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Die Wirkung von microRNA-132 und microRNA-212 auf Zielgene an der Blut-Hirn-Schranke bei Glucose- und Sauerstoffentzug

The effect of microRNA-132 and microRNA-212 on target genes of the blood-brain-barrier during oxygen-glucose-deprivation

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-153446
  • Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) bildet eine Barriere, die das ZNS vor dem Einfluss der Substanzen aus der Peripherie schützt. Die Aufrechterhaltung dieser wichtigen Struktur ist für die Homöostase und Vermeidung von Schäden im ZNS von besonderer Bedeutung. Eine häufige Ursache für die Schädigung der BHS ist der ischämische Schlaganfall. In der Hypoxie werden zahlreiche Proteine degradiert oder von den Zellkontakten delokalisiert, die für die Integrität der Zell-Zell-Kontakte eine wichtige Rolle spielen. Als Folge resultiert eine DestabilisierungDie Blut-Hirn-Schranke (BHS) bildet eine Barriere, die das ZNS vor dem Einfluss der Substanzen aus der Peripherie schützt. Die Aufrechterhaltung dieser wichtigen Struktur ist für die Homöostase und Vermeidung von Schäden im ZNS von besonderer Bedeutung. Eine häufige Ursache für die Schädigung der BHS ist der ischämische Schlaganfall. In der Hypoxie werden zahlreiche Proteine degradiert oder von den Zellkontakten delokalisiert, die für die Integrität der Zell-Zell-Kontakte eine wichtige Rolle spielen. Als Folge resultiert eine Destabilisierung der BHS mit vermehrtem Durchstrom von ZNS-schädigenden Substanzen. Seit der Entdeckung von miRNAs (Lee et al., 1993) konnte deren Rolle vor allem in der Entstehung von Tumoren und Entzündungen nachgewiesen werden. In der Arbeitsgruppe Förster wurde eine vermehrte Expression von miRNA-132 und miRNA-212 nach OGD festgestellt. Als Zielgene von miRNA-132/212 konnten Cldn1, Tjap1, MMP9 und Jam3 detektiert werden. Die Validierungsversuche wurden an einem etablierten In-vitro-Modell der BHS bestehend aus murinen cerebralen Hirnendothelzellen (cEND-2) durchgeführt. Zu Beginn wurden die Bedingungen zur Kultivierung der Zellen unter Hypoxie und ohne Glucose (eng. oxygen glucose deprivation, OGD) mit und ohne Astrozyten-konditioniertem Medium etabliert. Expression von diversen Genen, die bekannt sind eine Rolle in der OGD zu spielen, wurden mittels qPCR ermittelt. Dabei kam es zu signifikanten Veränderungen der Genexpression von wichtigen Genen in der BHS, die besonders in Kombination mit Astrozyten-konditioniertem Medium noch verstärkt werden konnten. So wurde die Kultivierung der Zellen für die weiteren OGD-Versuche in Astrozyten-konditioniertem Medium gewählt. Des Weiteren wurde die Regulation von miRNA-132/212 auf die Zielgene an der BHS untersucht. Die hemmende Wirkung der miRNAs auf die Genexpression der Zielgene konnte durch Transfektion von pre-miR-132/212 sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene gezeigt werden. In der OGD konnte durch Hemmung der vermehrt exprimierten miRNA-132/212 ein Anstieg der Zielgene beobachtet werden. Damit konnten sowohl auf mRNA-Ebene als auch auf Proteinebenen Cldn1, Tjap1, Jam3 und MMP9 als Zielgene bestätigt werden. Zusätzlich wurden als funktionelle Tests eine TEER-Messung für den Widerstand und eine Permeabilitätsmessung durchgeführt. Beide Tests bestätigten die Destabilisierung der BHS nach Transfektion von miRNA-132/212. Als therapeutische Implikation könnte durch Inhibition von miRNA-132/212 bei einer Minderperfusion des Gehirns die Barriere stabilisiert werden, was eine neue Möglichkeit in der Therapie des akuten Schlaganfalls bietet.show moreshow less
