세포외 RNA

세포외 RNA(exRNA)는 그것들이 옮겨진 세포 외부에 존재하는 RNA 종을 설명한다.세포외 vesicle, 지질단백질, 단백질 복합체 내에서 운반되는 exRNA는 유비쿼터스 RNA 분해 효소로부터 보호된다.ExRNA는 환경이나 다세포 유기체에서 정맥혈, 침, 모유, 소변, 정액, 생리혈, 질액과 같은 생물학적 액체 내에서 발견될 수 있다.^{[1][2][3][4][5][6]}비록 생물학적 기능이 완전히 이해되지는 않았지만, exRNA는 싱트로피, 세포간 의사소통, 세포 조절 등 다양한 생물학적 과정에서 역할을 하도록 제안되었다.^[7][8]미국 국립보건원(NIH)은 세포외 RNA 생물학을 조사하기 위해 2012년에 일련의 응용요청서(RFA)를 발간했다.^[9]NIH Common Fund가 후원한 결과 프로그램은 세포외 RNA 통신 컨소시엄(ERCC)으로 통칭되었다.ERCC는 2019년에 2단계로 갱신되었다.^[10][11]

배경

원핵세포와 진핵세포 모두 RNA를 방출하는 것으로 알려져 있으며, 이 방출은 수동적이거나 활동적일 수 있다.이전에는 운반에 필요한 내분비 분류 콤플렉스(ESCRT) 기계가 세포로부터 RNA 분비를 위한 가능한 메커니즘으로 고려되었지만, 최근에는 인간 배아 신장 세포의 미세RNA 분비를 연구하는 연구와 관련된 효소인 중성 스핑게일린아제2(nSMase2)를 확인했다.세라마이드 생합성에서 ^[7][8]마이크로RNA 분비 수준의 조절기로서엑소솜, 엑토솜, 프로스타솜, 미세혈관, 사포체 등 베시클 안에서 흔히 엑소솜, 엑토솜, 엑소솜, 사포체 등의 포장이 발견된다.^{[12][13][14][15]}비록 RNA가 포락 용기 없이 세포에서 배설될 수 있지만, 세포외 환경에 존재하는 리보핵은 결국 분자를 저하시킬 것이다.

종류들

세포외 RNA는 특정 생물학적 기능이 있거나 특정 RNA 계열에 속하는 RNA의 집합을 설명하는 범주로 보아서는 안 된다."비코딩 RNA"라는 용어와 유사하게, "초외 RNA"는 기능이 다양한 여러 종류의 RNA의 그룹을 정의하지만, 그들은 세포외 환경에 존재하는 공통 속성을 공유한다.세포 밖에서 다음과 같은 종류의 RNA가 발견되었다.

• 메신저 RNA(mRNA)
• 전달 RNA(tRNA)
• MicroRNA(miRNA)
• 작은 간섭 RNA(siRNA)
• 긴 비코딩 RNA(lncRNA)

비록 세포의 안에 널리 퍼져, 리보솜 RNA(rRNA)공통적으로 exRNA.Valadi(알의 노력.exosomal RNA는 애질런트 Bioanalyzer 기술을 이용하여 잘 나타내 주는 18S과 28S rRNA의 exosomes MC/9murine 마스트 cells,[16]과 유사한 결론에 의해 분비하는 기색도 없는 작은 Skog(알에 의해 만들어진 것으로 나타났다. gl에 rRNA을 보이지 않는다.ioba기공 미세 ^[17]혈관

함수

세포외 환경에서 전신 RNA로 기능하거나 심지어 생존하기 위해서는, exRNA가 RNAS에 의해 소화되지 않도록 보호되어야 한다.이 요건은 소화된 뉴클레오티드가 재활용되는 원핵세포에는 적용되지 않는다.^[7]외부RNA는 RNA 결합 단백질(RBP)에 의해 RNA로부터 보호될 수 있으며, 자체적으로 또는 지단백질 입자 및 세포외 염소와/연관할 수 있다.특히 세포외 vesicle은 수신자 세포에 수용체에 의해 인식될 수 있는 모세포의 마커의 결합으로 인해 일반적이거나 매우 구체적일 수 있는 과정에서 세포간 RNA를 운반하는 방법이라고 생각된다.생화학적 증거는 exRNA 흡수가 공통적인 과정이라는 생각을 뒷받침하며 세포간 의사소통의 새로운 경로를 제시한다.결과적으로 특정 exRNA의 존재, 부재 및 상대적 풍부함은 세포 신호의 변화와 상관될 수 있으며 특정 질병 상태를 나타낼 수 있다.^[18]

