miR-9 and miR-29 in Alzheimer’s disease: assessment of a possible synergy

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rodrigues, Joana Filipa Soares
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.6/6566
Resumo: Alzheimer’s disease (AD) is rising as a problem with epidemic proportions. In the latest years, promising genetic therapy technology has evolved with focus on microRNAs (miRNAs) as therapeutic agents since they can be used as translation repressors or messenger RNA (mRNA) degrading agents. This property can be exploited and applied to regulate the expression of some target proteins. AD and its possible treatment with miRNA technology is in the spotlight. Several studies in the literature have reported the link between two miRNAs, the miR-9 and the miR-29, and two important proteins, namely Beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1 (BACE1) and Presenilin (PSEN), which are part of the amyloidogenic pathway. Since the amyloid-ß peptides (Aß) start to excessively accumulate, due to the increased activity of the previously mentioned proteins, the amyloid plaque is formed. Actually, at the moment this is identified as one of the main causes of the disease. Recently, our group has studied the translation repression of human BACE1 by nanoparticle-mediated delivery of recombinant pre-miR-29 into neuronal cells. Therefore, the main goal of this project was also studying the effect of pre-miR-9 in BACE1 and PSEN expression levels and to assess the possible synergy between both of the nucleic acids. Briefly, recombinant pre-miR-9 and pre-miR-29 were produced by Escherichia coli (E. coli) DH5a. Afterwards, the small RNA (sRNA) fraction was extracted by the guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform RNA isolation protocol and purified by arginine affinity chromatography, using NaCl stepwise gradients. Both pre-miRNAs were purified by two distinct methods: a stepwise gradient with three steps and a stepwise gradient with two steps. Even though the stepwise gradient with three steps allowed the purification of both miRNAs, higher recovery was achieved when using the two stepwise gradients. The purified nucleic acids were then encapsulated into chitosan (CS) nanoparticles and used to transfect N2a695 cell lines. The efficacy of the translation inhibition of the BACE1 and PSEN mRNAs was assessed by quantitative real-time polymerase chain reaction (RT-qPCR) being demonstrated a decrease in BACE1 and PSEN mRNAs levels in the transfected cells whereas no significant difference in the control cells was observed. Mir-9 induced a greater BACE1 and PSEN mRNA inhibition than pre-miR-29, comparing to untreated control cells. In particular, BACE1 mRNA levels suffered a 42% of reduction after cells transfection with pre-miR-9 and 22% inhibition for pre-miR-29. For PSEN mRNA, it suffered 59% inhibition by pre-miR-9 and 14% inhibition by pre-miR-29. This study allowed the understanding of the effects of pre-miR-9 and pre-miR-29 on mRNAs and protein levels involved in the amyloidogenic pathway.
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spelling miR-9 and miR-29 in Alzheimer’s disease: assessment of a possible synergyCancro da MamaLógica FuzzyMamografia.Método de Inferência de MamdaniDomínio/Área Científica::Ciências Médicas::Ciências da SaúdeAlzheimer’s disease (AD) is rising as a problem with epidemic proportions. In the latest years, promising genetic therapy technology has evolved with focus on microRNAs (miRNAs) as therapeutic agents since they can be used as translation repressors or messenger RNA (mRNA) degrading agents. This property can be exploited and applied to regulate the expression of some target proteins. AD and its possible treatment with miRNA technology is in the spotlight. Several studies in the literature have reported the link between two miRNAs, the miR-9 and the miR-29, and two important proteins, namely Beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1 (BACE1) and Presenilin (PSEN), which are part of the amyloidogenic pathway. Since the amyloid-ß peptides (Aß) start to excessively accumulate, due to the increased activity of the previously mentioned proteins, the amyloid plaque is formed. Actually, at the moment this is identified as one of the main causes of the disease. Recently, our group has studied the translation repression of human BACE1 by nanoparticle-mediated delivery of recombinant pre-miR-29 into neuronal cells. Therefore, the main goal of this project was also studying the effect of pre-miR-9 in BACE1 and PSEN expression levels and to assess the possible synergy between both of the nucleic acids. Briefly, recombinant pre-miR-9 and pre-miR-29 were produced by