Antiatherogene Eigenschaften von High-Density Lipoprotein-angereicherten MicroRNAs

Einleitung

Die Anhäufung von Cholesterin in der Arterienwand initiiert das Fortschreiten der Atherosklerose, die eine der Haupttodesursachen in westlichen Gesellschaften ist.1,2 Überschüssiges Cholesterin muss entfernt und von den peripheren Geweben zur Leber transportiert werden, wo es entweder wiederverwendet oder mit den Fäkalien ausgeschieden wird. Dieser physiologische Prozess ist traditionell als umgekehrter Cholesterintransport bekannt.3 Während des umgekehrten Cholesterintransports fungiert das High-Density-Lipoprotein (HDL) im Plasma vermutlich als Sterol-Transporter, der die Bewegung der Sterine von den peripheren Zellen zur Leber erleichtert. Neben seiner Rolle bei der Regulierung des umgekehrten Cholesterintransports haben viele Studien gezeigt, dass HDL auch antiatherogene Eigenschaften haben kann.4,5 Tatsächlich verringert HDL die Entzündung des Endothels und den oxidativen Stress und steigert die Stickstoffoxidproduktion und das Überleben der Endothelzellen (EC), wodurch die Atherogenese verhindert wird.6-8 Obwohl diese Beobachtungen in mehreren Studien gemacht wurden, sind die molekularen Mechanismen, die diesen Wirkungen zugrunde liegen, immer noch unklar.

In einem kürzlich in der Ausgabe vom 28. Februar 2014 von Nature Communications veröffentlichten Bericht zeigten Tabet et al9, dass HDL microRNAs auf ECs übertragen kann, die die Genexpression in der Empfängerzelle beeinflussen. MicroRNAs sind kleine nichtkodierende RNAs, die die Genexpression auf posttranskriptioneller Ebene regulieren, indem sie die Translation hemmen oder die Stabilität der mRNA-Zielgene verringern. Die Autoren fanden heraus, dass ECs, die mit nativem HDL (nHDL) behandelt wurden, erhöhte Spiegel von microRNA-223 aufwiesen. Diese microRNA reduzierte die Entzündung in den Zellen, indem sie direkt auf das interzelluläre Adhäsionsmolekül 1 (ICAM-1) abzielte. Die Anreicherung der microRNA-223 in den ECs wurde durch die Lieferung von HDL-Fracht an die Empfängerzellen vermittelt, da die Inkubation mit anderen HDL-Komponenten, wie Apolipoprotein A-I oder rekombinantem HDL, die endothelialen Spiegel der microRNA-223 nicht beeinflusste. Die Autoren wendeten viele elegante experimentelle Ansätze an, um zu zeigen, dass der microRNA-Transfer zwischen nHDL und ECs in vitro stattfindet. Um beispielsweise den störenden Effekt der endogenen microRNA-223 in ECs zu vermeiden, behandelten die Autoren ECs in Gegenwart von nHDL mit Actinomycin D (zur Hemmung der de-novo-Transkription) oder schalteten die Dicer-Expression mit einer kleinen interferierenden RNA aus (zur Hemmung der endogenen microRNA-223-Reifung). In beiden Experimenten blieben die microRNA-223-Spiegel ähnlich wie bei den unbehandelten Kontrollen (ohne Actinomycin D oder scrambled siRNA), was zeigt, dass nHDL die microRNA-223 effizient auf die ECs überträgt.

Um die funktionelle Bedeutung der microRNA-223 in ECs zu bewerten, analysierten die Autoren die von der microRNA vorhergesagten Targets mithilfe bioinformatischer Algorithmen (TargetScan). Interessanterweise fanden sie ICAM-1, ein Glykoprotein, das vaskuläre Entzündungen reguliert, indem es die Rekrutierung von Leukozyten erleichtert, und Kolonie-stimulierenden Faktor 2, ein Zytokin, das die Produktion, Differenzierung und Funktion von Makrophagen steuert, als vorhergesagte microRNA-223-Zielgene. Um nachzuweisen, dass microRNA-223 die Expression von ICAM-1 und koloniestimulierendem Faktor 2 auf posttranskriptioneller Ebene reguliert, klonierten die Autoren die 3′ untranslatierte Region beider Gene in einen Luciferase-Reporter-Vektor und untersuchten die Luciferase-Aktivität nach Überexpression von microRNA-223. Die Ergebnisse zeigten, dass microRNA-223 die Expression von ICAM-1 und des koloniestimulierenden Faktors 2 herunterregulierte. Interessanterweise verringerte microRNA-223 die ICAM-1-Proteinexpression unter proinflammatorischen Bedingungen (ECs, die mit proatherogenen Zytokinen wie Tumornekrosefaktor-α behandelt wurden).

