Derepression des kardialen ERK-Signalwegs durch MicroRNA-vermittelte Inhibition von Sprouty

Thomas Thum1,2,9, Carina Gross3,9, Thomas Fischer3, Jan Fiedler1,2, Steffen Just4, Wolfgang Rottbauer4, Markus Bussen5, Paolo Galuppo1, Stefan Frantz1, Mirco Castoldi6, Martina Muckenthaler6, Jürgen Soutschek7, Andreas Rosenwald8, Johann Bauersachs1,9, Stefan Engelhardt3,9

1 Department of Medicine I, 2 Junior Research Group IZKF Wuerzburg 3 Rudolf Virchow Center, DFG Research Center for Experimental Biomedicine, University of Wuerzburg, Germany, 4 Department of Internal Medicine III, University of Heidelberg, Germany, 5 Department of Anatomy, UCSF, San Francisco, USA, 6 Department of Pediatric Oncology, Hematology and Immunology, University of Heidelberg, Germany, 7 Regulus Therapeutics, Carlsbad, CA, USA 8 Institute of Pathology, University of Wuerzburg, Germany

9 These authors contributed equally to this work


Zusammenfassung der Arbeit:

MicroRNAs (miRNA) sind kleine aus nicht-kodierenden Nukleotiden bestehende Moleküle, welche die Genexpression durch mRNA-Degradation oder translationale Inhibition regulieren. Microarray-basierte miRNA-Analysen zeigen sowohl in verschiedenen Modellen der Herzinsuffizienz als auch beim Patienten eine starke Hochregulation von miR-21 im linksventrikulären Myokard. Dies konnte mittels Northern Blot-Untersuchung bestätigt werden. Das Ausschalten der miR-21 im Zebrafisch hatte großen Einfluss auf die kardiale Struktur und Funktion und bestätigt damit eine kardiale Relevanz dieser sonst ubiquitär exprimierten microRNA. Wir manipulierten daher die miR-21-Expression in verschiedenen kultivierten kardialen Zellen, in vivo durch Generation transgener Mäuse mit herzspezifischer Überexpression der miR-21 , sowie durch Druckbelastung des linken Ventrikels mittels Aortenkonstriktion. Es zeigte sich, dass miR-21 an der Kontrolle des kardialen Remodelings während der Entwicklung einer Herzinsuffizienz beteiligt ist. Mechanistisch konnten wir Sprouty1, einen Inhibitor des Erk-MAP-Kinase- Signalwegs, als miR-21-Target identifizieren. MiR-21 und Sprouty1 waren exklusiv in kardialen Fibroblasten ko-exprimiert. Durch Derepression des Erk-MAP-Kinase- Signalwegs in kardialen Fibroblasten führte miR-21 zu einer verstärkten myokardialen Fibrose und eingeschränkten Funktion nach Druckbelastung des linken Ventrikels. Durch intravenöse Applikation eines spezifischen miR-21 Antagonisten („Antagomir“) konnte eine Hochregulation der miR-21-Expression mit nachfolgender kardialer Fibrosierung und Dysfunktion verhindert werden. MicroRNA-basierte Ansätze könnten daher zukünftig zu einer verbesserten Therapie der Herzinsuffizienz führen.