Dissection of the Role of MicroRNAs in Cardiac Fibrosis

Abstract

Doenças cardiovasculares, nas quais se incluem doença isquémica do coração e fibrose cardíaca, são uma das principais causas de morte em todo o mundo. Fibrose cardíaca é uma característica do processo patológico de remodelagem cardíaca e é caracterizada pela acumulação de fibroblastos cardíacos após lesão, a ativação para miofibroblastos e a excessiva deposição de proteínas da matriz extracelular, principalmente colagénio.MicroRNAs (MiRNAs) são uma classe de RNAs endógenos, pequenos e não codificantes com aproximadamente 20-22 nucleótidos, que regulam a expressão genética através de mecanismos que envolvem repressão de tradução e degradação de mRNAs alvos. Os miRNAs foram implicados em diversos processos biológicos, incluindo desenvolvimento, proliferação celular e diferenciação, mas também em diversas doenças, incluindo doenças cardiovasculares (por exemplo, hipertrofia e fibrose). Embora os miRNAs tenham sido associados com o processo de fibrose cardíaca, uma análise sistemática do papel dos miRNAs na fibrose cardíaca permanece por realizar. O objectivo deste trabalho foi estudar cinco miRNAs – miR-33b-3p, miR-19b-2-5p, miR-1281, miR-2052 e miR-29b-3p – que foram seleccionados a partir de uma série de screenings high-throughput baseados em microscopia de fluorescência. Estes miRNAs induziram efeitos significativos em três importantes fenótipos relacionados com o processo de fibrose cardíaca: proliferação de fibroblastos cardíacos, diferenciação em miofibroblastos e deposição de colagénio. Os efeitos destes miRNAs foram validados em fibroblastos cardíacos de diferentes dadores, assim como em fibroblastos isolados de outros tecidos.Neste estudo foi demonstrado que, em geral, os miRNAs estudados têm um fenótipo conservado quando testados em fibroblastos de diferentes dadores ou variados tecidos, provavelmente reflectindo a existência de alvos e mecanismos de activação comuns em diferentes tipos de fibroblastos. Contudo, foram também observados efeitos específicos de miRNAs em fibroblastos de determinada origem, ou efeitos de magnitudes diferentes em células de diferentes tecidos.Este estudo constitui uma prova-de-principio de que a comparação dos efeitos de miRNAs em fibroblastos isolados de diferentes dadores/tecidos, bem como o estudo dos mecanismos moleculares subjacentes à sua acção, poderão levar a uma melhor compreensão do processo de fibrose cardíaca e, potencialmente, ao desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas para combater esta patologia.

Cardiovascular diseases (CVD), including ischemic heart diseases and cardiac fibrosis, are one of the main causes of mortality worldwide. Cardiac fibrosis is a hallmark of pathological cardiac remodeling and is characterized by the accumulation of cardiac fibroblasts, their activation towards a myofibroblast phenotype and an excessive deposition of extracellular matrix proteins, particularly collagen. MicroRNAs (miRNAs) are a class of endogenous small noncoding RNAs with approximately 20-22 nucleotides that regulate gene expression by inducing translational repression and target mRNA decay. MiRNAs have been implicated in a number of biological processes, including development, cell proliferation and differentiation and also in disease, including cardiovascular diseases (e.g. hypertrophy, fibrosis). Although miRNAs have been shown to participate in pathological cardiac fibrosis, a systematic analysis of the role of miRNAs in cardiac fibrosis is still missing. The aim of this work was to study five microRNAs – miR-33b-3p, miR-19b-2-5p, miR-1281, miR-2052 and miR-29b-3p – that were selected from a series of microscopy-based high-throughput screenings. These miRNAs induced strong effects on three important phenotypes related to cardiac fibrosis: cardiac fibroblast proliferation, myofibroblast differentiation and collagen deposition. The effects of these miRNAs were validated in cardiac fibroblasts from different donors, as well as in fibroblasts isolated from various tissues.We demonstrate that, in general, the miRNAs studied have conserved phenotypes when tested in fibroblasts from different donors or various tissues, probably reflecting the existence of common targets and activation mechanisms in different types of fibroblasts. Nonetheless, we also observed that specific miRNAs can have effects restricted to one type of fibroblasts, or stronger effects in cells from different tissues. This study constitutes a proof-of-principle demonstration that the comparison of the effect of miRNAs in fibroblasts isolated from different donors/tissues and study of the underlying mechanisms of action may lead to a better understanding of cardiac fibrosis, and potentially to the development of novel therapeutic approaches able to inhibit cardiac fibrosis.