Escherichia coli (E. coli) DH5a. Afterwards, the small RNA (sRNA) fraction was extracted by the guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform RNA isolation protocol and purified by arginine affinity chromatography, using NaCl stepwise gradients. Both pre-miRNAs were purified by two distinct methods: a stepwise gradient with three steps and a stepwise gradient with two steps. Even though the stepwise gradient with three steps allowed the purification of both miRNAs, higher recovery was achieved when using the two stepwise gradients. The purified nucleic acids were then encapsulated into chitosan (CS) nanoparticles and used to transfect N2a695 cell lines. The efficacy of the translation inhibition of the BACE1 and PSEN mRNAs was assessed by quantitative real-time polymerase chain reaction (RT-qPCR) being demonstrated a decrease in BACE1 and PSEN mRNAs levels in the transfected cells whereas no significant difference in the control cells was observed. Mir-9 induced a greater BACE1 and PSEN mRNA inhibition than pre-miR-29, comparing to untreated control cells. In particular, BACE1 mRNA levels suffered a 42% of reduction after cells transfection with pre-miR-9 and 22% inhibition for pre-miR-29. For PSEN mRNA, it suffered 59% inhibition by pre-miR-9 and 14% inhibition by pre-miR-29. This study allowed the understanding of the effects of pre-miR-9 and pre-miR-29 on mRNAs and protein levels involved in the amyloidogenic pathway.A doença de Alzheimer (DA) tem vindo a tornar-se uma patologia cada vez mais prepoderante principalmente entre idosos. Esta doença é a forma de demência mais prevalente, sendo responsável por 50-70% dos casos. O número de casos de DA por país é muito variável, no entanto, os países da Europa Ocidental são os que mais casos apresentam. Esta é uma doença extremamente incapacitante que leva à perda de funções cerebrais e, consequentemente, a limitações a nível físico, podendo em última instância levar à morte. Ao nível biológico, e em particular na célula, uma das alterações associadas à doença é a elevada produção de péptidos ß-amilóide (Aß) na via amiloidogénica. Esta via celular envolve a clivagem da proteína precursora amilóide (PPA), constituinte de membranas celulares nervosas, pelas ß-secretase (BACE1) e ?-secretase. Como tal, é realmente necessária uma intervenção tendo em vista o tratamento da DA procurando reverter a sua etiologia. Uma das vertentes terapêuticas em grande evolução é a terapia génica que se baseia na alteração ou correção da informação genética de um determinado organismo. Neste sentido os microRNAs (miRNAs) têm sido alvo de intensa pesquisa e investigação, uma vez que têm funções de regulação da expressão génica ao nível transcricional, mediante a clivagem ou inibição da tradução de RNA mensageiro (RNAm). Esta propriedade pode ser explorada e aplicada a RNAm que codificam proteínas de interesse. Já foram publicados alguns estudos que descrevem a associação entre dois miRNAs, o miR-9 e miR-29, e duas proteínas envolvidas na via amiloidogénica, nomeadamente a enzima BACE1 e a Presenilina (PSEN). A BACE1 é uma enzima que cliva a PPA e a presenilina (PSEN) é uma proteína necessária à correta actividade da ?-secretase que por sua vez também cliva a PPA. A DA é principalmente causada pela acumulação de péptidos ß-amilóides resultantes da acção das enzimas BACE1 e PSEN, formando a placa amilóide no cérebro e danificando os tecidos cerebrais envolventes. Recentemente, o nosso grupo de investigação comprovou o efeito do microRNA 29 (miR-29) na inibição da expressão da BACE1 em células N2a695 transfectadas com este miRNA. Desta forma, o principal objectivo desta dissertação consiste no estudo do efeito do miR-9 produzido de forma recombinante nos níveis de expressão das proteínas BACE1 e PSEN, bem como a avaliação de uma possível sinergia entre o miR-9 e o miR-29. Efetivamente, os ácidos nucleicos em questão foram transfectados na sua forma não madura, ou seja, como pre-microRNAs (pre-miRs), pre-miR-9 e pre-miR-29, pois após a sua entrada na célula estes precursores são identificados, processados e exercem a sua função. Os pre-miR-9 e pre-miR-29 foram produzidos de forma recombinante utilizando como hospedeiro Escherichia coli (E. coli) DH5a transformada com o plasmídeo pBHSR1-RM. Estas bactérias foram escolhidas porque têm um rápido crescimento e a produção das moléculas de interesse acompanha-o. É de notar que a produção recombinante de biomoléculas neste hospedeiro é vantajosa pois permite a obtenção de diversos produtos de interesse, em grandes quantidades, sendo rentável do ponto de vista económico. Neste âmbito, torna-se também importante estudar quer os perfis de crescimento da bactéria ao