Evaluation of the role of miR-9 and miR-29 in amyloid pathway of Alzheimer's disease

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Riscado, Micaela Sofia Ribeiro
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.6/10163
Resumo: Alzheimer’s disease (AD) is a neurodegenerative disorder which occupies the 3rd place of the diseases that cause disability and death in the elderly, but their causes are yet in need of a better understanding. Also, the search of the etiopathological path leading from a healthy state to full-blown dementia could help with the establishment of more effective treatments. MicroRNAs (miRs or miRNAs) are small regulatory non-coding RNAs (sncRNA), which are involved in post-transcriptional gene expression regulation. Diverse studies have shown that the expression levels of several miRNAs are decreased in AD patients and, there is also evidence that certain miRNAs can control the pathologic hallmarks related to the biomarkers of AD. The main biomarkers of AD are extracellular deposits of amyloid-ß peptide (Aß) along with an accumulation of intraneuronal hyperphosphorylated form of the microtubule-associated protein Tau. The aim of this dissertation is to study the role of two under-expressed miRNAs in AD, miR-29 and miR-9, that are related to the regulation of messenger RNA (mRNAs) that encode proteins involved in various pathological pathways of AD. The selection of miRNAs with decreased levels was based on the possibility of performing its delivery into the cells, in order to contradict the pathological environment of AD. To accomplish this issue, synthetic miRNAs and precursors of miRNAs (pre-miRNAs) produced by two different methods (chemical and enzymatic synthesis, respectively) were used, in order to evaluate if the preparation method had influence in the biological activity. Thus, the pre-miRNAs were produced in the laboratory through in vitro transcription using a plasmid DNA (pDNA) as a template and were further subjected to a purification step. To evaluate the biological activity of the miRNAs, N2a695 cells (mutated APP expressing neuroblastoma mouse cell line that mimics the pathological pathway of AD) were used as in vitro model. Two different methods were also used for cells transfection, Lipofectamine and chitosan-nanoparticles for RNA encapsulation and delivery. After RNA extraction, the mRNA expression levels were evaluated for the APP, BACE1 and PS1 proteins. The findings demonstrated a silencing effect on the expression of APP mRNA by pre-miR-9 and of the BACE mRNA by miR-29b and pre-miR-29b. In turn, PS1 mRNA levels were decreased after cells transfection with all types of miRNAs/pre-miRNAs used in this study, being the most prominent result obtained by RT-qPCR. Western blot assays were also performed, in order to quantify the expression levels of the proteins in study. In conclusion, a better understanding of how miRNAs act and what are their specific targets may have a major impact on the pharmaceutical industry, because being regulators in the pathologic pathways in certain diseases, such as AD, they can be used as new therapeutic approaches to regulate altered proteins expression in this pathological environments.
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spelling Evaluation of the role of miR-9 and miR-29 in amyloid pathway of Alzheimer's diseaseDoença de AlzheimerMir-29Mir-9Silenciamento GenéticoVia AmiloideDomínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências QuímicasAlzheimer’s disease (AD) is a neurodegenerative disorder which occupies the 3rd place of the diseases that cause disability and death in the elderly, but their causes are yet in need of a better understanding. Also, the search of the etiopathological path leading from a healthy state to full-blown dementia could help with the establishment of more effective treatments. MicroRNAs (miRs or miRNAs) are small regulatory non-coding RNAs (sncRNA), which are involved in post-transcriptional gene expression regulation. Diverse studies have shown that the expression levels of several miRNAs are decreased in AD patients and, there is also evidence that certain miRNAs can control the pathologic hallmarks related to the biomarkers of AD. The main biomarkers of AD are extracellular deposits of amyloid-ß peptide (Aß) along with an accumulation of intraneuronal hyperphosphorylated form of the microtubule-associated protein Tau. The aim of this dissertation is to study the role of two under-expressed miRNAs in AD, miR-29 and miR-9, that are related to the regulation of messenger RNA (mRNAs) that encode proteins involved in various pathological pathways of AD. The selection of miRNAs with decreased levels was based on the possibility of performing its delivery into the cells, in order to contradict the pathological environment of AD. To accomplish this issue, synthetic miRNAs and precursors of miRNAs (pre-miRNAs) produced by two different methods (chemical and enzymatic synthesis, respectively) were used, in order to evaluate if the preparation method had influence in the biological activity. Thus, the pre-miRNAs were produced in the laboratory through in vitro transcription using a plasmid DNA (pDNA) as a template and were further subjected to a purification step. To evaluate the biological activity of the miRNAs, N2a695 cells (mutated APP expressing neuroblastoma mouse cell line that mimics the pathological pathway of AD) were used as in vitro model. Two different methods were also used for cells transfection, Lipofectamine and chitosan-nanoparticles for RNA encapsulation and delivery. After RNA extraction, the mRNA expression levels were evaluated for the APP, BACE1 and PS1 proteins. The findings demonstrated a silencing effect on the expression of APP mRNA by pre-miR-9 and of the BACE mRNA by miR-29b and pre-miR-29b. In turn, PS1 mRNA levels were decreased after cells transfection with all types of miRNAs/pre-miRNAs used in this study, being the most prominent result obtained by RT-qPCR. Western