В прошлом году исследователи из Университета Алабамы в Бирмингеме сообщили, что восстановительный стресс — дисбаланс в нормальном гомеостазе окисления / восстановления — вызвал патологические изменения, связанные с сердечной недостаточностью на модели мышей. Это было продолжением их клинического исследования 2018 года, согласно которому примерно у каждого шестого пациента с сердечной недостаточностью наблюдается восстановительный стресс.

Теперь в журнале Scientific Reports исследователи описывают предполагаемые молекулярные регуляторы этого патологического хронического редукционного стресса — сеть микроРНК.

Редокс-баланс жизненно важен для здоровья. Окислительный стресс долгое время был связан с сердечной недостаточностью, прогрессирующим ослаблением сердечной мышцы, которое может привести к смерти, хотя попытки антиоксидантной терапии оказались безрезультатными. Открытие того, что восстановительный стресс также может привести к сердечной патологии, может помочь персонализировать лечение пациентов с сердечной недостаточностью, что приведет к лучшим результатам.

Человеческие микроРНК, или миРНК, представляют собой короткие некодирующие РНК примерно с 22 основаниями. Они действуют, регулируя экспрессию генов путем комплементарного спаривания со специфическими информационными РНК клетки. Это спаривание заставляет замолчать РНК-мессенджер, предотвращая их трансляцию в белок. Таким образом, miRNA являются точным регулятором клеточного метаболизма или реакции клетки на стресс и неблагоприятные воздействия, такие как окислительный стресс в сердце.

В текущем исследовании, проводимом Rajasekaran Namakkal-Soorappan, доктором философии, доцентом отделения патологии UAB, использовали мышей, которые сверхэкспрессируют Nrf2, произносится как «nerf-two», в кардиомиоцитах, чтобы идентифицировать сеть miRNA.

Nrf2 — это главный регулятор транскрипции, который обеспечивает кратковременную защиту — помогая экспрессировать гены антиоксидантной активности — клеткам сердечной мышцы, когда реактивные формы кислорода и азота создаются по мере восстановления кровотока после сердечного приступа. Однако стойкая активация Nrf2 парадоксальным образом может приводить к восстановительному стрессу.

Исследователи недавно показали, что дефицит Nrf2 ингибирует экспрессию нескольких miRNA в сердце, предполагая связь между экспрессией Nrf2 и miRNA. Итак, теперь они решили искать изменения в уровнях miRNA на трех моделях мышей — одна с нормальным Nrf2 и две, которые конститутивно сверхэкспрессируют Nrf2, либо на низких, либо на высоких уровнях. Избыточная экспрессия обоих приводит к патологическому ремоделированию сердца.

Сравнение уровней miRNA из трех моделей идентифицировало субнабор miRNAs, которые оказались прямой и дозозависимой мишенью Nrf2 и, таким образом, предполагаемыми регуляторами восстановительного стресса. Намаккал-Сураппан называет эти миРНК reductomiRs, произносится как «редукто-меры».

Исследователи также идентифицировали дозозависимые гены, которые по-разному экспрессировались в сердцах мышей, сверхэкспрессирующих Nrf2. Поскольку miRNAs подавляют экспрессию генов на посттранскрипционном уровне, исследователи полагают, что этот отдельный набор генов может представлять мишени reductomiR для негативной регуляции.

Затем они искали связь между reductomiRs и генами. При нормальном функционировании Nrf2 способствует экспрессии генов, содержащих последовательность ДНК, называемую «элементом антиоксидантного ответа», расположенной рядом с их промоторами. С помощью инструментов геномного программного обеспечения исследователи исследовали ДНК генома мыши, чтобы найти последовательности для miRNA, которые также имели элемент антиоксидантного ответа рядом с их промоторами.

Затем они использовали инструменты биоинформатики для идентификации 19 miRNA, которые демонстрировали последовательности, комплементарные последовательностям семян в 61 подавленном по-разному экспрессируемом гене. Эти 19 miRNA, таким образом, по-видимому, являются редуктомами, которые опосредуют Nrf2-ответный редукционный стресс миокарда. Другие вычислительные инструменты также были использованы для создания интегративной, Nrf2-чувствительной функциональной сети miRNA-mRNA, которая показывает предполагаемые узлы дифференциально экспрессируемых генов.

Намаккал-Сураппан называет редукторы только предполагаемыми посредниками, потому что анализ в текущем исследовании основан на биоинформатике. Далее, по его словам, необходимы механистические исследования, чтобы подтвердить функции медиаторов.

Соавторами исследования «Идентификация Nrf2-чувствительных сетей микроРНК как предполагаемых медиаторов редукционного стресса миокарда» являются Джастин М. Квилс и Марк Э. Пепин, отдел патологии UAB, отдел молекулярной и клеточной патологии.

Соавторами, наряду с соответствующим автором Намаккал-Сураппаном, являются Сини Санни, Сандип Б. Шелар, Анил К. Чалла и Адам Р. Венде, отделение патологии UAB; Брайан Далли и Джон Р. Хойдал, Университет Юты; и Стивен М. Погвизд, Центр сердечно-сосудистых заболеваний Департамента медицины UAB.

Поддержка поступила из грантов 2HL118067, HL118067, AG042860, HL133011, HL007918 и HL137240 Национального института здравоохранения; Грант Американской кардиологической ассоциации BGIA 0865015F; пилотный грант Центра по проблемам старения Университета Юты; Университет Юты; UAB; и докторская стипендия Фонда Александра фон Гумбольдта.