MiRNAs  & piante medicinali contro il cancro

I microRNA

I microRNA (miRNA), una classe di RNA non codificante a filamento singolo di circa 19-24 nucleotidi, sono potenti regolatori dell’espressione genica, presenti sia nelle piante che negli animali. I miRNA vengono secreti attivamente dalle cellule e svolgono un ruolo cruciale nella comunicazione intercellulare. I profili miRNA circolanti riflettono lo stato fisiologico e patologico di un soggetto e sono biomarcatori promettenti per vari stati di malattia. Queste minuscole sequenze di RNA probabilmente agiscono come interruttori molecolari nell’estesa rete di regolamentazione che coinvolge migliaia di trascrizioni.   Nel 2012, Zhang riporta che i miRNA derivati dall’assunzione di vegetali possono essere rilevati nel siero di animali ed umani, regolando così ulteriormente l’espressione genica dei riceventi in modo sequenza specifica.  I dati di Zhang (2012), indicano che i miRNA vegetali degli alimenti vengono assorbiti dalle cellule del tratto digerente dei mammiferi e confezionati in microvescicole, che li proteggono dalla degradazione. Sebbene fosse noto in precedenza che i miRNA esogeni potevano essere rilevati nei fluidi sistemici, questa è stata la prima volta che un miRNA dietetico / vegetale, vale a dire il miR168a derivato dal riso, viene provato in grado di regolare l’espressione genica nei suoi riceventi.  Contemporaneamente è stato dimostrato che il miRNA codificato dal caprifoglio, miR2911, potrebbe essere assorbito attraverso iltratto gastrointestinale dei topi infettati dal virus dell’influenza e contrastare le infezioni virali.  Cosa più interessante, il miR2911 non è stato degradato durante il processo di ebollizione del caprifoglio (Zhou 2015). I miRNA vengono quindi trasferiti attraverso il flusso sanguigno a una varietà di tessuti, dove sono in grado di regolare l’espressione dei geni dei mammiferi (Li 2018). 

Tale lavoro ha generato un notevole entusiasmo perché aumenta la possibilità di bioingegneria delle piante commestibili per produrre miRNA terapeutici che potrebbero poi essere consegnati ai tessuti interessati per ingestione. 

Presi insieme, la biogenesi e il meccanismo d’azione dei miRNA mostrano un alto grado di somiglianza tra animali e piante anche se in realtà ci sono diverse sottili differenze. Studi suggeriscono che i miRNA derivati ​​da piante o diete non solo possono  trasferirsi agli animali in modo efficace, ma esercitano la loro funzione di regolazione genica in modo trasversale ai regni (Li 2018).

MiRNA e tumori

Nel 2014, è stato lanciato un progetto nazionale su larga scala in Giappone mirante a facilitare la diagnosi precoce di 13 tipi di tumori: cancro di mammella, polmoni, stomaco, colon retto, esofago, fegato, pancreas, vie biliari, prostata, vescica, ovaio, sarcomi e gliomi, utilizzando miRNA sierici.  Attraverso questo progetto, sono state accumulate prove che numerosi microRNA sono espressi in modo aberrante nei tumori umani e che i miRNA sierici potrebbero risultare utili biomarcatori dei tumori (Matsuzaki 2020, Asakura 2020).  

La comprensione dei percorsi regolatori dei miRNA e dei loro ruoli diretti nella progressione del tumore e nelle metastasi fornisce una potente base di conoscenze su cui costruire strategie terapeutiche antitumorali. Le prove accumulate suggeriscono che numerosi microRNA sono espressi in modo aberrante nei tumori umani (Sotiropoulou 2009) e potrebbero pertanto essere allo stesso tempo promettenti bersagli terapeutici (Niu 2021).  La disregolazione dei miRNA è comune nel cancro e avviene attraverso vari meccanismi, tra cui l’amplificazione/delezione, la disregolazione epigenetica e trascrizionale e la biogenesi difettosa dei miRNA (Peng 2016).  Questi miRNA disregolati possono agire come soppressori tumorali o oncogeni. 

Tabella 1 . Una selezione di microRNA importanti come soppressori tumorali o oncogeni nel cancro alla mammella,  prostata, colon-retto e  del polmone  (Biersack, 2016).

