengan analisis microarray dan sequence- directed cloning, yang mengungkapkan bahwa lebih dari 800 miRNA ada pada manusia. Saat ini, lebih dari >45.000 lokus gen miRNA pada 3'UTR telah diidentifikasi pada manusia. miRNA diperkirakan mengatur translasi lebih dari 60% gen penyandi protein. miRNA terlibat dalam mengatur banyak proses, termasuk proliferasi, diferensiasi, apoptosis dan perkembangan. sehingga kuncinya, miRNA meregulasi tingkat ekspresi ratusan gen secara bersamaan, dan berbagai jenis miRNA meregulasi targetnya secara kooperatif.18,28 Dengan terus bertambahnya daftar miRNA, muncul kesadaran akan potensial dan pentingnya miRNA dalam regulasi ekspresi gen.
Biogenesis miRNA
miRNA Primer (Primary miR/ pri- miR)
miRNA berada di daerah intron, yang mungkin tercantum sebagai bagian dari gen mRNA. miRNA dapat ditranskripsi bersama dengan promoter gen induk atau memiliki promoter spesifik sendiri.29 Promoter miRNA intergenik, khusus lokasi awal transkripsi (Transcriptional Start Site/TSS), telah dipetakan pada jarak sekitar 1-100 kb jauhnya dari lokus miRNA yang matur.30 miRNA ditranskripsikan oleh RNA polimerase II (pol II) di dalam inti. Hasil biogenesis molekul regulator RNA yang kecil ini keluar sebagai transkrip primer yang disebut miRNA primer (pri-miR).15,31 pri- miR memiliki struktur capped dan polyadenylated (poli A) tails, ciri khas sifat transkrip gen kelas II. Aspek kunci dari proses awal pri- miR adalah proses melipat regio tertentu menjadi struktur seperti jepit rambut (hairpin structure). Selain pol II, Borchert et al. menemukan bahwa miR C19MC, termasuk miR-515, miR-517a, miR-517c dan miR-519a, diekspresikan oleh RNA polimerase III (pol III).
Prekursor miRNA (pre-miR)
Setelah transkripsi oleh pol II atau pol III, pri-miR yang diterima dibelah oleh kompleks mikroprosesor inti di endonukleus untuk menghasilkan prekursor-miRNA (pre-miR), yang merupakan dsRNA hairpin structure tunggal yang terdiri dari 60-100 nukleotida. Mikroprosesor kompleks ini
dibentuk oleh RNase III enzim DROSHA (RNASEN) dan DGCR8 (DiGeorge critical region 8), juga dikenal sebagai Pasha (Pertner of Drosha) yang diteliti pada D. melanogaster dan C. elegans.
Setelah proses di nukleus, pre-miR diekspor ke sitoplasma oleh Ran-GTP yang bergantung pada enzim exportin- 5.15,32
miRNA Matur (mature miR)
Pre-miR lebih lanjut diproses di sitoplasma oleh RNase III DICER, yang membentuk kompleks RISC (RNA Induced Silence Complex) dengan Argonaute 2 (Ago2) dan TRBP (Tar RNA binding protein), yang memotong hairpin loop pre-miR untuk menghasilkan untaian duplex miR dengan 22-nukleotida.33 Duplex miR ini berupa miR matur yang disebut sebagai untaian pemandu (guide strand) dan untaian pelengkap (complementary strand) yang disebut sebagai passenger strand (miR*). Setelah pengolahan, satu untaian duplex miR/
miR* (biasanya untai pemandu) dimasukkan ke dalam miR-inducer silencing complex (miRISC) yang terdiri dari DICER dan protein terkait lainnya, sedangkan miR* dilepaskan dan cepat terdegradasi. Sebagai bagian dari miRISC, miRNA adalah pasangan basa dari mRNA target untuk menginduksi represi translasi atau degradasi langsung. Target site miRNA umumnya terjadi dalam 3' UTR mRNA, namun kini kita mengenali target site juga dapat terjadi pada coding region (open reading frame) dan pada 5'UTR.15
Gambar 4. Jalur proses kerja miRNA (Dikutip dari Chen et al, 2012) Dalam tahun terakhir, peran miRNA
secara bertahap telah mendapat perhatian dalam biologi penyakit pembuluh darah.
Perubahan profil ekspresi miRNA telah dihubungkan dengan penyakit kardiovaskular pada lebih dari 400
penelitian. Dalam ulasan ini, kami akan membahas kemajuan penelitian terbaru mengenai miRNA yang terkait dengan aterosklerosis, serta keadaan saat terapi miRNA dan potensinya dalam memodulasi penyakit aterosklerosis.
Gambar 5. miRNA dalam biologi vaskular (Dikutip dari Sen CK et al., 2009)
PERAN miRNA DALAM ATEROSKLEROSIS
Pembuluh darah terus-menerus mengalami berbagai tekanan hemodinamik, termasuk tekanan hidrostatik, peregangan siklik dan tegangan geser cairan. Berupa monolayer yang kontak langsung dengan darah yang mengalir, pembuluh darah EC terus-menerus terpapar dengan tegangan geser yang diinduksi oleh aliran darah.
Bukti ekstensif telah menunjukkan bahwa tekanan hemodinamik memainkan peran penting terhadap proses fisiologi dan patofisiologi dalam pembuluh darah.
Aterosklerosis terjadi terkhususnya dalam cabang arteri dan lengkungan dimana tegangan geser rendah dan dinamis, merupakan tahap awal terjadinya disfungsi EC. Pada kultur EC didapati oscilatory shear stress (OSS) menginduksi ekspresi miR-21 pada level transkripsi yang nantinya menyebabkan respon inflamasi melalui reseptor-α pada 3'-UTR yang diaktifkan oleh proliferator peroksisome.
Penurunan ekspresi miR-21 mengakibatkan penurunan proliferasi sel dan meningkatkan apoptosis sel. Saat ini miRNA merupakan target terapi baru untuk pengobatan penyakit pembuluh darah proliferatif seperti aterosklerosis, restenosis setelah angioplasti, transplantasi arteriopati dan stroke.15
Wu et al. menunjukkan bahwa pulsatile shear stress (PSS) menurunkan regulasi ekspresi miR-92a di EC tetapi OSS meningkatkan regulasi ekspresi miR-92a.
Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa KLF-2 secara signifikan ditingkatkan regulasinya oleh atheroprotective shear flow seperti PSS dan tegangan geser laminar. Analisis bioinformatik menunjukkan bahwa KLF-2 berfungsi sebagai target gen miR-92a. Gen tersebut dan level protein nya mengalami penurunan regulasi pada EC yang dirangsang OSS. Selain itu, over-ekspresi miR-92a di EC juga menekan ekspresi eNOS dan thrombomodulin (TM). Studi ini memberikan konsep baru tentang regulasi respon KLF-2 dan miRNA terhadap
atheroprotective shear flow. miR-663, miR-19a dan miR-23b juga telah diteliti dan terbukti diregulasi oleh tegangan geser dan masing-masing terlibat dalam modulasi inflamasi dan proliferasi EC.34
Fungsi berbagai miRNA dan keterlibatannya dalam proses biologi telah diidentifikasi di berbagai kultur sel atau pada hewan coba. Raitoharju et al. yang pertama menyelidiki profil ekspresi miRNA/mRNA pada plak aterosklerotik manusia dari arteri perifer (karotis, femoralis, dan aorta) dibandingkan dengan non-aterosklerotik arteri torakalis internal kiri (Left Internal Thoracic Arteries/
LITA), dan mereka menjelaskan hubungan antara profil ekspresi miRNA /mRNA dengan proses biologi dalam aterosklerosis.
Mereka menemukan bahwa miR-21, miR- 34a, miR-146a, miR-146b-5p, dan miR-210 diekspresikan pada level yang signifikan, dan berbagai prediksi target miRNA ini mengalami penurunan regulasi dalam plak aterosklerotik manusia. miR-34a diidentifikasi sebagai target baru untuk patogenesis aterosklerosis karena fungsinya dalam apoptosis dan penahanan siklus sel, modulasi dari jalur signaling p53, dan target gen nya yang berkaitan dengan proliferasi VSMC dan metabolisme kolesterol. miR-146a diekspresikan dengan sangat baik pada plak aterosklerotik dan pada peripheral blood mononuclear cells (PBMC) pasien dengan penyakit kardiovaskular, hal ini menunjukkan bahwa famili miR-146 (miR-146a/b) meregulasi signaling Toll-like receptor 4 (TLR4) di downstream, IL-1 Receptor Associated Kinase 1 (IRAK1) dan TNF-receptor associated factor-6 (TRAF6) melalui umpan balik negatif lingkaran regulasi.
