Thomas Horst Fischer

• MicroRNAs sind kleine, nicht kodierende RNA-Moleküle, die posttranskriptionell die Genexpression regulieren. Sie binden hierfür spezifisch an 3’-UTRs von messenger-RNAs und führen entweder direkt zu deren Abbau oder inhibieren deren Translation. Über die Mechanismen, die die Expression von microRNAs regulieren, ist jedoch noch wenig bekannt. Die Tatsache, dass sie als lange Vorläufermoleküle (pri-microRNAs) durch die RNA-Polymerase-II transkribiert werden, legt die Existenz eines Promotorbereiches nahe, der dem proteinkodierender Gene ähnelt.MicroRNAs sind kleine, nicht kodierende RNA-Moleküle, die posttranskriptionell die Genexpression regulieren. Sie binden hierfür spezifisch an 3’-UTRs von messenger-RNAs und führen entweder direkt zu deren Abbau oder inhibieren deren Translation. Über die Mechanismen, die die Expression von microRNAs regulieren, ist jedoch noch wenig bekannt. Die Tatsache, dass sie als lange Vorläufermoleküle (pri-microRNAs) durch die RNA-Polymerase-II transkribiert werden, legt die Existenz eines Promotorbereiches nahe, der dem proteinkodierender Gene ähnelt. Mit Hilfe von microRNA-Arrays konnten wir im linksventrikulären Myokard mehrere bei Herzinsuffizienz deutlich verändert exprimierte microRNAs identifizieren. Die microRNA-21 ist dabei bereits im Frühstadium der Herzinsuffizienz verstärkt exprimiert (Northern Blot). Auch in primären, kardialen Zellen (Fibroblasten, Kardiomyozyten) wird die microRNA-21 nach Induktion einer Hypertrophie verstärkt exprimiert. Weiterführendes Ziel dieser Arbeit war es nun, diejenigen Mechanismen aufzuklären, die der starken Induktion der microRNA-21 im erkrankten Myokard zu Grunde liegen. Durch bioinformatische Analyse des zugehörigen Promotorbereiches (Trans-Spezies-Konservierung) und Klonierung danach ausgerichteter Fragmente in Luciferase-basierte Reporter-Plasmide konnte ein 118 Basen langer Bereich identifiziert werden, der maßgeblich die Expression der microRNA-21 im Herzen bedingt. Durch Deaktivierung einzelner cis-Elemente konnte die kardiale Expression auf zwei essentielle Transkriptionsfaktorbindungsstellen zurückgeführt werden. Es handelt sich dabei um Erkennungssequenzen für die im Herz bedeutsamen Transkriptionsfaktoren CREB und SRF. Sie liegen in enger räumlicher Nachbarschaft ungefähr 1150 bp vor der Transkriptionsstartstelle. Die Suppression der Expression dieser beiden Transkriptionsfaktoren mittels geeigneter siRNAs führte jeweils zu einer signifikanten Aktivitätsminderung des microRNA-21-Promotors und konnte somit die vorangehenden Ergebnisse validieren. Durch Generierung einer transgenen Tierlinie, die lacZ unter der Kontrolle des microRNA-21-Promotors exprimiert, werden in naher Zukunft nähere Aufschlüsse über die gewebsspezifische Verteilung der microRNA-21-Expresssion in vivo möglich sein. Zusammenfassend beschreiben wir hier erstmals den Mechanismus der transkriptionellen Regulation der microRNA-21 im Herzen. Dieser Mechanismus bedingt wahrscheinlich die starke Induktion dieser microRNA bei kardialer Hypertrophie und Herzinsuffizienz.…
• MicroRNAs are small, non-coding RNA molecules that posttranscriptionally regulate gene expression. They specifically bind to 3’-UTRs of messenger RNAs and either directly lead to the degradation of the bound messenger-RNA or inhibit its translation. Only little is known, however, about the mechanisms that control the expression of microRNAs. The fact that they are being transcribed as long precursor-molecules (primary microRNAs, pri-microRNAs) by type-II-RNA-polymerase suggests that they have a promoter region similar to those of protein-codingMicroRNAs are small, non-coding RNA molecules that posttranscriptionally regulate gene expression. They specifically bind to 3’-UTRs of messenger RNAs and either directly lead to the degradation of the bound messenger-RNA or inhibit its translation. Only little is known, however, about the mechanisms that control the expression of microRNAs. The fact that they are being transcribed as long precursor-molecules (primary microRNAs, pri-microRNAs) by type-II-RNA-polymerase suggests that they have a promoter region similar to those of protein-coding genes. Using microRNA arrays, we were able to identify several differentially expressed microRNAs in the left ventricular myocardium of mice suffering from heart failure. MicroRNA-21 was found to be strikingly upregulated even in early stages of disease (Northern blot) and the induction of hypertrophy in vitro also elevated its expression. The aim of this study was to learn more about the molecular mechanisms that are responsible for the strong induction of microRNA-21 in the failing heart. Bioinformatic analysis of the microRNA-21 promoter region (trans species conservation) and cloning of several fragments into luciferase-based reporter plasmids revealed a 118 bp region to be fundamental to the activity of this promoter in cardiac cells. By deactivating single cis elements we were able to identify two transcription factor binding sites that are essential for microRNA-21 expression. These are recognition sites for the transcription factors CREB and SRF, both of which are known to be important in the heart. They are located in close proximity about 1150 bp upstream of the transcription start site. The suppression of these transcription factors through siRNAs lead to a strong reduction of the microRNA-21 promoter activity and thus validated the preceding results. Summing up we were able to describe the mechanisms that underlie the transcriptional regulation of microRNA-21 in the heart. This mechanism most likely leads to the strong induction of this microRNA in hypertrophy and heart failure.…