  • Acute ischemic stroke is the third leading cause of death in industrialized countries and the most frequent cause of permanent disability in adults worldwide. Ischemic stroke leads to hypoperfusion of a brain area that initiates a complex series of events. Excitotoxicity, oxidative stress, microvascular injury, blood-brain barrier dysfunction and postischemic inflammation lead ultimately to cell death of neurons, glia and endothelial cells (Lakhan et al., 2009). However, little is known about the pathomechanism of the dysfunction of theAcute ischemic stroke is the third leading cause of death in industrialized countries and the most frequent cause of permanent disability in adults worldwide. Ischemic stroke leads to hypoperfusion of a brain area that initiates a complex series of events. Excitotoxicity, oxidative stress, microvascular injury, blood-brain barrier dysfunction and postischemic inflammation lead ultimately to cell death of neurons, glia and endothelial cells (Lakhan et al., 2009). However, little is known about the pathomechanism of the dysfunction of the blood-brain barrier after oxygen-glucose-deprivation (OGD) and the microRNA-mediated gene regulation functions via the inhibition of protein translation (Filipowicz et al., 2008). MicroRNAs are 18–22 nucleotides RNAs in length and regulate gene expression at the mRNA level. We used mouse brain microvascular endothelial cells cEND-2 (Forster et al., 2005, Burek et al., 2012). In this study, we looked for microRNAs expressed during OGD and showed that miR-132 and miR-212 expression was upregulated in response to hypoxia after 4 hours OGD and 4 hours OGD followed by 24 hours reoxygenation. Hypoxia and normoxia treatment was performed with astrocyte conditioned media because it is known that astrocytes play a pivotal role during stroke pathogenesis (Neuhaus et al., 2015) as the experiments with and without C6-astrocyte-medium in this study also confirmed. The experimental setup of the normoxia and OGD experiments was already published in the AG Förster (Kleinschnitz et al., 2011). Claudin-1, Tjap-1, Jam-3 and MMP-9 were detected as target genes of miR-132/-212. MicroRNA decreases the mRNA-expression by translational repression and mRNA-degradation (Catalucci et al., 2009). To examine the regulation of miR-132/-212 targets, miR-132/-212 mimics were overexpressed in normoxic cEND-2 or inhibited by transfection of miR-inhibitor in hypoxic cEND-2. The regulation of miR-132/-212 on their target genes Claudin-1, Tjap-1, Jam-3 and MMP-9 could be shown via qPCR and Western Blot. An overexpression of miR-132/-212 decreased the mRNA expression and protein level. Furthermore, inhibition of miR-132/-212 in OGD rescued the mRNA expression and the protein level. To show this regulation also in human cell lines we examined Jam-3 expression in the same way in hDCMEC/D3. Moreover we examined the effect of miR-132/-212 on transendothelial electrical resistance (TEER) and permeability. Both confirm a loss of integrity of the blood-brain-barrier as a result of reduction of resistance and higher permeability after overexpression of miR-132/-212. In summary, the target genes of miR-132 and miR-212 Claudin-1, Tjap-1, Jam-3 and MMP-9 could be identified and evaluated. The regulation of miR-132 and miR-212 on their target genes in the blood-brain-barrier could be confirmed. In future, stabilizing the blood-brain-barrier could be implemented as a therapeutic implication while inhibiting miRNAs by reacting on gene level.show moreshow less

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Metadaten
Author: Anna König
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-153446
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Medizinische Fakultät
Faculties:Medizinische Fakultät / Klinik und Poliklinik für Anästhesiologie (ab 2004)
Referee:Prof. Dr. Carola Förster, Prof. Dr. Christoph Otto
Date of final exam:2017/07/27
Language:German
Year of Completion:2017
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
GND Keyword:Transfektion; Schlaganfall
Tag:Blut-Hirn-Schranke; Hypoxie; Zell-Zell-Kontakte; microRNA-132; microRNA-212
Release Date:2017/09/18
Licence (German):License LogoCC BY-SA: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International