longo do tempo quer os perfis de produção dos miRNAs de forma a identificar o momento em que a produção é maximizada. Paralelamente, a quantidade de ADN genómico (ADNg) bem como o conteúdo proteico são também avaliados ao longo do tempo de crescimento da E. coli DH5a. Relativamente ao crescimento da E. coli DH5a verificou-se um aumento exponencial até 6 horas após o início da sua fermentação. Verificou-se igualmente que o conteúdo de pre-miR-29 e proteínas acompanhou o crescimento bacteriano, aumentando paralelamente até respetivamente 6 horas e 5 horas após o início da cultura. Por outro lado, os níveis de ADNg aumentaram substancialmente a partir de 6 horas de fermentação. Após a recuperação dos RNAs, é extremamente importante proceder à sua purificação. De facto, considerando a sua potencial aplicação terapêutica, os RNAs devem ser recuperados com elevado grau de pureza, estabilidade e atividade. Neste trabalho, a etapa de purificação foi realizada com recurso à cromatografia de afinidade com arginina imobilizada, visto que estudos anteriores indicaram que a arginina possui caraterísticas que a tornam adequada para a purificação de biomoléculas como o RNA, devido às interações que são estabelecidas. Relativamente ao suporte usado para imobilização do ligando, foi selecionado um suporte monolítico visto que apresenta diversas vantagens, tais como a redução do tempo de corrida, a maior capacidade de ligação, excelentes propriedades de transferência de massa e boa recuperação da amostra. Os suportes monolíticos apresentam também a vantagem de permitirem trabalhar a fluxos superiores e em diferentes escalas. A estratégia estabelecida para a purificação dos pre-miRNAs foi baseada na eluição em condições que promovem preferencialmente interações eletroestáticas, nomeadamente, com aplicação de um gradiente crescente de NaCl em 10 mM Tris-HCl a pH 6.5. Estabeleceram-se dois gradientes distintos para a purificação de cada um dos RNAs, um contendo dois passos de eluição e outro com três passos de eluição. As concentrações definidas para a purificação do pre-miR-29 no primeiro gradiente (de 3 passos) foram 0,94 M NaCl, 1,12 M NaCl e 1,6 M NaCl em 10 mM Tris-HCl a pH 6.5; e no gradiente com 2 passos foram usadas as concentrações de 1 M NaCl e 1,6 M NaCl em 10 mM Tris-HCl a pH 6.5. No caso da purificação do pre-miR-9, as concentrações usadas no gradiente de 3 passos foram de 0,98 M NaCl, 1,12 M NaCl e 1,62 M NaCl em 10 mM Tris-HCl a pH 6.5, ou de 1 M NaCl e 1,6 M NaCl em 10 mM Tris-HCl a pH 6.5, no gradiente de 2 passos. É de notar que apesar de ambos os métodos permitirem a purificação dos pre-miRNAs, a recuperação do pre-miR-9 foi superior no método de dois passos, minimizando desta forma as perdas do RNA de interesse. Já para purificar o pre-miR-29, a estratégia de três passos revelou-se mais adequada. Os ácidos nucleicos purificados foram posteriormente encapsulados em nanopartículas de quitosano (CS), que facilitam a entrada na célula, providenciando desta forma o suporte adequado para a entrega dos pre-miRNAs alvo no citoplasma das células neuronais. Após a síntese das nanopartículas, estas foram utilizadas para transfectar a linha celular N2a695 que sobreexpressa a BACE1 humana, permitindo a realização de estudos de avaliação da atividade dos pre-miRNAs. Neste contexto, o efeito isolado do pre-miR-9 e do pre-miR-29 nos níveis de expressão de BACE1 e PSEN foi avaliado nesta linha celular. A análise dos níveis de RNAm por reação quantitativa em cadeia da Polimerase em tempo real (RT-qPCR) demonstrou uma diminuição da quantidade de RNAm de BACE1 e PSEN nas células transfectadas, não tendo os controlos apresentado diferenças significativas. O RNAm de BACE1 sofreu 42% de inibição pela ação do pre-miR-9 e 22% de inibição pela ação do pre-miR-29, comparativamente ao controlo de células não tranfectadas. No caso do RNAm de PSEN, este sofreu uma redução de 59% pela ação do pre-miR-9 e 14% pela ação do pre-miR-29, relativamente ao controlo de células não tratadas. Os resultados obtidos demonstram a ação inibitória do pre-miR-9 e pre-miR-29 no RNAm das proteínas BACE1 e PSEN, sugerindo uma potencial aplicação no tratamento da DA, com eventual efeito aditivo ou sinérgico dos pre-miRNAs estudados.Sousa, Fani Pereira deuBibliorumRodrigues, Joana Filipa Soares2018-11-29T12:11:29Z2016-10-72016-11-042016-11-04T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.6/6566TID:201771403enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-12-15T09:45:10Zoai:ubibliorum.ubi.pt:10400.6/6566Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T00:47:15.882105Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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