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Highlights
• Endothelial ageing contributes significantly to atherosclerosis.
• Non-coding RNAs are gaining interest as regulators of vascular biology.
• Several microRNAs regulate endothelial cell ageing.
• Multiple lncRNAs play a role in endothelial cell ageing.
Abstract
Atherosclerosis and numerous other cardiovascular diseases develop in an age-dependent manner. The endothelial cells that line the vessel walls play an important role in the development of atherosclerosis. Non-coding RNA like microRNAs and long non-coding RNAs are known to play an important role in endothelial function and are implicated in the disease progression. Here, we summarize several microRNAs and long non-coding RNAs that are known to have an altered expression with endothelial aging and discuss their role in endothelial cell function and senescence. These processes contribute to aging-induced atherosclerosis development and by targeting the non-coding RNAs controlling endothelial cell function and senescence, atherosclerosis can potentially be attenuated.
Mesenchymal stromal/stem cells and their derivates are the most promising cell source for cell therapies in regenerative medicine. The application of extracellular vesicles (EVs) as cell-free therapeuticals requires particles with a maximum regenerative capability to enhance tissue and organ regeneration. The cargo of mRNA and microRNA (miR) in EVs after hypoxic preconditioning has not been extensively investigated. Therefore, the aim of our study was the characterization of mRNA and the miR loading of EVs. We further investigated the effects of the isolated EVs on renal tubular epithelial cells in vitro. We found 3131 transcripts to be significantly regulated upon hypoxia. Only 15 of these were downregulated, but 3116 were up-regulated. In addition, we found 190 small RNAs, 169 of these were miRs and 21 were piwi-interacting RNAs (piR). However, only 18 of the small RNAs were significantly altered, seven were miRs and 11 were piRs. Interestingly, all seven miRs were down-regulated after hypoxic pretreatment, whereas all 11 piRs were up-regulated. Gene ontology term enrichment and miR-target enrichment analysis of the mRNAs and miR were also performed in order to study the biological background. Finally, the therapeutic effect of EVs on human renal tubular epithelial cells was shown by the increased expression of three anti-inflammatory molecules after incubation with EVs from hypoxic pretreatment. In summary, our study demonstrates the altered mRNA and miR load in EVs after hypoxic preconditioning, and their anti-inflammatory effect on epithelial cells.
Einleitung: Die Bronchiolitis obliterans ist eine seltene Lungenerkrankung unterschiedlicher Ätiologie, die mit einer chronischen Entzündung der kleinen Atemwege einhergeht. Mit der Identifizierung von Kandidaten-miRNA sollen Biomarker evaluiert werden, die in der Diagnostik der postinfektiösen Bronchiolitis obliterans (PIBO) herangezogen werden sowie in Zukunft eine mögliche Therapieoption darstellen können.
Material und Methoden: 19 Patientinnen und Patienten mit PIBO sowie 18 gesunde Kontrollen wurden in die Studie eingeschlossen. Nach Komplettsequenzierung wurden die miRNA-Profile der Patienten mit den Profilen der alters- und geschlechtsadaptierten gesunden Kontrollgruppe verglichen. Als Nebenzielgrößen wurden die Lungenfunktion und Sputum-Biomarker erfasst.
Ergebnisse: Die Patientenkohorte wies signifikant niedrigere Werte in der Lungenfunktionsdiagnostik (Patienten, Median: FVC (%) 76,3***, FEV1 (%) 59,8***, FEV1/FVC 0,68***, FEF75 (%) 25,1***, *p<0,05, **p<0,01, ***p<0,001) sowie eine signifikante Erhöhung der neutrophilen Granulozyten und der proinflammatorischen Zytokine IL-1β, IL-6 und IL-8 in der Sputumanalyse auf (Patienten, Median: Neutrophile (%) 82,5***, IL-1β (pg/ml) 1453,0**, IL-6 (pg/ml) 825,6**, IL-8 (pg/ml) 35368,0***). Die Analyse der miRNA-Expression ergab insgesamt 40 unterschiedlich regulierte miRNAs (padj ≤ 0,05). 22 miRNAs waren in der Patientenkohorte vermehrt exprimiert, 18 miRNAs waren vermindert exprimiert. Die vier miRNAs mit pbonf < 0,05 wurden in der weiteren Analyse berücksichtigt. Die miRNAs hsa-let-7b-3p und hsa-miR-146a-3p waren signifikant vermehrt exprimiert, wohingegen die miRNAs hsa-miR-1287-5p und hsa-miR-27b-3p signifikant vermindert exprimiert waren. Die identifizierten miRNAs spielen unter anderem eine Rolle im TGF-β- und Hippo-Signalweg.
Schlussfolgerung: Die Ergebnisse zeigen, dass das miRNA-Expressionsmuster bei Patienten, die an postinfektiöser Bronchiolitis obliterans erkrankt sind, alteriert ist. Die identifizierten miRNAs sind relevante Biomarker und können als potentielle Ziele von miRNA-Therapeutika in Betracht gezogen werden.
MicroRNAs have been projected as promising tools for diagnostic and prognostic purposes in cancer. More recently, they have been highlighted as RNA therapeutic targets for cancer therapy. Though miRs perform a generic function of post-transcriptional gene regulation, their utility in RNA therapeutics mostly relies on their biochemical nature and their assembly with other macromolecules. Release of extracellular miRs is broadly categorized into two different compositions, namely exosomal (extracellular vesicles) and non-exosomal. This nature of miRs not only affects the uptake into target cells but also poses a challenge and opportunity for RNA therapeutics in cancer. By virtue of their ability to act as mediators of intercellular communication in the tumor microenvironment, extracellular miRs perform both, depending upon the target cell and target landscape, pro- and anti-tumor functions. Tumor-derived miRs mostly perform pro-tumor functions, whereas host cell- or stroma-derived miRs are involved in anti-tumor activities. This review deals with the recent understanding of exosomal and non-exosomal miRs in the tumor microenvironment, as a tool for pro- and anti-tumor activity and prospective exploit options for cancer therapy.
Chronische Herzinsuffizienz ist eine der führenden Todesursachen im Rahmen kardiovaskulärer Erkrankungen und ist mit einer hohen Anzahl an Komorbiditäten assoziiert. Unter anderem führt Herzinsuffizienz zu Veränderungen des Immunsystems, welche denen der Immunoseneszenz ähneln. Als einflussreiche Modulatoren ganzer molekularbiologischer Regelkreise sind microRNAs in den letzten Jahren zunehmend in den Fokus gerückt. Diese nicht-kodierenden, kurzen RNA-Einzelstränge können die Genexpression von vielen Zielgenen durch spezifisches Binden der jeweiligen mRNA Transkripte kontrollieren. Aufgrund zum Teil gewebe-, zelltyp- und prozess-spezifischer Expression können microRNAs auch als mögliche Biomarker für spezifische klinische Fragestellungen dienen.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Expression von immunmodulatorischen microRNAs im peripheren Blut (PB) von jungen und gealterten gesunden Probanden (y/h bzw. o/h) sowie Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz (CHF) untersucht. Dabei wurde ein Bezug auf Immunoseneszenz bzw. die Auswirkung von CHF auf das Immunsystem hergestellt. Im Rahmen dessen wurden Leukozyten-, insbesondere Lymphozyten-Subpopulationen analysiert.
Hierzu wurden Probanden in die drei folgenden Gruppen eingeschlossen: Patienten mit CHF (n=18, durchschnittliches Alter 64 Jahre), alters-korrelierte gesunde Probanden (n=13, durchschnittliches Alter 64 Jahre) sowie junge gesunde Probanden (n=30, durchschnittliches Alter 25 Jahre). Neben der Erhebung der klinischen Daten wurde peripheres Blut zur Bestimmung der microRNA-Expressionslevels sowie für durchflusszytometrische Analysen der Leukozytenpopulationen gewonnen.
In den Expressionsanalysen konnte eine alters- und herzinsuffizienz-abhängige Dysregulation einzelner microRNAs beobachtet werden. Insbesondere Mitglieder der miR-181-Familie, spezifisch miR-181a und miR-181c, waren im Alter niedriger exprimiert, zudem war die Expression von miR-181c bei Vorliegen einer CHF deutlicher reduziert. Des Weiteren zeigte sich eine altersabhängige erhöhte Expression von miR-34a, wobei das Vorliegen von CHF keine Auswirkung auf die Expression zeigte. Bei den microRNAs miR-146a und miR-223 konnte keine signifikante alters- oder CHF-abhängige Regulation nachgewiesen werden. Lediglich zeigte bei der miR-155 zeigte sich eine signifikante Reduktion bei Vorliegen einer CHF im Vergleich o/h Probanden.
In Hinblick auf die Leukozytenpopulationen im peripheren Blut wiesen Patienten mit CHF höhere Zahlen an Leukozyten auf, alle miR-181 Mitglieder zeigten hierbei eine inverse Korrelation. Dagegen stellte sich in Hinblick auf die Zusammensetzung der Leukozyten-Subpopulationen eine Reduktion der Lymphozytenfraktion im Alter dar, besonders bei Patienten mit CHF. Insbesondere zeigte sich eine altersabhängige Abnahme der B-Lymphozytenpopulation, wobei auch hier das Vorliegen einer CHF diesen Effekt verstärkte. Die Expression miR-181a und miR-181c sowie miR-146a und miR-223 korrelierte positiv mit dem Anteil der B-Lymphozyten. Innerhalb der B-Zellen zeigte sich eine alters- und CHF-abhängige Reduktion der naïven B-Zellen, welche positiv mit der Expression von miR-181c, miR-146a und miR-223 korrelierte. Die beobachteten Veränderungen der B-Zell-Subpopulationen zeigten sich insbesondere bei CHF Patienten mit ischämischer Ursache im Vergleich zur dilatativen Kardiomyopathie.
Bei den untersuchten T-Lymphozyten-Subpopulationen zeigte sich eine altersabhängiger Abfall bei den zytotoxischen T-Zellen. Das Vorliegen einer CHF verstärkte diesen Effekt. Die beobachteten Veränderungen der T-Zell-Subpopulation korrelierten nicht mit der Expression der untersuchten microRNAs.
Im Gegensatz zu den lymphoiden Subpopulationen zeigte sich ein Anstieg der neutrophilen Granulozyten und der Monozyten im Alter, es stellte sich jeweils eine negative Korrelation mit der Expression von miR-181 Transkripten sowie miR-155, miR-146a und miR-223 dar.
Zusammenfassend zeigten sich signifikant erniedrigte Expressionslevels von miR-181c im Alter, was mit Immunoseneszenz-bedingten Veränderungen des peripheren Bluts einherging. Diese Veränderungen zeigten sich zusätzlich verstärkt bei Patienten mit CHF. Zukünftig könnten miR-181c Expressionslevel in peripherem Blut als Biomarker für die Immunfunktionen bei CHF Patienten dienen und in Hinblick auf eine mögliche prospektive Information evaluiert werden.
The tumor-microenvironment (TME) is an amalgamation of various factors derived from malignant cells and infiltrating host cells, including cells of the immune system. One of the important factors of the TME is microRNAs (miRs) that regulate target gene expression at a post transcriptional level. MiRs have been found to be dysregulated in tumor as well as in stromal cells and they emerged as important regulators of tumorigenesis. In fact, miRs regulate almost all hallmarks of cancer, thus making them attractive tools and targets for novel anti-tumoral treatment strategies. Tumor to stroma cell cross-propagation of miRs to regulate protumoral functions has been a salient feature of the TME. MiRs can either act as tumor suppressors or oncogenes (oncomiRs) and both miR mimics as well as miR inhibitors (antimiRs) have been used in preclinical trials to alter cancer and stromal cell phenotypes. Owing to their cascading ability to regulate upstream target genes and their chemical nature, which allows specific pharmacological targeting, miRs are attractive targets for anti-tumor therapy. In this review, we cover a recent update on our understanding of dysregulated miRs in the TME and provide an overview of how these miRs are involved in current cancer-therapeutic approaches from bench to bedside.
Pancreatic cancer is a common malignant tumor with a high incidence and mortality rate. The prognosis of patients with pancreatic cancer is considerably poor due to the lack of effective treatment in clinically. Despite numerous studies have revealed that baicalein, a natural product, is responsible for suppressing multiple cancer cells proliferation, motility and invasion. The mechanism by which baicalein restraining pancreatic cancer progression remains unclear. In this study, we firstly verified that baicalein plays a critical role in inhibiting pancreatic tumorigenesis in vitro and in vivo. Then we analyzed the alteration of microRNAs (miRNAs) expression levels in Panc-1 cells incubated with DMSO, 50 and 100 μM baicalein by High-Throughput sequencing. Intriguingly, we observed that 20 and 39 miRNAs were accordingly up- and down-regulated through comparing Panc-1 cells exposed to 100 μM baicalein with the control group. Quantitative PCR analysis confirmed that miR-139-3p was the most up-regulated miRNA after baicalein treatment, while miR-196b-5p was the most down-regulated miRNA. Further studies showed that miR-139-3p induced, miR-196b-5p inhibited the apoptosis of Panc-1 cells via targeting NOB1 and ING5 respectively. In conclusion, we demonstrated that baicalein is a potent inhibitor against pancreatic cancer by modulating the expression of miR-139-3p or miR-196b-5p.
