INTRODUCCIÓN

Los micro-RNA (miRNA) son cadenas cortas de RNA con función importante en la regulación epigenética post-transcripcional de la expresión génica y realizan funciones de comunicación entre células a través de la circulación y por ello, se plantea la posibilidad de utilizarlos como biomarcadores de utilidad en el diagnóstico, pronóstico y/o respuesta a tratamiento (1). La mayoría de los genes que codifican a miRNA son transcritos por la RNA polimerasa II, que sintetiza una cadena larga llamada pri-miRNA con al menos una estructura en horquilla. El pri-miRNA es procesado para dar lugar a una estructura de 70 nucleótidos llamada pre-miRNA el cual es escindido a un RNA de doble hebra que al unirse a la proteína argonauta (AGO) pierde una de sus cadenas y promueve la formación del complejo de silenciamiento inducido por RNA (RISC), lo que da lugar a un miRNA maduro que participa en la regulación de la expresión génica mediante su unión a sitios específicos de RNA mensajeros de sus genes blanco, con lo cual se inhibe su traducción o son degradados (2). Aunque anteriormente se consideraba a una de las dos hebras como funcional o “guía” y a la otra como “pasajera”, la nomenclatura más reciente las clasifica según su ubicación en la horquilla del pre-miRNA como 5p o 3p, ya que cualquiera de ellas puede ser funcional y expresarse de forma preferencial en tejidos específicos (3).

Algunas de las características de los miRNA que los hacen atractivos para ser considerados biomarcadores de utilidad clínica, son su estabilidad a degradación química y enzimática así como de manera importante, su presencia en células, tejidos y diversos fluidos corporales como sangre (suero y plasma), orina, lágrimas, saliva y leche materna, entre otros; lo que los hace asequibles por métodos no invasivos para el análisis y estudio de expresión diferencial bajo distintas condiciones normales y patológicas (4).

miR-21 fue identificado inicialmente por Lagos-Quintana et al en 2001 (5). El gen se localiza en la región cromosómica 17q23.2, donde ocupa 71 nucleótidos dentro de la región intrónica del gen TMEM49 (6). La hebra 5p (miR-21-5p) es la más estudiada y en la nomenclatura anterior era considerada la cadena funcional. miR-21 se ha relacionado experimentalmente con alrededor de 300 enfermedades (7) y se estima que tiene al menos 469 genes blanco (8). Las concentraciones de miR-21 pueden variar en respuesta a condiciones patológicas tales como neoplasias, enfermedades autoinmunes, heridas e incluso a condiciones como exposición a luz diurna (9).

METODOLOGÍA.

La presente revisión descriptiva se basó en la búsqueda de publicaciones usando como fuente secundaria de información la base de datos PubMed. Los criterios de selección incluyeron las palabras clave “hsa-miR-21” o “miR-21”, idioma inglés, artículo original o de revisión y publicación reciente (últimos cinco años). La selección se limitó a no más de cinco publicaciones que se enfocaran en un solo órgano o sistema o área de especialidad clínica.

GENES BLANCO DE miR-21

La función primaria de los miRNA en la regulación (principalmente negativa) de la expresión génica a nivel post-transcripcional, se lleva a cabo por la unión a secuencias complementarias que se localizan casi siempre dentro de regiones no traducidas de sus genes blanco. Debido a que un solo miRNA puede tener hasta cientos de genes blanco, se estima que alrededor del 60% de todos los genes humanos son blancos de la regulación de su expresión por este tipo de moléculas. Además, un solo gen blanco puede contener sitios de unión para varios miRNA, los que pueden unirse en forma cooperativa, con lo cual los miRNA forman redes complejas de control regulatorio de su expresión, por lo que se consideran relevantes en cada aspecto biológico y por tanto en procesos fisiológicos y patológicos que dependerán de los genes blancos de cada miRNA particular (4). En el caso de miR-21, se han descrito al menos 469 genes blanco (8) por lo cual tiene un papel crucial en un gran número de procesos biológicos. La figura obtenida de la base de datos HMDD versión 3.2 (Human microRNA Disease Database) muestra algunos de los genes blanco de miR-21 (10).

Figura. Red de genes blanco de miR-21. Se muestran algunos de los principales genes blanco de miR-21 sobre los cuales ejerce una regulación negativa de su expresión, con excepción de los genes STAT3 y EGFR que son regulados positivamente por este miRNA (10).

En los siguientes párrafos se presentan brevemente algunos de los aspectos más relevantes de miR-21 para proveer una visión general de sus funciones y posibles aplicaciones

Cáncer

Los miRNA pueden alterar la expresión de sus genes blanco, por lo tanto, es factible que también modifiquen o modulen el balance fisiológico que condiciona las patologías humanas, incluido el cáncer. Diversos estudios han identificado la expresión diferencial de miRNA en condiciones normales y patológicas. Desde un punto de vista clásico, los miRNA han sido clasificados como supresores de tumor cuando impiden la progresión de estos o como oncogenes cuando la promueven; sin embargo, debido a que los miRNA exhiben funciones intrínsecamente pleiotrópicas, esta clasificación debe considerarse flexible, pues un mismo miRNA puede actuar como supresor de tumor o como oncogen en diferentes tipos de tumores o condiciones fisiológicas (11). miR-21 es un miRNA promotor de tumor (oncogen) que se encuentra sobreexpresado en muchos tipos, tales como: neuroblastoma, glioblastoma, cáncer colorrectal, pulmonar, de mama, hígado, estómago y páncreas; leucemia linfocítica crónica, linfoma mieloide agudo y linfoma de Hodgking, entre otros (11).

miR-21 regula la expresión de varios genes supresores de tumor como PTEN, TPM1, PDCD4, RECK y p53, lo que ayuda a explicar su papel biológico en la carcinogénesis (11,12). La sobreexpresión de miR-21 se ha identificado en procesos de proliferación celular, migración, invasión, metástasis y regulación de la apoptosis en cáncer (13). Los niveles elevados de miR-21 son característicos en tumores agresivos que desarrollan metástasis, por lo que se ha investigado su utilidad como biomarcador de diagnóstico, pronóstico y recurrencia de distintos tumores, especialmente en cáncer de pulmón de células no pequeñas, en donde se ha demostrado que la determinación de las concentraciones de miR-21 presenta sensibilidad diagnóstica de 100% y especificidad de 55.3% para identificar los estadios I, II y III; lo que demuestra el papel importante de miR-21 en el desarrollo de procesos neoplásicos (14). En cáncer de ovario miR-21 regula el crecimiento tumoral en los procesos de proliferación y muerte celular mediante la regulación de la expresión de genes que participan en la vía PTEN/PI3K/AKT y en procesos de invasión por el efecto en la expresión de genes de la vía miR-21/Wnt/CD44v6 (15).

miR-21 se encuentra elevado en cáncer oral y en un estudio en carcinoma de células escamosas de lengua se describió que sus niveles tienden a ser elevados en el frente invasivo de los tejidos cancerosos, además de relacionarse con mal pronóstico y menor supervivencia de los pacientes (16). En el cáncer de células escamosas de cabeza y cuello, miR-21 favorece el inicio de la tumorigénesis e induce resistencia al tratamiento con cisplatino al inhibir la expresión del gen supresor de tumor PTEN. Este descubrimiento, sugiere la posibilidad de recuperar la función de PTEN si se considera a miR-21 como blanco terapéutico para mejorar la efectividad del medicamento y así, la supervivencia del paciente (17).

Cardiopatías

Múltiples condiciones cardiotorácicas se asocian con la variación en la concentración de miR-21 entre ellas, infarto, falla cardiaca e hipertensión pulmonar (18) y tiene relación con el riesgo de muerte prematura en enfermedad cardiovascular. Su elevación produce activación de células endoteliales y proliferación del músculo liso vascular, lo que podría llevar a agravar un padecimiento coronario (19). miR-21 se encuentra elevado en el plasma de pacientes con fibrilación auricular, además de ser su concentración proporcional a los niveles de fibrosis auricular tanto de forma independiente como después del ajuste con otros factores de confusión. Este efecto podría ser ejercido a través de la regulación del gen SPRY1, que al inhibir quinasas extracelulares dependientes de señal, promueve la fibrosis del tejido cardiaco (20). También se ha descrito relación de niveles incrementados de miR-21 con disfunción diastólica y elevación de marcadores de fibrosis por la vía de señalización TGFβ/Smad (21). Sin embargo, en modelos celulares y animales de cardiomiopatía diabética se identificó disminución de los niveles de miR-21, y el tratamiento con un miRNA exógeno resultó en protección de la función de biogénesis mitocondrial y disminución del proceso apoptótico (22).

