The role of microRNAs for endothelial cell function

Die Bedeutung von microRNAs für die Funktion von Endothelzellen

  • Dicer and Drosha are the major enzymes involved in microRNA processing. Using siRNA targeting Dicer and Drosha, thereby downregulating a substantial number of microRNAs in EC, we demonstrate a crucial role of both enzymes in angiogenic processes. Interestingly, Dicer inhibition exerts more profound effects on processes like migration and viability of EC in comparison to Drosha inhibition. Moreover, Dicer effects in vivo angiogenesis, a process which is unaffected by Drosha. This discrepancy might be partially due to the involvement of Dicer in other cellular processes like heterochromatin formation and to the fact that Dicer and Drosha target mainly different subsets of microRNAs. In addition, we identified miR-92a as a novel endogenous repressor of the angiogenic program in EC, which impairs their angiogenic functions in vitro and in vivo. Consistent with these data, blocking miR-92a by systemic infusion of antagomirs enhances neovascularization and functional recovery after ischemia in vivo. At first sight, the anti-angiogenic function of miR-92a in EC appears to contradict the previously identified anti-apoptotic and pro-angiogenic activities of the miR-17~92 cluster in tumor cells. However, this apparent discrepancy might be well rationalized by a predominant function of miR-18a and miR-19a in tumor cells, which are responsible for the tumorigenic and non-cell autonomous pro-angiogenic functions of the miR-17~92 cluster. Instead, miR-92a expression is specifically upregulated in ischemic tissues and appears to cell-autonomously repress the angiogenic potential of EC. Among the various targets and verified regulated genes identified by microarray, we confirmed the downregulation of Integrin a5 in vitro and in vivo. The relevance of this miR-92a target is evidenced by severe vascular defects in the absence of Integrin a5. In addition, endothelial miR-92a interferes with the expression pattern of genes controlling key EC functions at various levels, some of which, e.g. eNOS, might be secondarily affected by directly targeted genes. Obviously, our data do not formally exclude effects of antagomir-92a on perivascular and other cell types, but surely include effects on EC. Regardless of this, the capacity of miR-92a to target various downstream effectors might be an advantage of miRNA-based therapeutic strategies and may overcome the limited therapeutic capacity of single growth factor or single gene therapies in ischemic diseases, since the highly organized process of vessel growth, maturation and functional maintenance is well known to require the fine-tuned regulation of a set of genes.
  • Angiogenese, die Bildung von Kapillaren aus bereits existierenden Gefäßen, ist ein wichtiger physiologischer Prozess zur Wundheilung und Wiederherstellung des Blutflusses nach Verletzung. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die genaue Untersuchung der Rolle von microRNAs in angiogenen Prozessen. MicroRNAs sind kleine, einzelsträngige RNA Moleküle, welche die Genexpression durch Bindung an die messenger RNA (mRNA) von Zielgenen und darauffolgenden Degradierung der mRNA oder Repression der Translation regulieren. Die Inhibition der microRNA-prozessierenden Enzyme Dicer und Drosha in Endothelzellen führt zu einer Dysregulation der microRNA Expression und zu einer signifikanten Reduktion der Angiogenese in vitro. Im Gegensatz zu Drosha, dessen Inhibition keinen Effekt auf die in vivo Angiogenese zeigt, führt die Inhibition von Dicer auch in einem in vivo Angiogenese-Modell zu einer deutliche reduzierten Einsprossung von Gefäßen. Zusammenfassend sprechen diese Daten für eine wichtige Rolle von microRNAs in der Endothelzellbiologie. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit beschränkte sich auf die Untersuchung einer, in Endothelzellen hoch exprimierten microRNA, miR-92a. MiR-92a ist ein Mitglied des miR-17-92 Clusters, für den bereits eine Rolle in der Tumorangiogenese beschrieben ist. Die Überexpression der miR-92a in Endothelzellen führt zu einer signifikanten Hemmung der Angiogenese, sowie reduzierter Adhäsion und Migration auf Fibronektin. Zudem wird die Einsprossung von Gefäßen in Matrigel Plugs deutlich gehemmt. In Übereinstimmung hierzu führt die systemische Hemmung der miR-92a mit Hilfe von modifizierten antisense Oligoribonukleotiden (Antagomir-92a) im Mausmodell zu einer Stimulation der Einsprossung von Gefäßen in Matrigel Plugs. In klinisch relevanten Modellen, wie dem Hinterlaufischämie-Modell und dem akuten Myokardinfarkt-Modell, führt die Behandlung mit Antagomir-92a zu einer funktionelle Verbesserung. Immunohistologische Analysen ergaben, dass in den Antagomir-92a behandelten Tieren sowohl die Anzahl der Kapillaren als auch der größeren Gefäße deutlich erhöht ist. Obwohl wir einen direkten Effekt der Antagomir-92a Behandlung auf die Myozyten zum jetzigen Zeitpunkt nicht auschließen können, weisen unsere Daten definitiv auf eine Stimulation der Angiogenese hin. Nachdem wir sowohl in vitro als auch in vivo zeigen konnten, dass miR-92a maßgeblich an angiogenen Prozessen beteiligt ist, stellten wir uns die Frage nach den zugrunde liegenden Zielgenen. Es zeigte sich, dass miR-92a neben einer größeren Anzahl pro-angiogener Faktoren die Integrin Untereinheit a5 sowohl in vitro als auch in vivo reguliert. Desweiteren konnten wir mit Hilfe eines Luciferase Assays die direkte Regulation von Integrin a5 durch miR-92a zeigen. Zusammenfassend deuten diese Daten daraufhin, dass Integrin a5 ein Schlüsselregulator der Antagomir-92a-vermittelten Angiogenese ist und somit unmittelbar an der Verbesserung nach Hinterlaufischämie und akutem Myokardinfarkt beteiligt ist.

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Metadaten
Author:Angelika Bonauer
URN:urn:nbn:de:hebis:30-62426
Referee:Beatrix Süß
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2009/02/24
Year of first Publication:2008
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2008/12/17
Release Date:2009/02/24
Tag:Endothelzellen; Neovascularisation; microRNA
Angiogenesis; Endothelial cells; Ischemia; Neovascularisation; microRNAs
GND Keyword:Angiogenese; Small RNA; Ischämie; Kardiovaskuläres System
HeBIS-PPN:209456620
Institutes:Biowissenschaften / Biowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
MSC-Classification:92-XX BIOLOGY AND OTHER NATURAL SCIENCES / 92Cxx Physiological, cellular and medical topics / 92C37 Cell biology
Sammlungen:Sammlung Biologie / Biologische Hochschulschriften (Goethe-Universität)
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht