Rationale:
Die pulmonale arterielle Hypertonie (PAH) ist eine schwere pulmonale Gefäßerkrankung, die zu Rechtsherzinsuffizienz und letztlich zum Tod führt. Es besteht ein dringender Bedarf an neuen Therapieoptionen, die gezielt die Ursachen der Erkrankung adressieren. Micro-RNAs (miRs) haben sich in den letzten Jahrzehnten als zentrale Regulatoren physiologischer und pathologischer Prozesse herausgestellt. Frühere Arbeiten aus unserem Labor zeigten, dass die miR-224-Spiegel in PH-erkrankten Lungen (bei Maus, Ratte, Schwein und Mensch) sowie in isolierten glatten Muskelzellen der Lungenarterien (pulmonary artery smooth muscle cells, PASMCs) von PAH-Patienten signifikant erhöht sind. Diese Befunde deuten darauf hin, dass miR-224 eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Progression der pulmonalen Hypertonie spielen könnte.
Ziele:
Untersuchung der Rolle und des Wirkmechanismus von miR-224 beim pulmonalen vaskulären Remodeling in der PAH und beim Cor pulmonale.
Methoden:
Zur Untersuchung der Rolle von miR-224 bei der PAH wurden molekulare, pharmakologische und gentherapeutische Ansätze sowohl in vitro als auch in vivo eingesetzt. RNA-Sequenzierungsexperimente in vitro sowie Einzelzell-RNA-Sequenzierungen an Lungen von miR-224 behandelten Mäusen wurden durchgeführt, um targets von miR-224 zu identifizieren.
Ergebnisse:
In vitro Studien zeigten, dass die Überexpression von miR-224 die Proliferation von PASMCs fördert. Experimente an Endothelzellen deuteten darauf hin, dass miR-224 seine Hauptwirkung in glatten Muskelzellen entfaltet.
Die Überexpression von miR-224 mittels AAV1-CMV-miR-224 verstärkte den PH-Phänotyp bei Mäusen, während die intratracheale Applikation von aerosolisiertem AAV1-CMV-ToughDecoy-miR-224 (AAV1-CMV-Tud224) die PAH signifikant verbesserte. Ein auf glatte Muskelzellen spezifischer Ansatz (AAV1-myh11-Tud224), der bei Mäusen mit PH aerosolisiert wurde, zeigte, dass die zellspezifische Hemmung von miR-224 das Remodeling der pulmonalen Gefäße sowie die Hypertrophie des rechten Herzens signifikant reduzierte.
Ein chemisch modifiziertes Antisense-Oligonukleotid, das spezifisch miR-224 inhibiert (LNA-224), verbesserte nach intratrachealer Applikation bei Mäusen und Ratten mit PAH (Sugen/Hypoxie-Modell) den Krankheitsverlauf signifikant. Im Monocrotalin-Rattenmodell senkte die Hemmung von miR-224 sinifikant die Mortalität. Eine kardiale MRT-Studie im selben Modell zeigte eine signifikante Verbesserung des Cor pulmonale.
Die RNA-Sequenzierung von miR-224 behandelten SMCs ergab, dass miR-224 mehrere Mitglieder des BMP-Signalwegs (BMPR2, BMPR1B, SMAD5, p21) reguliert. Zur weiteren Aufklärung des Wirkmechanismus wurde Einzelzell-RNA-Sequenzierung an Lungen von Mäusen durchgeführt, die mit miR-224 oder einer Kontroll-miR behandelt worden waren. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Mitglieder der SMAD-Familie sowie Transkriptionsziele des TGFβ-Signalwegs zentrale Targets von miR-224 sind.
Schlussfolgerungen:
Unsere Ergebnisse zeigen, dass miR-224 das Gleichgewicht zwischen dem TGF-β- und BMP-Signalweg bei PAH beeinflusst und eine Schlüsselrolle in der Pathogenese von PAH und Cor pulmonale spielt.