Sistema vascular

Enfermedades pulmonares

La presencia de miR-21 en vesículas extracelulares detectables en suero se ha propuesto como biomarcador y blanco terapéutico en enfermedades pulmonares y su inhibición tuvo efectos favorables en manifestaciones de un modelo murino de enfermedad pulmonar crónica mediante su acción en TGF-β (27). La participación de miR-21 en inflamación también presenta efectos notables en lesión pulmonar aguda, en donde se expresa de forma diferencial y se ha propuesto como blanco terapéutico, ya que se encontró que sus niveles plasmáticos, combinados con hallazgos ultrasónicos, se relacionan con el pronóstico de pacientes con esta condición, presentándose notablemente más elevado en aquellos con mayor mortalidad (28). En modelos murinos de esta lesión, la supresión de miR-21 atenuó la apoptosis inducida por lipopolisacáridos y promovió la supervivencia al proteger las células epiteliales pulmonares (29). En pacientes con trasplante de pulmón se observó una correlación entre la sobreexpresión de miR-21 y el proceso fibro-obliterativo de múltiples trastornos involucrados con fibrosis, entre ellos la disfunción crónica de aloinjerto pulmonar, enfermedad que limita la supervivencia de pacientes trasplantados. El aumento en la expresión de miR-21 suele preceder la instauración de síndrome de bronquiolitis obliterante, lo que alienta a continuar su estudio en esta patología (30).

Enfermedades renales

miR-21 se ha propuesto como biomarcador de enfermedades renales, en particular por su presencia en exosomas en orina que lo hacen disponible para su estudio de forma no invasiva. miR-21 está elevado en modelos de podocitos lesionados y en casos de enfermedad renal crónica en proporción inversa a la tasa de filtración glomerular estimada, lo cual alienta a proponerlo como marcador pronóstico (31). En pacientes con enfermedad renal terminal, miR-21 ha mostrado ser un factor predictivo independiente de calcificación vascular, la cual juega un papel importante en la mortalidad de pacientes con esta condición (32).

Alteraciones hepáticas

miR-21 tiene un papel significativo en hígado y se ha observado que en el consumo crónico de etanol aumenta su expresión. Su importancia se ha estudiado mediante su inhibición con un oligonucleótido, que resultó en expresión alterada de múltiples miRNA al consumir etanol durante la regeneración hepática (33). Este miRNA está además involucrado en el proceso de fibrosis que resulta en atresia biliar a través del efecto inhibitorio que tiene sobre PTEN. Su expresión también presentó diferencias significativas dependiendo de la presencia o no de cirrosis y la mortalidad de los pacientes (34).

Sistema musculoesquelético

La formación de hueso anormal en la acromegalia derivada de adenoma hipofisiario se consideraba dependía solamente del efecto de la somatotropina, recientemente se encontró que miR-21 se expresa de forma elevada en adenomas productores de la hormona en comparación con los no funcionales. El miRNA contenido en exosomas que el tumor libera se ha encontrado internalizado y funcional en osteoblastos y su acción inhibitoria de PDCD4 y Smad7 promueve la proliferación de estas células y la formación ósea, lo que revela un papel relevante en la condición (35). Sin embargo, también se observó una expresión elevada en la producción y función de osteoclastos (36). En espondilitis anquilosante sus niveles tuvieron correlación positiva con la progresión radiográfica y negativa con la densidad ósea en columna lumbar y cuello femoral (36). Esta última correlación se observó también en mujeres postmenopáusicas con osteoporosis (37). La supresión experimental de miR-21 también mostró una disminución en las manifestaciones de osteoartritis en un modelo murino, al disminuir la destrucción articular (38).

Diabetes Mellitus

Se ha descrito la asociación entre intolerancia a la glucosa y niveles circulantes de miR-21 en pacientes prediabéticos. No se encontró correlación del miRNA con los niveles de hemoglobina glucosilada, por lo que no parece que la sobreexpresión de miR-21 esté directamente relacionada con daño tisular a largo plazo. El estudio sugiere que el papel de miR-21 en el desarrollo de la enfermedad se relaciona con un incremento en la cantidad de especies reactivas de oxígeno y una disminución de las defensas antioxidantes (39). En pie diabético las características angiogénicas de miR-21 ha permitido que sea propuesto con fines terapéuticos al considerar una mayor seguridad que las células progenitoras, las cuales presentan riesgo de tumorigénesis (40).