IRAK1 dan TRAF6 mengaktifkan faktor transkripsi NF- KB di downstream dan AP- 1, kemudian meningkatkan regulasi respon imun yang dimediasi TLR4. Peningkatan ekspresi miR-146 bekerja pada NF-KB- dependent manner dengan memanfaatkan sel monositik yang distimulasi Lipopolisakarida(LPS).34
Tabel 1. Target gen miRNA pada aterosklerosis. (Dikutip dari Cipollone F et al. 2011)37
Gambar 6. Ekspresi miRNA pada penyakit aterosklerosis (Dikutip dari Raitoharju E et al, 2013) 38
PERAN miRNA PADA TERAPI DI MASA DEPAN
miRNA telah muncul sebagai regulator ekspresi gen post-transkripsi yang penting dalam proses perkembangan dan banyak proses seluler. Selain itu, sekarang ada bukti bahwa gangguan level miRNA berkaitan erat dengan patogenesis berbagai penyakit. Oligonukleotida antimiR yang dimodifikasi secara kimia menghambat
miRNA matur yang berkompetisi dengan mRNA target seluler, menyebabkan penghambatan fungsional miRNA dan de- represi mRNA target nya. Perkembangan terbaru dalam pemberian antimiR memediasi penghambatan farmakologis miRNA terkait dengan penyakit, yang sangat menjanjikan dalam pengembangan terapi berbasis miRNA.15,39
Teknik antisense telah dipakai selama lebih dari 30 tahun untuk menekan ekspresi RNA target. Baru-baru ini, miRNA telah
muncul sebagai kelas baru molekul RNA kecil, non-coding, regulator RNA sehingga secara luas berdampak pada regulasi gen, diferensiasi dan perkembangan penyakit pada tumbuhan, hewan maupun manusia.
Teknik antisense yang menggunakan oligonukleotida sintetik telah digunakan untuk mempelajari fungsi miRNA.
Beberapa senyawa ini mungkin memiliki potensi sebagai calon obat baru untuk menangani penyakit di mana miRNA berkontribusi dalam patofisiologi yang mendasari. Anti-miRNA oligonucleotides (AMOs) bekerja terutama melalui mekanisme steric blocking. Senyawa ini mengikat dan menonaktifkan miRNA.
Berbagai modifikasi kimia dapat dilakukan untuk meningkatkan kinerja dan potensi AMOs. Secara umum, modifikasi AMOs menjaga stabilitas nuklease dan meningkatkan afinitas pengikatan.
Modifikasi kimia fitur struktural tertentu dari AMOs juga dapat memfasilitasi invasi miRNA-induced silencing complex. AMOs harus berikatan dengan afinitas tinggi pada
“seed region” miRNA, yang terdiri dari 2- 8 basa dari ujung 5' miRNA.40
miRNA adalah mediator penting dan kuat dalam berbagai penyakit termasuk patologi kardiovaskular.15,35 Penggunaan miRNA atau inhibitor sebagai agen terapeutik sangat menjanjikan. miRNA mimetics dan inhibitor relatif stabil dalam plasma dan dapat dengan mudah
disuntikkan intravena mencapai target gen selular, terutama di hati yang tidak bersifat toksis.36 Namun, penting untuk mengembangkan sistem transport yang efisien untuk dapat mentransport miRNA atau oligonukleotida antisense (antagomirs) ke jaringan target. Sebuah teknik transport saat ini mencakup modifikasi 2-O-metil atau 2-O-methyoxyethyl oligo antisense antagomir, hairpin-inhibitor atau menggunakan protein-inhibitor asam nukleat (PNA) untuk meningkatkan stabilitas dan afinitas obat.35,36 Strategi selanjutnya untuk meningkatkan level miRNA dilakukan dengan mentransport miRNA melalui vektor berbasis virus seperti adenovirus dan lentivirus. Sampai saat ini, berbagai nanocarrier telah tersedia untuk transport miRNA yang efisien. Mikro vesikel, dan apoptotic bodies yang mengandung circulating miRNA dapat juga digunakan sebagai sistem transport.35
Singkatnya, profil miRNA dan pengujian fungsional tentu akan memainkan peranan penting dalam penemuan di bidang ilmu kardiovaskuler pada masa depan, dipercepat oleh pesatnya perkembangan strategi baru dan alat yang mendukung. Luasnya dampak miRNA yang memediasi regulasi gen dan relatif mudah dimodifikasi secara in vivo sangat berpotensi untuk menjadi terapi berbasis miRNA pada penyakit kardiovaskular.36
Gambar 7. Biogenesis miRNA dan penghambatan fungsi miRNA oleh antimiR oligonukleotida (Dikutip dari Stenvang J et al, 2012) 39
KESIMPULAN
miRNA merupakan kelas regulator gen baru yang berperan dalam fungsi biologi vaskular dan telah dibuktikan dalam banyak penelitian. Ulasan ini merangkum pemahaman saat ini tentang peran miRNA terhadap aterosklerosis. EC, VSMC dan sel darah memberikan kontribusi pada aterosklerosis. Setiap jenis sel memiliki peran tertentu, dimana EC menunjukkan respon inflamasi, angiogenesis dan migrasi;
VSMC mengalami diferensiasi dan proliferasi, dan sel darah memodulasi penyerapan LDL teroksidasi dan metabolisme lipid. Profil-profil ini memberikan wawasan baru mengenai potensi aplikasi klinis miRNA dan menekankan pentingnya miRNA dalam proses patogenik penyakit vaskular.
