Geschlechtsspezifische Expression von miRNAs und ihre Rolle im Frühstadium linksventrikulärer Hypertrophie

Abstract

Zusammenfassung Das Ziel der vorliegenden Dissertation war die Identifizierung geschlechtsspezifisch exprimierter miRNAs und ihrer Rolle im Frühstadium linksventrikulärer Hypertrophie. Geschlechterunterschiede bei der Entwicklung, Ausprägung und Morbidität von kardia-ler Hypertrophie sind seit langem bekannt, die molekularen Ursachen sind jedoch wei-testgehend unklar. Geschlechtsspezifische Genexpression bei kardialer Hypertrophie und geschlechterabhängige Effekte von Östrogen im Herzen wurden bereits nachge- wiesen, aber für miRNAs ist über solche Regulationen im Herzen noch nichts bekannt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen erstmals, dass eine kurzzeitige Behandlung mit Estradiol in vivo zu einer weitreichenden, geschlechtsspezifischen Regulation von miRNAs in murinen Kardiomyozyten führt. Insgesamt 11 miRNAs wurden durch Estra-diol nur bei den Weibchen inhibiert. Im gesamten linken Ventrikel hatte Progesteron im Vergleich mit Estradiol einen stärkeren Einfluss auf die Regulation von miRNAs. Die Wirkung von Progesteron war hier ebenfalls limitiert auf das weibliche Geschlecht und führte zu einer Inhibition von 8 miRNAs. Im Fall von miR-26a, einer durch Estradiol und Progesteron geschlechtsspezifisch re-gulierten miRNA, konnte zusätzlich gezeigt werden, dass es die Expression des Pro-gesteronrezeptors in einer Kardiomyozytenzelllinie hemmt. Untermauert wurde diese Beobachtung mit der Detektion einer verstärkten Expression des Progesteronrezeptors im hypertrophen, linken Ventrikel, die mit einer entsprechenden Herabregulation von miR-26a einherging. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Hemmung von miR-26a und gleichzeitige Stimulation mit Progesteron in einer Kardiomyozytenzelllinie vor Apoptose schützt. Diese Ergebnisse sowie der beobachtete starke Effekt von Pro-gesteron auf die Expression von miRNAs im linken Ventrikel belegen den bisher unter-schätzten Einfluss von Progesteron im Herzen und verlangen nach einer verstärkten Erforschung der Rolle von Progesteron und seiner Rezeptoren bei kardiovaskulären Erkrankungen. In dieser Studie wurde mit miR-26a ein neues Zielmolekül identifiziert, um den durch Apoptose vermittelten Übergang von der kompensatorischen zur mal-adaptiven, exzentrischen Form kardialer Hypertrophie zu verhindern. Die stärkste, geschlechtsspezifische Inhibition durch Estradiol in Kardiomyozyten und im linken Ventrikel wurde für miR-21 nachgewiesen. Übereinstimmend damit konnte gezeigt werden, dass Ovarektomie zu einem Anstieg von miR-21 im Herzen führt und dass Estradiol und Progesteron synergistisch den Anstieg von miR-21 bei Kardiomyo-zytenhypertrophie inhibieren. Es ist bekannt, dass miR-21 positiv die Entwicklung von Fibrose reguliert. Weiterhin wurde eine geschlechtsspezifische Expression von miR 29b, einer anti-fibrotisch wirkenden miRNA, mit höheren Werten bei Weibchen im Frühstadium kardia-ler Hypertrophie identifiziert. Dies entspricht der nachgewiesenen, geringeren Entwick-lung von Fibrose bei kardialer Belastung im weiblichen Geschlecht und lässt einen funktionellen Zusammenhang vermuten. Die Ergebnisse deuten daraufhin, dass miR-29b und miR-21 an der Entwicklung von Geschlechterunterschieden bei Fibrose teilhaben.

Summary The aim of this work was to identify sex-specifically expressed miRNAs and their role in left ventricular hypertrophy. Sex-related differences in the development, severity and morbidity of cardiac hypertrophy are well known. The underlying molecular mechanisms are, however, still unclear. Sex-specific expression of mRNAs and proteins in cardiac hypertrophy and sex-dependent effects of estrogen have been detected in the heart, but for miRNAs such regulations are not yet known. The results of this study show for the first time that treatment with estradiol in vivo leads to a broad, sex-specific regulation of many miRNAs in murine cardiomyocytes. 11 miRNAs were shown to be inhibited by estradiol only in females. Comparing the effects of progesterone and estradiol on the regulation of miRNAs in the entire left ventricle, progesterone displayed stronger effects than estradiol. The effect of progesterone in the left ventricle was also limited to the female sex and led to an inhibition of 8 miRNAs. It could be proved that one sex-specifically regulated miRNA, miR-26a, inhibits the expression of the progesterone receptor in a cardiomyocyte cell line. Supporting this observation, our findings reveal a downregulation of miR-26a and a corresponding upregulation of the progesterone receptor in the hypertrophic left ventricle. Moreover, it could be shown that an inhibition of miR-26a and a simultaneous stimulation with progesterone in cardiomyocytes protects against apoptosis. These results and the observed powerful effect of progesterone on the expression of miRNAs in the left ventricle emphasize the influence of progesterone in the heart and call for an increased research of progesterone and its receptors in cardiovascular diseases, an area still underrepresented in medical research. This study has identified miR-26a as a new target to potentially prevent the transition from compensatory to the maladaptive, eccentric form of cardiac hypertrophy by apoptosis. The strongest sex-specific inhibition by estradiol was detected for miR-21 in cardiomyocytes and in the left ventricle. Accordingly, an increase of miR-21 in the left ventricle after ovariectomy was observed and it could be shown that estradiol and progesterone synergistically inhibit the induction of miR-21 during cardiomyocyte hypertrophy. It is known that miR-21 positively regulates the development of fibrosis. In addition, a sex-specific expression of miR-29b, an anti-fibrotic miRNA, with higher values in females was identified during the early stage of cardiac hypertrophy. This is consistent with observations of a lower degree of fibrosis in females and therefore indi-cates a functional relationship. The results suggest that miR- 29b and miR-21 contribute to sex-related differences in the development of fibrosis in cardiac hypertrophy.