Antiatherogenic Properties of High-Density Lipoprotein-Enriched MicroRNAs

Introduction

De ophoping van cholesterol in de slagaderwand zet de progressie van atherosclerose in gang, die een van de belangrijkste doodsoorzaken is in de Westerse samenlevingen.1,2 Overtollig cholesterol moet verwijderd en getransporteerd worden van de perifere weefsels naar de lever voor hergebruik of uitscheiding in de feces in een fysiologisch proces dat traditioneel bekend staat als omgekeerd cholesterol transport.3 Tijdens het omgekeerd cholesterol transport zou plasma high-density lipoproteïne (HDL) fungeren als een sterol transporter die de verplaatsing van sterolen van de perifere cellen naar de lever vergemakkelijkt. Naast zijn rol in het reguleren van omgekeerd cholesteroltransport, hebben vele studies aangetoond dat HDL ook anti-atherogene eigenschappen kan hebben.4,5 HDL vermindert namelijk endotheelontsteking en oxidatieve stress en verhoogt de productie van stikstofmonoxide en de overleving van endotheelcellen (EC), waardoor atherogenese wordt voorkomen.6-8 Hoewel deze waarnemingen in verschillende studies zijn gerapporteerd, zijn de moleculaire mechanismen die aan deze effecten ten grondslag liggen nog steeds onduidelijk.

In een recent rapport, gepubliceerd in het nummer van 28 februari 2014 van Nature Communications, toonden Tabet et al9 aan dat HDL microRNA’s kan overbrengen naar EC’s, waardoor de genexpressie in de ontvangende cel wordt beïnvloed. MicroRNA’s zijn kleine niet-coderende RNA’s die de genexpressie op post-transcriptioneel niveau reguleren door de translatie te remmen of de stabiliteit van mRNA-doelgenen te verlagen. De auteurs ontdekten dat ECs behandeld met native HDL (nHDL) verhoogde niveaus van microRNA-223 vertoonden. Dit microRNA verminderde de EC ontsteking door zich direct te richten tegen intercellulaire adhesie molecule 1 (ICAM-1). De verrijking van microRNA-223 in EC’s werd gemedieerd door HDL-lading naar de ontvangende cellen, omdat incubatie met andere HDL-componenten, zoals apolipoproteïne A-I of recombinant HDL, geen invloed had op de endotheliale niveaus van microRNA-223. De auteurs gebruikten vele elegante experimentele benaderingen om aan te tonen dat de microRNA overdracht plaatsvindt tussen nHDL en ECs in vitro. Om bijvoorbeeld het verwarrende effect van endogeen microRNA-223 in EC’s te vermijden, behandelden de auteurs EC’s met actinomycine D (om de novo transcriptie te remmen) of schakelden ze de expressie van Dicer uit met een klein interfererend RNA (om de endogene maturatie van microRNA-223 te remmen) in de aanwezigheid van nHDL. In beide experimenten bleven de microRNA-223 niveaus vergelijkbaar met onbehandelde controles (afwezigheid van actinomycine D of scrambled siRNA), wat aantoont dat nHDL microRNA-223 efficiënt naar EC’s overbrengt.

Om de functionele relevantie van microRNA-223 in EC’s te beoordelen, analyseerden de auteurs microRNA-voorspelde doelen met behulp van bioinformatische algoritmen (TargetScan). Interessant genoeg vonden zij ICAM-1, een glycoproteïne dat vasculaire ontsteking reguleert door de rekrutering van leukocyten te vergemakkelijken, en kolonie-stimulerende factor 2, een cytokine dat de productie, differentiatie en functie van macrofagen regelt, als voorspelde microRNA-223 doelgenen. Om aan te tonen dat microRNA-223 de expressie van ICAM-1 en kolonie-stimulerende factor 2 op post-transcriptioneel niveau reguleert, kloneerden de auteurs de 3′ ongetranslinkte regio van beide genen in een luciferase reporter vector en evalueerden luciferase activiteit na overexpressie van microRNA-223. De resultaten toonden aan dat microRNA-223 de expressieniveaus van ICAM-1 en kolonie-stimulerende factor 2 verlaagde. Interessanter is dat microRNA-223 de expressie van ICAM-1-eiwit verminderde in pro-inflammatoire omstandigheden (EC’s behandeld met proatherogene cytokines, zoals tumornecrosefactor-α).