exRNA 생물학에 대한 제한된 이해에도 불구하고, 현재의 연구는 exRNA가 다면적인 역할을 하는 것을 보여주었다.^{[18][19][20][21][22]}세포외 miRNA는 RNA 간섭 경로를 통해 수신자 세포 내 mRNA를 대상으로 할 수 있다.^[8][23]체외 실험에서 특정 exRNA가 단백질 발현을 억제하고 암세포의 성장을 막는 수신세포로 전이되는 것을 보여주었다.^[24]mRNA가 exRNA에 의해 규제되는 것 외에도, mRNA는 세포간 유전 정보를 전달하는 exRNA의 역할을 할 수 있다.교모세포에서 분비되는 미세혈관에 포함된 메신저 RNA는 체외에서 수신자(뇌혈관 내피) 세포에서 기능성 단백질을 생성하는 것으로 나타났다.세포외 mRNA에 대한 또 다른 연구에서는 미세혈관에 의해 세포내 세포(EPC)에서 인간의 미세혈관 및 대뇌혈관 내피세포로 전달된 mRNA가 체외 및 체내 설정 모두에서 혈관신생을 유발했다.^[12][25]Hunter 외 연구자인간의 혈액 미세혈관에서 발견된 exRNA를 혈액 세포 분화, 신진대사, 면역 기능에 관련된 경로와 연관시킨 IPA(Ingenerfuture Pathway Analysis) 소프트웨어를 사용했다.^[26]이러한 실험 및 생물정보학 분석은 exRNA가 수많은 생물학적 과정에서 역할을 한다는 가설을 선호한다.

탐지

생물 검체에서 exRNA를 검출, 특성화 및 정량화하기 위해 여러 가지 방법이 개발 또는 채택되었다.RT-PCR, cDNA 미세선, RNA 염기서열은 RNA 분석을 위한 일반적인 기법이다.이러한 방법을 exRNA 연구에 적용하는 것은 주로 RNA 격리 및/또는 추출 단계의 세포 RNA 실험과는 다르다.

RT-PCR

알려진 exRNA 뉴클레오티드 시퀀스의 경우, RT-PCR을 적용하여 샘플 내에서 존재감을 감지할 수 있을 뿐만 아니라 풍부함을 계량화할 수 있다.이것은 RNA 염기서열을 cDNA로 역방향 변환하는 첫번째 과정을 통해서 이루어진다.NA 시퀀스를 cDNA로 변환한다.그러면 cDNA는 PCR 증폭을 위한 템플릿의 역할을 한다.RT-PCR을 사용할 경우의 주요 이점은 동적 범위에서의 정량적 정확도와 RNase 보호 검사 및 도트 블록 혼합과 같은 방법에 비해 민감도가 증가한다는 것이다.RT-PCR의 단점은 비용이 많이 드는 공급의 요건이며, 정확한 결과와 결론을 얻기 위해서는 건전한 실험 설계와 표준화 기법의 심층적인 이해의 필요성이다.^[27]

미세유체학

Agilent Bioanalyzer와 같은 미세유체 플랫폼은 exRNA 샘플의 품질을 평가하는 데 유용하다.애질런트 바이오애널리저(Bioanalyzer)로 격리된 RNA의 샘플을 이용한 랩온칩 기술이 샘플 내 RNA의 길이와 양을 측정하고, 실험 결과는 디지털 전기영양 젤 이미지나 전기영웅그램으로 나타낼 수 있다.이 기술로 다양한 범위의 RNA를 검출할 수 있기 때문에 크기 특성화를 통해 exRNA 샘플에 어떤 종류의 RNA가 존재하는지 보다 일반적으로 판단할 수 있는 효과적인 방법이다.^{[citation needed]}

cDNA 미세조영법

마이크로레이는 대규모 exRNA 특성화 및 정량화를 허용한다.RNA 연구에 사용되는 마이크로레이는 우선 마이크로 어레이 칩에 부착된 서로 다른 cDNA 올리고뉴클레오티드(프로브)를 생성한다.그런 다음 RNA 샘플을 칩에 추가할 수 있으며, cDNA 프로브에 시퀀스 상호보완성이 있는 RNA는 결합하여 정량화할 수 있는 형광 신호를 생성한다.마이크로 RNA 어레이는 체액의 miRNA 프로필을 생성하기 위해 exRNA 연구에 사용되어 왔다.^[18][28]

RNA 염기서열 분석

대규모 병렬 염기서열(차세대 염기서열)의 출현으로 많은 유전학적 특성에 대한 높은 투과 분석을 가능하게 하는 DNA 염기서열의 변화를 초래한다.이러한 DNA 염기서열 분석법으로는 RNA 염기서열이 있다.다른 exRNA 검출 및 정량화 방법보다 RNA 염기서열의 주요 장점은 높은 처리 능력이다.RNA 염기서열은 마이크로레이와 달리 올리고뉴클레오티드 생성과 같은 인자와 칩에 추가할 수 있는 프로브의 수에 제약을 받지 않는다.exRNA 샘플의 간접 RNA 시퀀싱에는 exRNA에서 cDNA 라이브러리를 생성한 후 PCR 증폭 및 시퀀싱이 포함된다.2009년에는 헬리코스 바이오시어스가 직접 RNA 분자의 염기서열 분석(^[29]DRS™)을 하는 방법을 발표하였다.RNA 염기서열 플랫폼과 관계없이, 내재된 편견이 실험의 다양한 단계에서 존재하지만, 이러한 편견을 유망한 결과로 교정하는 방법이 제안되어 왔다.^[30][31]

