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Title: Role of microRNA deregulation in the pathogenesis of Machado-Joseph disease
Authors: Vijayakumar, Udaya Geetha 
Orientador: Almeida, Luís Pereira de
Keywords: Machado-Joseph disease; MicroRNAs
Issue Date: 21-Mar-2017
Citation: VIJAYAKUMAR, Udaya Geetha - Role of microRNA deregulation in the pathogenesis of Machado-Joseph disease. Coimbra : [s.n.], 2017. Tese de doutoramento. Disponível na WWW: http://hdl.handle.net/10316/32393
Project: info:eu-repo/grantAgreement/FCT/5876/147358/PT 
info:eu-repo/grantAgreement/FCT/5876-PPCDTI/116512/PT 
info:eu-repo/grantAgreement/FCT/3599-PPCDT/132829/PT 
Abstract: A doença de Machado-Joseph (DMJ), também conhecida como ataxia espinocerebelosa do tipo 3, é uma doença neurodegenerativa autossómica dominante causada por uma expansão no número de repetições do trinucleótido CAG na região codificante do gene MJD1, a qual é traduzida num trato poliglutamínico expandido na proteína ataxina-3. Esta proteína mutada resulta em disfunção neuronal e neurodegenerescência em diferentes regiões do cérebro. Até à data, não foi ainda desenvolvida nenhuma terapia capaz de bloquear ou atrasar a progressão da DMJ. Estudos recentes sugerem que a desregulação transcripcional desempenha um papel importante na DMJ. Apesar de diferentes transcritos terem sido implicados na patogénese da DMJ, nos últimos anos a desregulação de microRNAs observada em outras doenças neurodegenerativas sugeriu um potencial papel destas moléculas na DMJ. Assim sendo, o objectivo deste projecto foi estudar o papel da desregulação de microRNAs na DMJ e simultaneamente desenvolver e avaliar o potencial de uma nova estratégia terapêutica baseada em microRNAs recorrendo para isso a um modelo lentiviral da DMJ em murganho. Na primeira parte deste projecto, descrita no capítulo 2, recorrendo à tecnologia de microarray de miRNAs identificámos diversos miRNAs cuja expressão se encontra alterada num modelo lentiviral estriatal da DMJ em murganho. De entre o conjunto de miRNAs com expressão alterada, os níveis do miRNA miR-10b encontravam-se particularmente elevados. Para além disso, os níveis de expressão do miR-10b foram também avaliados em outros modelos de DMJ, verificando-se um aumento significativo nos níveis deste miRNA no cerebelo de murganhos transgénicos DMJ observando-se também uma tendência para aumento em tecido humano post-mortem de cerebelo de doentes DMJ. Assim sendo, focámo-nos neste miRNA (miR-10b) para avaliar os efeitos terapêuticos da sua modulação no contexto da DMJ. Antes de avançar para um modelo em murganho da DMJ, começámos por avaliar o efeito de um inibidor do miR-10b num organismo mais simples, a Drosophila. A inibição do miR-10b em Drosophilas DMJ resultou numa extensão do seu período de vida. Estes resultados sugerem assim que os miRNAs desregulados no modelo lentiviral de DMJ poderão contribuir para a patogénese da doença e que a reposição dos seus níveis, em Drosophila, leva a um aumento do seu tempo de vida implicando assim este miRNA no processo patológico da DMJ. No capítulo 3, recorrendo à utilização de lentivírus codificantes para um inibidor do miR-10b baseado na tecologia tough-decoy, conseguimos re-estabelecer os níveis normais de miR-10b no estriado de um modelo lentiviral DMJ em murganho. Para além disso, identificámos a transtirretina como um alvo do miR-10b. A inibição do miR-10b no modelo lentiviral DMJ levou a uma redução do número de inclusões de positivas para ataxina-3 e ubiquitina ao mesmo tempo que levou a uma diminuição da disfunção neuronal associada a este modelo. Em conclusão, esta tese reúne evidências que demonstram que a desregulação de miRNAs é uma componente da DMJ, identificando pela primeira vez o miRNA miR-10b como estando sobrexpresso no contexto da doença. Para além disso, foi validado um novo alvo deste miRNA, a transtirretina, um gene previamente associado ao desenvolvimento de outras doenças neurodegenerativas. Simultaneamente, a inibição do miR-10b, num modelo de murganho da DMJ levou a uma melhoria das manifestações da doença. Em suma, este estudo não só identificou uma nova via patógenica na DMJ como também gerou uma nova oportunidade para o desenvolvimento de uma estratégia terapêutica baseada em miRNAs para o tratamento da DMJ.
Machado-Joseph disease (MJD) / Spinocerebellar ataxia type 3 (SCA3) is an autosomal dominant neurodegenerative disorder caused by the over-repetition of the CAG trinucleotide in the coding region of MJD1 gene which translates into an expanded polyglutamine tract within the affected protein ataxin-3. The toxic mutant ataxin-3 protein results in neuronal dysfunction and neurodegeneration in many brain regions. Until now, there is no therapy to prevent or delay the disease progression in MJD. Recent evidence suggests transcriptional dysregulation may play a crucial role in MJD. Even though different transcripts have been shown to contribute to the pathogenesis of MJD, in recent years the evidence regarding dysregulation of microRNAs in other neurodegenerative disorders was suggestive of a potential role in MJD. Therefore, the aim of this project to study the role of microRNA dysregulation in MJD and to develop a microRNA based therapeutic strategy towards MJD. In the first part of this project, described in chapter 2, using a miRNA microarray we identified numerous miRNAs that are differentially expressed in a lentiviral MJD mouse model. Notably, of all the differentially expressed miRs, miR-10b expression levels were robustly up-regulated. miR-10b expression levels were also evaluated in other MJD models and found to be significantly up-regulated in a transgenic mouse model of MJD and to show a trend towards upregulation in human post-mortem brain tissue. Our results suggest that microRNAs are dysregulated in MJD potentially contributing to the pathogenesis of the disease. We next investigated whether a miR-10 inhibitor would modify disease progression in a small organism, drosophila. MJD drosophila treated with a miR-10b repressor resulted in the elongation of the life-span of MJD flies. Our results suggest miR-10b dysregulation could contribute to the pathogenesis of MJD and that re-establishing the normal levels of miR-10b may be protective in MJD. In chapter 3, taking advantage of lentiviral based delivery of a miR-10b tough-decoy inhibitor, we re-established the normal levels of miR-10b in the striatal lentiviral MJD mouse model. Notably, our study identifies transthyretin as a target of miR-10b. Importantly, neuronal dysfunction, ubiquitin-positive inclusions and ataxin-3 positive inclusions were reduced upon miR-10b TuD inhibitor treatment in the striatal lentiviral MJD mouse model. In summary, the present thesis provides evidence for a dysregulation of microRNAs in MJD, showing, for the first time, that miR-10b is upregulated in MJD. Moreover, we have validated a novel target gene for miR-10b, transthyretin, a gene previously implicated in other neurodegenerative diseases. Importantly, inhibition of mir-10b in vivo in a MJD mouse model was effective in ameliorating the disease manifestations. Altogether, we believe our study identifies a novel disease pathway in MJD and, at the same time, opens a new door for the development of a miR-based therapeutic strategy towards MJD.
Description: Tese de doutoramento em Biologia Experimental e Biomedicina, na especialidade de Neurociências e Doença, apresentada ao Instituto de Investigação Interdisciplinar da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/32393
Rights: embargoedAccess
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