Ten slotte testten de auteurs de rol van HDL-afgeleide microRNA-223 in het reguleren van EC-activering door het ontstekingsremmende effect van HDL geïsoleerd uit wild-type en microRNA-223-deficiënte muizen te vergelijken. ECs behandeld met HDL geïsoleerd uit wild-type muizen verminderden de ICAM-1 en kolonie-stimulerende factor 2 niveaus. Dit ontstekingsremmende effect ging echter verloren in EC’s die werden behandeld met HDL geïsoleerd uit microRNA-223-deficiënte muizen, wat suggereert dat HDL-afgeleide microRNA-223 een belangrijke rol speelt in de welbeschreven ontstekingsremmende eigenschappen van HDL.

Een belangrijke vraag die moet worden beantwoord, is het mechanisme waarmee de microRNA’s worden overgedragen tussen HDL en EC’s. Eerder werk van het Ramaley Laboratorium toonde aan dat de scavenger receptor B1 kritisch was voor de opname van microRNAs in menselijke lever cellijnen (Huh7).10 Omdat scavenger receptor B1 ook tot expressie komt in ECs, zou het mogelijk kunnen zijn dat dezelfde receptor de HDL-afgeleide microRNA overdracht naar ECs medieert.

Andere groepen hebben ook de mogelijke overdracht van HDL-bevattende microRNAs naar ECs bestudeerd. Dimmeler en collega’s11 vonden dat microRNA-223 het meest voorkomende microRNA in HDL was, maar zij konden de overdracht van microRNAs tussen HDL en ECs niet aantonen. Bovendien vonden zij geen verschillen in het microRNA-gehalte van HDL geïsoleerd uit gezonde controlepersonen en patiënten met stabiele coronaire hartziekte of acuut coronair syndroom.11 De discrepanties tussen de door beide groepen verkregen resultaten kunnen worden verklaard door de verschillende herkomst van de EC’s die in hun respectieve studies werden gebruikt. Hoewel Tabet et al9 primaire menselijke coronaire aorta endotheelcellen gebruikten, voerden Wagner et al11 hun studies uit in menselijke navelveneuze endotheelcellen. De verschillende expressieniveaus van scavenger receptor B1, evenals andere receptoren die microRNA overdracht tussen HDL en ECs mediëren, in menselijke coronaire aorta endotheelcellen en menselijke umbilicaal veneuze endotheelcellen zouden deze discrepantie kunnen verklaren. Het is ook belangrijk op te merken dat de studie van cellulair transport in ECs in vitro om verschillende redenen een uitdaging is, waaronder het verlies van endotheliale glycocalyx die lipoproteïne retentie en mechanotransductie controleert; de afwezigheid van caveolae waargenomen in primaire ECs gekweekt in vitro; en het verlies van EC polarisatie die de membraanreceptor localisatie kan beïnvloeden. Om de biologische betekenis van deze bevindingen definitief aan te tonen, moet de overdracht van HDL-afgeleide microRNAs worden getest met behulp van een in vivo model of in gekanuleerde vaten.

Samenvattend toont deze interessante studie de mogelijke overdracht van HDL-geassocieerde microRNAs naar ECs aan en biedt een nieuw mechanisme waarmee HDL de EC-activering zou kunnen reguleren. Aanvullende studies naar hoe HDL-afgeleide microRNA’s de genexpressie zouden kunnen beïnvloeden in andere cellen die geassocieerd worden met atherosclerotische vaatziekten, zoals macrofagen en vasculaire gladde spiercellen, zouden interessant kunnen zijn.

Footnotes