miRNA diekspresikan dalam jaringan/ sel dan sel darah yang masing-masing menginduksi respon inflamasi seluler dan melindungi pembuluh darah. Hal ini menunjukkan bahwa miRNA memiliki
potensi besar sebagai terapi. Kemajuan terbaru telah memungkinkan identifikasi miRNA yang dilepaskan ke sirkulasi darah dari jaringan yang mengalami injury atau sangat diekspresikan pada pembuluh darah pasien dengan penyakit kardiovaskular. Ini berarti bahwa miRNA yang bersirkulasi dan miRNA spesifik-jaringan/ sel merupakan biomarker potensial untuk diagnosis klinis pasien dengan penyakit kardiovaskular. Secara keseluruhan bukti menunjukkan bahwa miRNA telah muncul sebagai hal baru yang kompleks pada penyakit vaskuler dan dapat menjadi biomarker baru dan sasaran terapi baru untuk penyakit kardiovaskular.
REFERENSI
1. Laguna JC, Alegret M. Regulation of gene expression in atherosclerosis:
insights from microarray studies in monocytes/macrophages. Future Medicine part of. Pharmacogenomics (FSG) 2012; 13(4): 477–495.
2. Sata M, Fukuda D. Chronic inflammation and atherosclerosis : A critical role for renin angiotensin system that is activated by lifestyle- related diseases. Inflammation and Regeneration 2011; 31(3): 245-255.
3. Winkelmann BR, Holt Kv, Unverdorben M. Smoking and atherosclerotic cardiovascular disease:
Part IV: Genetic markers associated with smoking. Biomarkers Med (FSG) 2010; 4(2): 321–333.
4. Gilardini L, Pasqualinotto L, Matteo SD, Caffetto K, Croci M, Girola A, Invitti C. Epidemiology: Factors Associated With Early Atherosclerosis and Arterial Calcifications in Young Subjects With a Benign Phenotype of Obesity. Obesity (NPG) 2011; 19 (8):
1684-1689.
5. Matthias Barton. Obesity and aging:
determinants of endothelial cell dysfunction and atherosclerosis.
Pflugers Arch - Eur J Physiol 2010;
460: 825–837.
6. Kai Y, ChaoKe T. Inflammation, lipid metabolism dysfunction, and hypertension: Active research fields in atherosclerosis-related cardiovascular disease in China. Sci China Life Sci 2011; 54 (10) : 976–979.
7. Luo D, Cao D, Xiong Y, Peng X, Liao D. A novel model of cholesterol efflux from lipid-loaded cells. Acta Pharmacologica Sinica (NPG) 2010;
31: 1243–1257.
8. Curtiss LK. Clinical implications of basic research: Reversing Atherosclerosis? N Engl J Med 2009;
360 (11): 1144-1146.
9. Weber C, Noels H. Atherosclerosis:
current pathogenesis and therapeutic
options. Nature Medicine (NPG) 2011;
17 (11): 1410-1422.
10. Tabas I. Macrophage death and defective inflammation resolution in atherosclerosis. Nature 2010; 10: 36-46.
11. Daniel J, Rader, Pure E. Lipoproteins,
macrophage function, and
atherosclerosis: Beyond the foam cell?
Cell Met 2005; 1: 223-230.
12. Packard RRS, Libby P. Inflammation in Atherosclerosis: From Vascular Biology to Biomarker Discovery and Risk Prediction. Clinical Chemistry 2008; 54 (1): 24–38.
13. Uno K, Nicholls SJ. Biomarkers of inflammation and oxidative stress in atherosclerosis. Biomarkers Med.
(FSG) 2010; 4(3): 361–373.
14. Baron M , Boulanger CM, Staels B, Anne Tailleux A. Cell-derived microparticles in atherosclerosis:
biomarkers and targets for pharmacological modulation? J. Cell.
Mol. Med. 2012; 16 (7): 1365-1376.
15. Sen CK, Gordillo GM, Khanna S, Roy S. Micromanaging Vascular Biology:
Tiny MicroRNAs Play Big Band. J Vasc Res 2009;46:527–540.