blot assays were also performed, in order to quantify the expression levels of the proteins in study. In conclusion, a better understanding of how miRNAs act and what are their specific targets may have a major impact on the pharmaceutical industry, because being regulators in the pathologic pathways in certain diseases, such as AD, they can be used as new therapeutic approaches to regulate altered proteins expression in this pathological environments.A doença de Alzheimer (DA) é uma doença neurodegenerativa e a forma mais comum de demência, ocupando o terceiro lugar das patologias que causam incapacidade e morte nos idosos. Apesar do seu impacto, as causas desta doença são, ainda hoje, pouco compreendidas. Entender as vias e mecanismos que conduzem a uma transição entre um estado de saúde até à demência pode ajudar a desenvolver e estabelecer novos tratamentos mais efetivos. A DA caracteriza-se pela expressão desregulada de diversas proteínas envolvidas na formação de péptidos ß-amiloide, nomeadamente a proteína precursora amiloide (PPA), a proteína ß-secretase (BACE1) e a proteína presenilina 1 (PS1), sendo detetados níveis elevados nesta condição. Como estas proteínas fazem parte da complexa via patológica da DA, têm vindo a ser intensamente estudadas como alvos terapêuticos. No entanto, as terapias que utilizam inibidores dessas proteínas têm mostrado efeitos adversos e são muitas vezes descontinuadas, o que torna difícil, mas urgente, a criação de novas estratégias terapêuticas para controlar a progressão da DA. Os microRNAs (miRs ou miRNAs) são moléculas de RNA não codificante, de baixo peso molecular, que têm como principal função regular o processo de tradução, com ação sobre o RNA mensageiro, permitindo uma diminuição dos níveis de expressão da proteína codificada. Os trabalhos de investigação utilizando miRNAs como estratégias terapêuticas para a doença de Alzheimer (DA) têm vindo a aumentar ao longo dos últimos anos. A ideia de utilizar os miRNAs como uma nova abordagem terapêutica nesta doença foi motivada essencialmente por dois fatores. Em primeiro lugar, estes miRNAs podem regular os RNA mensageiro (mRNAs) pós-transcricionalmente, e, consequentemente, controlar a expressão das proteínas responsáveis pelo surgimento da DA e, em segundo lugar, porque já foi amplamente descrito que os níveis de determinados miRNAs se encontram também desregulados, ocorrendo tendencialmente uma diminuição da sua expressão, na DA. Deste modo, os estudos que preveem o estabelecimento de uma relação entre os miRNAs e os seus mRNAs alvo, começaram a surgir e mostraram que certos miRNAs podem de facto controlar as principais proteínas relacionadas com os biomarcadores da DA. Os principais biomarcadores são os depósitos extracelulares de péptidos ß-amiloide juntamente com a acumulação intracelular da forma hiperfosforilada da proteína Tau associada aos microtúbulos. Apesar de alguns estudos mostrarem a regulação de proteínas pelos miRNAs na DA, esta é uma área vasta onde existem muito alvos ainda por descobrir, devido às múltiplas vias e funções que um só miRNA pode desempenhar. Assim, o objetivo deste trabalho é estudar a nível celular, o papel de miRNAs cuja expressão se encontra diminuída na DA, dos quais foram selecionados o miR-29 previamente utilizado no grupo de investigação e o miR-9 que foi também relacionado com a regulação de vários mRNAs que codificam proteínas envolvidas em diferentes vias patológicas da DA. O foco foi neste caso, nos miRNAs que apresentam níveis diminuídos na DA, considerando a possibilidade de entrega destes miRNAs às células, reestabelecendo a sua função e consequentemente contrariando assim o ambiente patológico existente na doença. Para isso foram utilizados miRNAs produzidos por métodos diferentes (síntese química ou enzimática), e apresentando a sua forma madura ou a forma precursora (pre-miRNAs), de modo a verificar a existência de um efeito biológico distinto entre eles. Os pre-miRNAs foram produzidos em laboratório através de transcrição in vitro utilizando um DNA plasmídico (pDNA) como template. Adicionalmente, foi também estudada a vantagem ou possível influência na atividade biológica, da introdução de um processo de purificação dos pre-miRNAs produzidos. De forma a avaliar a sua atividade biológica, as células N2A695 (linha celular de neuroblastoma de rato que expressa APP mutada, de maneira a replicar a via patológica da DA) foram transfetadas com os pre-miRNAs produzidos ou os miRNAs sintéticos, recorrendo à utilização de dois agentes de transfeção, como a Lipofectamina e nanopartículas de quitosano, que permitem igualmente a comparação destes sistemas. Após extração do RNA das células foi feita a avaliação dos níveis de expressão dos mRNAs que codificam as proteínas APP, BACE1 e PS1. Foram globalmente verificados efeitos de silenciamento para a APP pelo pre-miR-9 e para a BACE pelo miR-29b e pelo pre-mir-29b. A PS1 foi a proteína para a qual se verificou um efeito mais predominante, em termos de silenciamento, uma vez que todos os tipos de miRNAs/pre-miRNAs utilizados conduziram ao seu silenciamento. Em suma, um melhor entendimento de como os miRNAs atuam e quais os seus principais alvos, poderá ter um grande impacto na indústria farmacêutica, pois em patologias onde estes são reguladores das vias patológicas, como é o caso da DA, poderão ser utilizados como uma nova abordagem terapêutica, de forma a regular a expressão de proteínas alteradas nesse ambiente patológico.Sousa, Fani Pereira dePereira, Patrícia Alexandra NunesuBibliorumRiscado, Micaela Sofia Ribeiro2020-03-20T17:16:52Z2020-01-102019-11-292020-01-10T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.6/10163TID:202384713enginfo: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:RCAAP2023-12-15T09:51:35Zoai:ubibliorum.ubi.pt:10400.6/10163Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T00:50:11.590102Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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