CompostoSoppressori del tumoreOncogeni
Cancro  mammellamiR-31, miR-125b, miR-126, miR-146b, miR-200, miR-205, miR-206, miR-335miR-10b, miR-21, miR-155, miR-373, miR-520c
Cancro  prostatalet-7c, miR-15, miR-16, miR-29b, miR-125b, miR-126, miR-143, miR-145, miR-205, miR-331-3pmiR-20a, miR-21, miR-27a, miR-107, miR-141, miR-221, miR-375
Cancro colon –rettomiR-1, miR-17-5p, miR-29a, miR-106a, miR-125b, miR-133b, miR-143, miR-144, miR-145, miR-150, miR-195, miR-203, miR-206, miR-345, mir-365, miR-378miR-9, miR-10b, miR-21, miR-31, miR-92a, miR-124, miR-135a / b, miR-139-5p, miR-141, miR-155, miR-181a, miR- 183, miR-185, miR-200c, miR-215, miR-219-1, miR-335, miR-372, miR-608
Cancro  polmonefamiglia let-7, miR-7, miR-126, miR-145, miR-183cluster miR-17-92, miR-31, miR-146b, miR-155, miR-221, miR-222, miR-630

La disregolazione dei miRNA disturba eventi molecolari chiave in processi interconnessi come la proliferazione cellulare, l’angiogenesi tumorale, l’auto-rinnovamento, l’apoptosi, le metastasi e la transizione da epitelio a mesenchimale.  Ad esempio, miR-15 e miR-16a possono sopprimere i tumori attraverso l’apoptosi inibendo l’espressione di Bcl-2 (Cimmino 2005).  

E’ stato dimostrato che i miRNA regolano i tratti distintivi delle cellule tumorali (Hanahan, 2011), come il mantenimento dei segnali proliferativi, l’elusione dell’inibizione della crescita, la resistenza alla morte cellulare, l’immortalizzazione della replicazione, l’angiogenesi, l’invasione e la metastasi

Il targeting dei miRNA disregolati da parte di prodotti naturali derivati ​​dalle piante è una strategia ideale per combattere la tumorigenesi ( Alnuqaydan 2020).  E’ noto che l’interazione tra le cellule tumorali, la matrice extracellulare, i fibroblasti stromali normali e attivati, e gli infiltrati immunitari influenza la crescita, la progressione e la risposta alla terapia del tumore.  Le implicazioni prognostiche di tale progressione tumorale si riflettono nella scoperta di un panel di miRNA con valore predittivo prognostico.   Ad esempio, l’espressione di otto miRNA (miR-139-5p, miR-10b-5p, miR-486-5p, miR-455-3p, miR-107, miR-146b-5p, miR-324-5p e miR-20a-5p)  è stata messa in relazione con la recidiva post-chiurgica nelle pazienti con cancro della mammella triplo negativo (TNBC). Di questi, i miR-139-5p, miR-10b-5p e miR-486-5p erano sotto-regolati ed i rimanenti miRNA erano sovraregolati nel TNBC.  Di tutti i miRNA associati, il miR-139-5p ha mostrato la più forte correlazione con la sopravvivenza libera da malattia e lo stadio TNM, sebbene tutte le associazioni con la sopravvivenza globale fossero più deboli (Qattan 2021).  La sovraespressione di miR-139-5p ha ridotto la capacità delle cellule MBA-MB-231 di invadere al 40% -70% dei livelli originali in tutte e quattro le linee cellulari stabili (ha raggiunto la significatività in due di esse [P <0,05]).  Effetti simili dei ruoli anti-invasivi e anti-migratori per miR-139-5p sono stati dimostrati anche in altri tipi di cancro, come il carcinoma epatocellulare umano e le cellule di cancro del colon-retto (Krishnan 2013). La funzione di soppressione tumorale di miR-139 può comportare la regolazione di bersagli tra cui VEGFR, IGF-1R, HOXA10, Wnt, Ras, PI3K, NFκB e ROCK2 (Hong 2020).

E’ stato evidenziato che l’uso di miRNA vegetali, come il miR-159,  che può  essere trovato nei sieri umani, appare diminuito nel cancro della mammella e inversamente correlato alla sua progressione (Chin 2016).    Nel 2019, tale ricerca è stata estesa per dimostrare che il miR-159 esosomiale in combinazione con doxorubicina ha silenziato TCF7 e ha migliorato l’efficacia della doxorubicina in un modello di xenotrapianto TNBC [Gong 2019]. Il potenziale terapeutico dei miRNA soppressori del tumore è stato confermato sperimentalmente ed è ora ampiamente riconosciuto. Tuttavia, la somministrazione sistemica di tali piccoli RNA terapeutici negli esseri umani è impegnativa e numerose opzioni di somministrazione sono attualmente allo studio (Mlotshwa 2015).

I MiRNA da piante medicinali.

Nelle piante i miRNA controllano l’espressione di geni che codificano fattori di trascrizione, proteine di risposta allo stress e altri, che hanno un impatto sui processi biologici. I miRNA regolano i processi biologici per il mantenimento dell’integrità del genoma, il metabolismo primario e secondario, lo sviluppo, la trasduzione del segnale, le vie di segnalazione, l’omeostasi, l’immunità innata e le risposte adattative allo stress biotico e abiotico (Djami-Tchatchou 2017). Prodotti naturali derivati ​​dalle piante potrebbero contrastare la cancerogenesi avendo come target i miRNA deregolamentati.  Questi prodotti naturali modulano le vie di segnalazione disregolate sottoregolando i miRNA oncogeni che svolgono un ruolo cruciale nello sviluppo dei tumori e mantengono un sottile equilibrio dei miRNA soppressori del tumore (Alnuqaydan 2020). La bioattività di alcuni miRNA è simile agli effetti farmacologici di un dato composto naturale sulle cellule cancerose, questa somiglianza incoraggia i ricercatori a chiedersi se il composto naturale mostra il suo effetto influenzando questi miRNA.   Se il target di un composto naturale è identico al target potenziale di un determinato miRNA, merita ulteriori indagini sulla loro relazione.  Ad esempio, l’espressione di un miRNA soppressivo del tumore, miR-203 è piuttosto bassa nel cancro della vescica. Tuttavia, la curcumina aumenta l’espressione di miR-203 e quindi inibisce la crescita delle cellule tumorali per raggiungere la sua attività antitumorale (Lin Q 2017).

Numerosi studi hanno dimostrato che specifici composti naturali, come curcumina, EGCG, resveratrolo, sulforafano, acido gallico, genisteina e 3,3′-diindolilmetano alterano i processi epigenetici, compresa la metilazione del DNA, la modificazione dell’istone, il rimodellamento della cromatina, la regolazione e il targeting dei microRNA delle cellule staminali tumorali (Ratoviski 2017).   

La sovraregolazione del miR-146a tra i consumatori più elevati di quercetina è stata documentata in pazienti affetti da cancro ai polmoni. Gli alimenti ricchi in quercetina (> 0,50 mg / 100 g) includono mele, uva, cipolle, carciofi, finocchio, sedano, fagioli, albicocche, prugne, rape, peperoni, fragole, pomodori e broccoli (Lam 2012).  Quercetina e piante ricche di quercetina si sono dimostrate altresì efficaci nel trattamento di lesioni sperimentali simili alla psoriasi, diminuendo i livelli di TNF-α, IL-6 e IL-17 nel siero dei pazienti con psoriasi. Questo effetto è stato mediato dalla sottoregolazione dell’infiammazione indotta da NF-κB (Kocic 2019).

Una dieta ricca di quercetina è associata all’espressione differenziale di miR chiave nel tessuto polmonare. In particolare, l’espressione di miR della famiglia let-7, un noto soppressore del tumore, è stata fortemente associata con l’assunzione frequente di cibo ricco di quercetina. Un altro polifenolo, l’epigallocatechinagallato (EGCG), ha dimostrato di sovraregolare il miR-16 nelle cellule epatocellulari umane. Inoltre, è stata osservata l’espressione differenziale della famiglia let-7 e di altri miR in cellule di cancro epatocellulare umano esposte all’ acido ellagico (Lam 2012).

Oltre il 60% dei farmaci antitumorali attualmente utilizzati proviene da composti naturali derivati ​​da piante, funghi e organismi marini”.   È stato dimostrato che composti naturali con attività antitumorali derivati ​​da vari habitat modulano bersagli molecolari multipli che influenzano numerosi “segnali e percorsi regolatori che alla fine portano alla morte delle cellule tumorali”.  Tra i target: fattori trascrizionali, regolatori epigenetici, regolatori del bersaglio dei mammiferi della via della rapamicina, apoptosi intrinseca ed estrinseca, regolatori del ciclo cellulare, attivatori del recettore dipendente dal ligando e modulatori dello stress ossidativo che portano all’arresto del ciclo cellulare, apoptosi, necroptosi e autofagia.  Tali target possono aiutare a indurre la morte delle cellule tumorali ed a superare la resistenza delle cellule tumorali ai farmaci antitumorali.   Per generare nuove strategie nella chemioterapia antitumorale, comprese le loro combinazioni con altre biomolecole antitumorali, come i microRNA è tuttavia necessaria una migliore comprensione dei target epigenetici e dei percorsi mirati dai composti naturali. 

Database

Ad oggi inoltre, sebbene diversi archivi di miRNA vegetali siano pubblicamente disponibili, non è segnalato alcun database di miRNA specifico per piante medicinali.  La disponibilità di  un database di prodotti naturali, citati nella letteratura scientifica per la loro dimostrata azione biologica su molteplici bersagli tumorali, potrebbe consentire lo sviluppo di farmaci vegetali, da utilizzare in combinazione con i farmaci classici, al fine di potenziarne l’azione e ridurne la tossicità, come pure per  integrare nelle terapie antitumorali, ulteriori bersagli biologici, che vanno dalla modulazione dell’espressione genica all’interferenza metabolica dei meccanismi molecolari della resistenza terapeutica del cancro.