16. Rodriguez A, Griffiths-Jones S, Ashurst JL, Bradley A. Identification of mammalian microRNA host genes and transcription units. Genome Res 2004;14:1902–1910.
17. Mourelatos Z. Small RNAs: The seeds of silence. Nature 2008;455:44–45.
18. Manel Esteller. Non-coding RNAs in human disease. Nature 2011; 12: 861- 874.
19. Ambros V, Bartel B, Bartel DP, Burge CB, Carrington JC, Chen X, Dreyfuss G, Eddy SR, Jones SG, Marshall M, Matzke M, Ruvkun G, Tuschl T. A uniform system for microRNA annotation. RNA 2003; 9 (3): 277–279.
20. Lee RC, Feinbaum RL, Ambros V. The C. elegans Heterochronic Gene lin-4 Encodes Small RNAs with Antisense Complementarity to lin-14. Cell 1993;
75: 843-854.
21. Reinhart, B.J., Slack, F.J., Basson, M., Pasquinelli, A.E., Bettinger, J.C., Rougvie, A.E., Horvitz, H.R., and Ruvkun, G. 2000. The 21- nucleotide let-7 RNA regulates developmental timing in Caenorhabditis elegans.
Nature 403: 901–906.
22. Monica C. Vella, Frank J. Slack C.
elegans microRNAs. WormBook ed.
The C. elegans Research Community 2005. 1-9.
23. Huntzinger E, Izaurralde E. Gene silencing by microRNAs: contributions of translational repression and mRNA decay. Nature 2011; 12: 99- 110.
24. Mendes ND, Freitas AT, Sagot MF.
Current tools for the identification of miRNA genes and their target. Nucleic Acids Research 2009; 37 (8): 2419–
2433.
25. Sanchez MAV, Liu J, Hannon GJ, Parker R. Control of translation and mRNA degradation by miRNAs and siRNAs. Genes Dev. 2006 20: 515-524.
26. Sanchez AM, Murphy CL. MicroRNA Target Identification-Experimental Approaches. Biology 2013; 2: 189-205.
27. Xia W, Cao G J, Shao N S. Progress in miRNA target prediction and identification. Sci China Ser C-Life Sci 2009; 52(12): 1123-1130.
28. Friedman RC, Farh KKH, Burge CB, Bartel DP. Most mammalian mRNAs are conserved targets of microRNAs.
Genome Research 2009; 19: 92–105.
29. Saini HK, Griffiths-Jones S, Enright AJ. Genomic analysis of human microRNA transcripts. Proc Natl Acad Sci USA 2007;104:17719–17724.
30. Ozsolak F, Poling LL, Wang Z, et al.
Chromatin structure analyses identify miRNA promoters. Genes Dev 2008;22:3172–3183.
31. Bartel DP. MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism, and function.
Cell 2004; 116: 281–297.
32. Han J, Lee Y, Yeom KH, et al.
Molecular basis for the recognition of primary microRNAs by the Drosha-
DGCR8 complex. Cell 2006;125:887–
901.
33. Gregory RI, Chendrimada TP, Cooch N, Shiekhattar R. Human RISC couples
microRNA biogenesis and
posttranscriptional gene silencing. Cell 2005;123:631–640.
34. Chen LJ, Lim SH, Yeh YT, Lien SC, Chiu JJ. Roles of microRNAs in atherosclerosis and Restenosis. Journal of Biomedical Science 2012; 19(79): 1- 13.
35. Chistiakov DA, Sobenin IA, Orekhov AN. Strategies to deliver microRNAs as potential therapeutics in the treatment of cardiovascular pathology. Drug Delivery, 2012; 19(8): 392–405.
36. Vickers KC, Remaley AT MicroRNAs in Atherosclerosis and Lipoprotein Metabolism. Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes. 2010; 17(2): 150–155.
37. Cipollone F, Felicioni L, Sarzani R, Ucchino S, Spigonardo F, Mandolini C, Malatesta S, Bucci M, Mammarella C, Santovito D, de Lutiis F, Marchetti A, Mezzetti A, Buttitta F. A unique MicroRNA signature associated with plaque instability in humans. Stroke 2011;42:2556-2563.
38. MicroRNAs in the Atheroclerotic Plaque. Raitoharju, Oksala N, Lehtimäki T. Clinical Chemistry 2013;
59 (12): 1-15.
39. Stenvang J, Petri A, Lindow M, Obad S, Kauppinen S. Inhibition of microRNA function by antimiR oligonucleotides. Silence 2012; 3: 1-17.
40. Lennox KA, Behlke MA. Chemical modification and design of anti-miRNA oligonucleotides. Gene Therapy 2011;
18: 1111–1120.