Patologías hematológicas

Las células que expresan miR-21 incluyen las hematopoyéticas, y se ha demostrado que tiene correlación con las malignidades de este sistema, hallándose sobreexpresado en médula ósea de manera independiente en casos de leucemia (41). En la presentación crónica de esta enfermedad se observó reducción de las concentraciones de miR-21 en sangre periférica en relación con el tratamiento, lo que podría hacerlo útil como marcador tanto de respuesta terapéutica y como de predicción del avance de la enfermedad con un 75% de sensibilidad (42). También en leucemia mieloide aguda se encontró una expresión elevada de miR-21 en médula ósea que al parecer se origina en células blásticas y podría estar involucrado en la fragilidad de linfocitos T en esta enfermedad, con una disminución de la apoptosis al inhibir el miRNA. Esta fragilidad parece llevar a los linfocitos a un perfil de expresión inmunosupresor y protumoral (43).

Sistema nervioso

miR-21 parece tener efecto neuroprotector en lesiones de isquemia-reperfusión, ya que su concentración está disminuida en pacientes con infarto cerebral agudo y aumentada en aquellos con evento cerebrovascular isquémico que fueron tratados con butylphtalide. El compuesto parece disminuir la apoptosis y la producción de especies reactivas de oxígeno usando el miRNA como mediador, ya que la inhibición del miRNA disminuyó significativamente estos efectos (44). En shwannoma vestibular miR-21 se ha estudiado como blanco terapéutico, ya que se describió una contribución del miRNA en la proliferación que podría ser disminuida mediante el uso de BRCAT54, que funciona como una esponja interna del miRNA y suprime estos efectos en las células tumorales (45).

Sistema inmune

miR-21 está presente en exosomas derivados de células madre mesenquimales y tiene efecto protector en las defensas antioxidantes de linfocitos T CD4+, en donde disminuye los efectos de senescencia, por lo cual ha sido propuesto como blanco terapéutico para combatir la disfunción inmunitaria relacionada con la edad (46). Los exosomas que contienen miR-21 también se encuentran en orina de pacientes con nefritis lúpica y disminuye su concentración durante fases agudas de la enfermedad y se elevan nuevamente posterior al tratamiento, por lo que se ha propuesto como método no invasivo para monitorizar la actividad de la enfermedad (47).

En niños con la enfermedad de Kawasaki, los niveles de expresión en plasma tanto de miR-21 como de la prohormona N-terminal del péptido natriurético cerebral (NT-proBNP) se encuentran elevados y correlacionan entre sí positivamente, por lo que se considera su utilidad como factores de riesgo e indicadores auxiliares del diagnóstico de esta enfermedad (48). La expresión de miR-21 también se encuentra aumentada en la fase aguda de reacciones anafilácticas y en particular, parece producir su efecto a través de células endoteliales (49). Las células del epitelio intestinal pueden captar miR-21 en exosomas y con ello regular la expresión de E-cadherina, una molécula de adhesión celular cuya disminución resulta en la destrucción el epitelio mucoso en colitis ulcerosa (50).

Hipertensión arterial sistémica

La hipertensión es una enfermedad común que con frecuencia causa daño a diferentes órganos antes de presentar manifestaciones clínicas evidentes. Un estudio encontró un incremento en la expresión de miR-21 en pacientes con hipertensión y daño orgánico asintomático que sugieren su utilidad como biomarcador (51). En otro estudio, se encontró relación de la expresión de miR-21 con múltiples parámetros relacionados con hipertensión resistente, como presión arterial promedio en 24 horas, electrolitos en sangre, colesterol y triglicéridos con sensibilidad diagnóstica de 95% y 71% de especificidad (52).

Infecciones.

Las infecciones virales provocan alteraciones en la regulación de los miRNA del organismo hospedero. Los miRNA pueden clasificarse como provirales (cuando favorecen la replicación viral y la infección) o antivirales, según las acciones que ejerzan en sus genes blanco una vez que el virus ha entrado en la célula huésped (53). Se ha identificado la sobreexpresión de miR-21 en infecciones por virus de la hepatitis B y C, papiloma, Epstein Barr, chandipura y dengue (54,55). En la infección por virus chandipura, que ocasiona una encefalitis aguda, la sobreexpresión de hsa-miR-21-5p condujo a la disminución de la expresión de PTEN posterior activación de la vía de señalización PI3K/AKT que promueve a su vez la activación de NF-ĸB y la respuesta proinflamatoria (55). En otro estudio, se encontró la subexpresión de la hebra 3p (miR-21-3p) en pacientes con infección por el virus de la influenza H5N1 y células A549 (células humanas de epitelio alveolar basal), lo que conduce a la regulación negativa de la expresión de FGF2 y da lugar a la replicación acelerada de H5N1 al inhibir la respuesta del interferón tipo I (56). Por otra parte, se ha documentado que las infecciones bacterianas influyen en procesos epigenéticos como la modificación de histonas, la metilación del DNA y la expresión de RNA no codificantes (como son los miRNA) que modulan la respuesta inflamatoria. En células deciduales humanas infectadas con estreptococo grupo B, miR-21 modula la respuesta inflamatoria al regular diferencialmente la expresión de IL-1β e IL-10 (57).

