Proangiogenic activity of microRNA-378a in human cardiomyocytes derived from induced pluripotent stem cells

Opracowanie metody otrzymywania kardiomiocytów poprzez różnicowanie ludzkich indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (hiPSC-CM) pozwoliło na stworzenie modelu do badań rozwoju chorób serca, które od wielu lat plasują się na wysokim miejscu rankingu chorób cywilizacyjnych. Ogromne zapotrzebowanie na znalezienie skutecznych terapii, poskutkowało nie tylko opracowaniem modelu do badań, ale także zwróceniem uwagi na mechanizmy molekularne rozwoju chorób serca, gdzie ważną rolę odgrywają cząsteczki mikroRNA. MikroRNA (miRNA) to krótkie, niekodujące cząsteczki, o długości około 22 nukleotydów. Ich główną rolą jest regulacja translacji poprzez wiązanie do regionu 3’UTR transkryptu mRNA i zmiana ekspresji białek. Z uwagi na to, że kontrolują wiele procesów komórkowych, najmniejsze zmiany w ekspresji miRNA mogą mieć przełożenie na rozwój różnych chorób. Z tego powodu cząsteczki miRNA mogą mieć też wartość diagnostyczną. W sercu wysoką ekspresją odznacza się miR-378a. Cząsteczka ta kodowana jest w pierwszym intronie genu PPARGC1b. Ekspresja miR-378a w sercu ogranicza się jedynie do kardiomiocytów, jednak w ludzkim organizmie występuje ona we wszystkich tkankach o wysokim zapotrzebowaniu energetycznym. Na przestrzeni ostatnich lat, wiele badań potwierdziło rolę tego miRNA w metabolizmie komórkowym, opisano także jego wpływ na procesy powstawania nowych naczyń krwionośnych w mięśniach szkieletowych i guzach nowotworowych. Niemniej wpływ miR-378a na proces angiogenezy w mięśniu sercowym, w tym na pro-angiogenną aktywność kardiomiocytów nie został do tej pory dokładnie zbadany.Poniższa praca magisterska skupiła się zatem na przygotowaniu modelu do badania pro-angiogennych właściwości miR-378a, opartego na ludzkich indukowanych pluripotencjalnych komórkach macierzystych (hiPSC) i otrzymywanych z nich kardiomiocytów (hiPSC-CM). W szczególności, w pierwszym etapie wyprowadzono linię hiPSC z całkowitą delecją miR-378a, otrzymaną za pomocą metody CRISPR/Cas9 i potwierdzono pluripotencjalny fenotyp uzyskanych komórek. Następnie wykazano, że brak miR-378a nie wpłynął na wydajność różnicowania hiPSC do kardiomiocytów. Nie zaobserwowano różnic w ekspresji czynników pro-angiogennych – VEGF, FGF1, FGF2 i fibronektyny w hiPSC-CM pozbawionych miR-378a w porównaniu do grupy kontrolnej, niemniej komórki te wykazywały niższy poziom wydzielania czynnika VEGF i TGF-1β do pożywki hodowlanej. Dalsze doświadczenia są potrzebne, by zbadać jak zaobserwowane zmiany przekładają się funkcjonalnie na oddziaływanie pomiędzy ludzkimi kardiomiocytami i komórkami śródbłonka.

The development of a method for obtaining cardiomyocytes by differentiating human induced pluripotent stem cells (hiPSC-CM) has made it possible to create a model for studying the development of heart disease, which has ranked high on the list of diseases of affluence for many years. The huge demand to find effective therapies, resulted not only in the development of a model for research, but also in attention to the molecular mechanisms of heart disease development, where microRNA molecules play a huge role.MicroRNAs (miRNAs) are short, non-coding molecules, about 22 nucleotides long. Their main role is to regulate translation by binding to the 3'UTR region of the mRNA transcript and altering protein expression. Because they control many cellular processes, the smallest changes in miRNA expression can be translated into the development of various diseases. For this reason, miRNA molecules can also have diagnostic value. In the heart, the highly expressed molecule is a miR-378a. This molecule is encoded in the first intron of the PPARGC1b gene. Expression of miR-378a in the heart is limited to cardiomyocytes only, but in the human body it is found in all tissues with high energy requirements. Over the past few years, many studies have confirmed the role of this miRNA in cellular metabolism, and its influence on the processes of new blood vessel formation in skeletal muscle and cancerous tumors has also been described. However, the effect of miR-378a on the process of angiogenesis in the myocardium, including the pro-angiogenic activity of cardiomyocytes, has not been thoroughly investigated so far.Therefore, the following thesis focused on the preparation of a model to study the pro-angiogenic properties of miR-378a, based on human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) and cardiomyocytes derived from them (hiPSC-CM). Specifically, in the first step, a hiPSC line with a complete deletion of miR-378a, obtained using the CRISPR/Cas9 method, was derived and the pluripotent phenotype of the obtained cells was confirmed. Subsequently, it was shown that the absence of miR-378a did not affect the differentiation efficiency of hiPSCs into cardiomyocytes. No differences in the expression of the pro-angiogenic factors VEGF, FGF1, FGF2 and fibronectin were observed in hiPSC-CMs lacking miR-378a compared to the control group, nevertheless, these cells showed lower levels of secretion of VEGF and TGF-1β into the culture medium. Further experiments are needed to investigate how the observed changes translate functionally into the interaction between human cardiomyocytes and endothelial cells.