Mesial temporal lobe epilepsy (mTLE) is a common form of epilepsy and is characterized by recurrent spontaneous seizures originating from the temporal lobe. The majority of mTLE patients develop pharmacoresistance to available anti-epileptic drugs (AEDs) while exhibiting severe pathological changes that can include hippocampal atrophy, neuronal death, gliosis and chronic seizures. The molecular mechanisms leading to mTLE remain incompletely understood, but are known to include defects in post-transcriptional gene expression regulation, including in non-coding RNAs (ncRNAs). Circular RNAs (circRNAs) are a class of recently rediscovered ncRNAs with high levels of expression in the brain and proposed roles in diverse neuronal processes. To explore a potential role for circRNAs in epilepsy, RNA-sequencing (RNA-seq) was performed on hippocampal tissue from a rat perforant pathway stimulation (PPS) model of TLE at different post-stimulation time points. This analysis revealed 218 differentially expressed (DE) circRNAs. Remarkably, the majority of these circRNAs were changed at the time of the occurrence of the first spontaneous seizure (DOFS). The expression pattern of two circRNAs, circ_Arhgap4 and circ_Nav3, was further validated and linked to miR-6328 and miR-10b-3p target regulation, respectively. This is the first study to examine the regulation of circRNAs during the development of epilepsy. It reveals an intriguing link between circRNA deregulation and the transition of brain networks into the state of spontaneous seizure activity. Together, our results provide a molecular framework for further understanding the role and mechanism-of-action of circRNAs in TLE.
Patients with type 2 diabetes (T2D) are threatened by excessive cardiovascular morbidity and mortality. While accelerated arterial stiffening may represent a critical mechanistic factor driving cardiovascular risk in T2D, specific therapies to contain the underlying diabetic arterial remodeling have been elusive. The present translational study investigates the role of microRNA-29b (miR-29b) as a driver and therapeutic target of diabetic aortic remodeling and stiffening. Using a murine model (db/db mice), as well as human aortic tissue samples, we find that diabetic aortic remodeling and stiffening is associated with medial fibrosis, as well as fragmentation of aortic elastic layers. miR-29b is significantly downregulated in T2D and miR-29b repression is sufficient to induce both aortic medial fibrosis and elastin breakdown through upregulation of its direct target genes COL1A1 and MMP2 thereby increasing aortic stiffness. Moreover, antioxidant treatment restores aortic miR-29b levels and counteracts diabetic aortic remodeling. Concluding, we identify miR-29b as a comprehensive—and therefore powerful—regulator of aortic remodeling and stiffening in T2D that moreover qualifies as a (redox-sensitive) target for therapeutic intervention.
MicroRNA miR-181 - a rheostat for TCR signaling in thymic selection and peripheral T-Cell function
(2020)
The selection of T cells during intra-thymic d evelopment is crucial to obtain a functional and simultaneously not self-reactive peripheral T cell repertoire. However, selection is a complex process dependent on T cell receptor (TCR) thresholds that remain incompletely understood. In peripheral T cells, activation, clonal expansion, and contraction of the active T cell pool, as well as other processes depend on TCR signal strength. Members of the microRNA (miRNA) miR-181 family have been shown to be dynamically regulated during T cell development as well as dependent on the activation stage of T cells. Indeed, it has been shown that expression of miR-181a leads to the downregulation of multiple phosphatases, implicating miR-181a as ‘‘rheostat’’ of TCR signaling. Consistently, genetic models have revealed an essential role of miR-181a/b-1 for the generation of unconventional T cells as well as a function in tuning TCR sensitivity in peripheral T cells during aging. Here, we review these broad roles of miR-181 family members in T cell function via modulating TCR signal strength.