임상적 유의성

증가하는 증거가 세포간 의사소통체로서의 exRNA의 기능을 뒷받침하고 있어, 질병 진단, 예후, 치료 등에 exRNA를 활용할 가능성을 조사하기 위한 연구 노력이 진행 중이다.^[1][32]

바이오마커

세포외 RNA가 바이오마커 역할을 할 수 있는 잠재력은 세포간 신호 전달에서의 역할뿐만 아니라 높은 처리량 프로파일링을 가능하게 하는 차세대 시퀀싱의 발달로 인해 중요하다.^[33][34]exRNA 바이오마커의 가장 단순한 형태는 특정 세포외 RNA의 존재(또는 부재)이다.이러한 생물학적 서명은 암, 당뇨병, 관절염, 프리온 관련 질병에 대한 exRNA 연구에서 발견되었다.^[1][18][35]최근 Trypanosoma cruzi에서 추출한 세포외 vesicles에 대한 생물정보학 분석 결과,^[36] SNP를 대본 데이터에서 채굴한 결과 exRNA가 차가스병 등 방치된 질병의 바이오마커일 수 있다는 주장이 나왔다.

암

exRNA의 주요 관심 분야는 암에 대한 그것의 역할이었다.아래 표(Kosaka et al.^[23]에서 채택)에는 exRNA가 연관되어 있는 것으로 나타난 여러 종류의 암이 나열되어 있다.

유형	ExRNA 바이오마커 후보
대형 B세포 림프종(DLBCL) 확산	miR-155, miR-210 및 miR-21의 표현 수준은 제어 세라에 비해 DLBCL 환자 세라에서 더 높았으며, 높은 miR-21 표현은 재발 없는 생존과 관련이 있었다.
전립선암	miR-141의 혈청 수치는 전립선암 환자와 건강한 대조군을 구별할 수 있다.
난소암	8개의 특정 miRNA의 수준은 세포외 miRNA와 유사했다.난소암 환자의 외사성 miRNA는 양성 질환에서 관찰된 프로파일과 상당히 구별되는 유사한 프로파일을 보였다; miR-21, miR-92, miR-93, miR-126 및 miR-29a는 상당히 과압되었다. 대조군과 비교한 암환자의 혈청
비소세포폐암	11개의 혈청 miRNA가 장수 그룹과 짧은 생존 그룹 사이에서 5배 이상 변형된 것으로 밝혀졌으며, 4개의 miRNA 수준은 전반적인 생존과 상당한 관련이 있었다.
급성 골수성 백혈병 및 급성 림프성 백혈병	급성 백혈병 환자의 플라스마에서 miR-92a 감소
유방암	환자의 증가된 miR-195 수치는 종양에 반영되었고, 수술 후 암 환자에서 miR-195와 let-7a의 순환 수준은 대조군과 유사한 수준으로 감소하였다; miR-155는 호르몬에 민감하지 않은 여성에 비해 호르몬에 민감한 여성의 혈청에 다르게 표현되었다. 유방암
위암	miR-17-5p, miR-21, miR-106a 및 miR-106b의 혈장 농도는 대조군보다 환자가 유의하게 높았으며, 여기서 let-7a는 환자에서 낮았다.
췌장암	췌장암 환자에서 순환 miR-210 수치가 상승함
췌관선상피종	혈장에 있는 4개의 miRNA(miR-21, miR-210, miR-155 및 miR-196a)의 복합 분석은 환자를 정상적인 건강한 개인과 구별할 수 있다.
혀의 편평세포암(SCC)	혈장 miR-184 수치는 정상 개인에 비해 혀 SCC 환자가 현저히 높았으며, 1차 종양을 수술로 제거한 후 수치가 현저히 감소하였다.
대장암	miR-17-3p와 miR-92 모두 환자에서 현저하게 상승하였으며, 수술 후 이러한 miRNA의 혈장 수치가 감소하였다.
간세포암(HCC)	HCC 환자의 세라에서 miR-500의 증가량이 발견되었으며, 수술 후 세라 수치가 정상으로 돌아왔다.

참고 항목

• 환경 DNA
• 비코딩 RNA
• 국제 세포외 Vesicles 협회
• 세포외 Vesicles 저널

참조

외부 링크

• '인간 세포외 RNA의 참조 프로파일'에 대한 NIH 신청
• 국제 세포외 Vesicles 협회
• miRandola: 세포외 순환 마이크로RNA 데이터베이스