Nel tentativo di promuovere l’integrazione della medicina tradizionale cinese e di quella moderna, è stato realizzato il database di farmacologia dei sistemi di medicina tradizionale cinese e la piattaforma di analisi (TCMSP) dove convergono le informazioni di farmacochimica, le proprietà ADME, la somiglianza dei farmaci, bersagli farmacologici, malattie associate e reti di interazione. Il Database si  avvale delle 499 piante  registrate nella farmacopea cinese con 29.384 ingredienti, 3.311 target e 837 malattie associate. Lo screening e la valutazione dei farmaci naturali tiene conto delle proprietà correlate all’ADME come biodisponibilità orale umana, emivita, somiglianza con il farmaco, permeabilità della mucosa intestinale e della barriera emato-encefalica e la regola del 5 di Lipinski (massa molecolare, lipofilia, donazione e accettazione di legami idrogeni, rifrattività molare). Una molecola simile a un farmaco ha un logaritmo del coefficiente di partizione ottanolo/acqua (log P) tra -0,4 e 5,6, peso molecolare 160-480 g/mol, refrattività molare di 40-130, che è correlata al volume e peso della molecola e ha 20-70 atomi.  TCMSP fornisce anche bersagli farmacologici e malattie di ciascun composto attivo, che possono stabilire automaticamente le reti target composto/ malattia che consentono agli utenti di visualizzare e analizzare i meccanismi di azione del farmaco. Zhu (2018), ha studiato 222 pazienti con CRC metastatico per valutare l’efficienza delle piante medicinali cinesi, e identificare le piante strettamente correlate alla sopravvivenza, utilizzando approcci bioinformatici per individuare le piante più efficaci ed i meccanismi farmacologici sottostanti.  Infine ha proceduto ad una validazione sperimentale. Gli effetti antiproliferativi delle 18 piante più significative sono stati valutati utilizzando il test di colorazione con blu typan. Gli effetti anti-migrazione sono stati valutati mediante saggio di guarigione delle ferite. L’attività dei principali target previsti è stata testata utilizzando il western blotting. Dal Database Therapeutic Targets (TTD) per il cancro del colon risultavano 62 target significativi. Questi bersagli erano principalmente coinvolti nella proliferazione cellulare, nelle metastasi del cancro e nell’immunità. Includevano il RAS, la fosfoinositide3chinasi (PI3K) / AKT1, il fattore di crescita dell’endotelio vascolare (VEGF) e le vie di segnalazione dell’interleuchina, nonché le vie coinvolte nell’adesione focale. L’analisi di correlazione ha identificato 18 piante medicinali  con effetti positivi sulla sopravvivenza dei pazienti con metastasi CRC.  Dei 309 composti contenuti in queste 18 erbe la metà circa (165) di loro mostrava potenziali effetti sul CRC, e tra questi 18 phytochemicals corrispondevano al maggior numero di target: linalolo, apigenina, arnebina, emodina, gomisinaT, honokiol, luteolina, magnololo, miricetina, nonano, acido oleico, peonolo, acido palmitico, acido protocatecuico, quercetina, schisanenolo, stigmasterolo e acido ursolico.   Un modo nuovo questo di giungere ad individuare, a partire dalla medicina tradizionale i principi attivi di maggiore interesse per il trattamento del cancro. Ed un buon punto di partenza per lo studio delle interazioni delle piante medicinali con i profili molecolari del cancro.

Sebbene diversi archivi di miRNA vegetali siano pubblicamente disponibili, ad oggi non è segnalato alcun database di miRNA specifico per piante medicinali ad eccezione di una prima  versione di MepmiRDB (database microRNA di piante medicinali cinesi), che è liberamente accessibile all’indirizzo http://mepmirdb.cn/mepmirdb/index.html (Dongliang Yu, 2019).

Lo  sviluppo delle diverse tecnologie omiche  sta  producendo  dati “multi-omici”, che possono rivelarsi  straordinariamente utili  all’affermazione di una medicina predittiva,  preventiva e personalizzata, in grado  di sviluppare cure  con una precisione notevolmente maggiore.   In particolare l’integrazione di più dati omici è essenziale sia  per la ricerca sul cancro,  sia per migliorare l’efficacia delle terapie.

La disponibilità di  un database di prodotti naturali, citati nella letteratura scientifica per la loro dimostrata azione biologica su molteplici bersagli tumorali, potrebbe consentire lo sviluppo di farmaci vegetali, da utilizzare in combinazione con i farmaci classici, al fine di potenziarne l’azione e ridurne la tossicità, come pure per  integrare nelle terapie antitumorali, ulteriori bersagli biologici, che vanno dalla modulazione dell’espressione genica all’interferenza metabolica dei meccanismi molecolari della resistenza terapeutica del cancro.

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