En sepsis, miR-21 se encontró subexpresado y correlacionó negativamente con la gravedad determinada en la escala de valoración pronóstica de mortalidad APACHE II (Acute Physiology and Chronic Health Evaluation II) que considera la edad, estado fisiológico agudo, condiciones crónicas de salud y citocinas proinflamatorias, entre otros parámetros fisiológicos. La expresión disminuida de miR-21 también promueve el aumento del factor de necrosis tumoral α y de interleucina 6 y estudios de knockdown en modelo murino resultaron en elevación de apoptosis y lesión renal aguda por sepsis (58).

Otras funciones estudiadas de miR-21.

Se ha identificado la expresión de miR-21 en vertebrados desde las primeras etapas de su desarrollo embrionario y es probable que su función en esa fase incluya la degradación del RNA mensajero materno (6). También se ha demostrado que es un factor anti-apoptótico (59) y también está involucrado de manera importante en la morfogénesis ramificada, un proceso básico en el desarrollo de múltiples órganos (6). En células de la granulosa, se ha detectado que miR-21 constituye hasta el 80% de los miRNA unidos al complejo de silenciamiento inducido por RNA (RISC), lo que sugiere que la regulación por miRNA que ocurre en estas células es en su mayoría mediada por miR-21 (60). En inmunidad, miR-21 está involucrado en mantener a los linfocitos T en su fase efectora y en la regulación de la respuesta mediada por linfocitos T cooperadores (6). Un estudio realizado en tejidos gingivales murinos en los que se compararon tejidos con expresión de miR-21 anulada contra tejidos sin alteraciones sugiere que miR-21 regula la autofagia en fibroblastos y promueve la curación de heridas palatinas, aunque el mecanismo por el cual lo hace aún se desconoce (61); mientras que en pólipos nasales relacionados con rinosinusitis crónica sus efectos sobre PDCD4 incrementan la expresión de IL-10 atenuando la expresión de citocinas proinflamatorias, lo cual sugiere que tendría utilidad como blanco terapéutico en esta condición (62). Su efecto angiogénico tiene particular relevancia en la placenta y su medición en los vasos placentarios ha mostrado indicios de ser útil en la evaluación de la masa fetal (63).

Contrario a la mayoría de los estudios que sugieren que la sobreexpresión de miR-21 puede ser un biomarcador de inflamación, en pacientes con pancreatitis aguda, su expresión está disminuida y se le considera como posible marcador para el diagnóstico, respuesta a tratamiento y pronóstico de esta condición (64). La tabla resume las patologías y procesos biológicos presentados en esta revisión, en los que se ha identificado la expresión variable de miR-21.

Tabla. Patologías y procesos biológicos en los que se ha identificado variación en la expresión de miR-21.

CONCLUSIÓN

miR-21 tiene un papel importante en numerosos procesos biológicos, por lo que ha sido considerado un biomarcador auxiliar para el diagnóstico, pronóstico y/o respuesta a tratamiento en diversas enfermedades. Esto es debido a la gran cantidad de blancos de este miRNA, que incluyen genes que codifican a proteínas que participan en diversas vías comprometidas en procesos fisiológicos normales y patológicos, lo que depende de los niveles de expresión de miR-21en cada caso.

La evidencia actual reconoce la posible utilidad de miR-21 como biomarcador; sin embargo, se requiere más investigación sobre las interacciones de éste con otros miRNA, la presencia de variantes génicas o mutaciones que alteren los niveles de su expresión y profundizar en los procesos epigenéticos como la metilación del DNA, que podría también modular su expresión con las consecuencias derivadas ya sea de la sub o sobreexpresión de miR-21. La utilidad de miR-21 como blanco terapéutico también requiere de más investigación, pues debe considerarse el riesgo potencial de efectos adversos debido a la cantidad de genes blanco que son regulados por miR-21, lo que es un ejemplo notable de la naturaleza pleiotrópica de la función de los miRNA. Los estudios realizados en miR-21 ofrecen nuevas perspectivas respecto a la comprensión de diversos procesos fisiopatológicos y es probable que en un futuro próximo se extienda y valide su aplicación clínica.

REFERENCIAS