Schließlich testeten die Autoren die Rolle der aus HDL stammenden microRNA-223 bei der Regulierung der EC-Aktivierung, indem sie die entzündungshemmende Wirkung von HDL verglichen, das aus Wildtyp- und microRNA-223-defizienten Mäusen isoliert wurde. Bei ECs, die mit aus Wildtyp-Mäusen isoliertem HDL behandelt wurden, sank die Konzentration von ICAM-1 und koloniestimulierendem Faktor 2. Diese entzündungshemmende Wirkung ging jedoch bei ECs verloren, die mit HDL behandelt wurden, das aus microRNA-223-defizienten Mäusen isoliert worden war, was darauf hindeutet, dass die aus HDL stammende microRNA-223 eine wichtige Rolle bei den gut beschriebenen entzündungshemmenden Eigenschaften von HDL spielt.

Eine wichtige Frage, die geklärt werden muss, ist der Mechanismus, über den die microRNAs zwischen HDL und ECs übertragen werden. Frühere Arbeiten des Ramaley-Labors haben gezeigt, dass der Scavenger-Rezeptor B1 für die Aufnahme von microRNAs in menschlichen Leberzelllinien (Huh7) entscheidend ist.10 Da der Scavenger-Rezeptor B1 auch in ECs exprimiert wird, könnte es möglich sein, dass derselbe Rezeptor den Transfer von HDL-abgeleiteten microRNAs auf ECs vermittelt.

Auch andere Gruppen haben den potenziellen Transfer von HDL-haltigen microRNAs auf ECs untersucht. Dimmeler und Kollegen11 fanden heraus, dass die microRNA-223 die am häufigsten vorkommende microRNA in HDL war, konnten aber keinen Transfer von microRNAs zwischen HDL und ECs nachweisen. Darüber hinaus fanden sie keine Unterschiede im microRNA-Gehalt von HDL, das von gesunden Kontrollpersonen und Patienten mit stabiler koronarer Herzkrankheit oder akutem Koronarsyndrom isoliert wurde.11 Die Diskrepanzen zwischen den Ergebnissen der beiden Gruppen könnten auf die unterschiedliche Herkunft der in den jeweiligen Studien verwendeten EKs zurückzuführen sein. Während Tabet et al.9 primäre humane koronare Aortenendothelzellen verwendeten, führten Wagner et al.11 ihre Studien an menschlichen Nabelvenenendothelzellen durch. Die unterschiedlichen Expressionsniveaus des Scavenger-Rezeptors B1 sowie anderer Rezeptoren, die den microRNA-Transfer zwischen HDL und ECs vermitteln, in humanen koronaren Aortenendothelzellen und humanen umbilikalen Venenendothelzellen könnten diese Diskrepanz erklären. Dazu gehören der Verlust der endothelialen Glykokalyx, die die Lipoproteinretention und Mechanotransduktion steuert, das Fehlen von Caveolae in primären, in vitro kultivierten ECs und der Verlust der EC-Polarisation, die die Lokalisierung von Membranrezeptoren beeinflussen kann. Um die biologische Bedeutung dieser Befunde definitiv nachzuweisen, sollte der Transfer von HDL-abgeleiteten microRNAs in einem in vivo Modell oder in kanülierten Gefäßen getestet werden.

Zusammenfassend zeigt diese interessante Studie den potenziellen Transfer von HDL-assoziierten microRNAs auf ECs und liefert einen neuen Mechanismus, durch den HDL die EC-Aktivierung regulieren könnte. Weitere Studien darüber, wie HDL-abgeleitete microRNAs die Genexpression in anderen Zellen, die mit atherosklerotischen Gefäßerkrankungen in Verbindung stehen, wie Makrophagen und glatten Gefäßmuskelzellen, beeinflussen könnten, könnten von Interesse sein.

Fußnoten