组织特异性 microRNA 抑制是一种在 microRNA 领域发展不发达的技术。在这里, 我们描述了一个协议, 以成功地抑制 miR-181 microRNA 家族在骨骼肌细胞从心脏。Nanovector 技术是用来提供一个 microRNA 海绵, 表明重要的体内心脏特定 miR-181 家庭抑制。
MicroRNA (miRNA) 是一种小的非编码 rna, 它抑制转录后信使 rna (mRNA) 的表达。人类疾病, 如癌症和心血管疾病, 已被证明激活组织和/或细胞特异的 miRNA 表达与疾病进展有关。miRNA 表达的抑制提供了治疗干预的潜力。然而, 传统的抑制 miRNAs 的方法, 使用 antagomir 寡核苷酸, 影响特定的 miRNA 功能, 在全球交付。本文提出了一种在大鼠模型中对 miR-181 家族进行心脏特异性抑制的协议。miRNA 海绵结构的设计包括10重复 anti-miR-181 绑定序列。心脏特异的α MHC 启动子被克隆成 pEGFP 骨干, 以驱动心脏特异的 miR-181 miRNA 海绵表达。为了创建一个稳定的细胞系表达 miR-181-sponge, 骨骼肌 H9c2 细胞被转染的α-MHC-EGFP 和平号-181 海绵结构, 并排序由荧光活化细胞分类 (资产管制署) 到 GFP 阳性 H9c2 细胞培养与新霉素(G418)。随着新霉素的稳定增长, 单克隆细胞的数量是由额外的和单细胞克隆建立的。由此产生的骨骼肌 H9c2-miR-181-sponge-GFP 细胞表现为 miR-181 家庭成员的功能丧失, 这是通过增加 miR-181 靶蛋白的表达来评估的, 而与表达非功能性海绵的 H9c2 细胞相比。此外, 我们还开发了一个 nanovector 的系统交付 miR-181-sponge 结构的络合正电荷脂质体纳米粒子和负电荷 miR-181-sponge 质粒。在活体成像的 GFP 显示, 多尾静脉注射的 nanovector 在三周的时间, 能够促进一个重要的表达 miR-181-sponge 在心脏特定的方式。重要的是, 在心脏组织, 而不是在肾脏或肝脏中观察到 miR-181 功能的丧失。miRNA 海绵是抑制组织特异 miRNA 表达的有力方法。驱动 miRNA 海绵表达从组织特定的启动器提供特异性的 miRNA 抑制, 这可以被限制在靶器官或组织。此外, 结合 nanovector 和 miRNA 海绵技术, 允许有效的分娩和组织特定的 miRNA 抑制在体内。
在过去的两年里, 已经有许多研究指出 miRNAs 在人类疾病中的重要作用。大量文献表明, miRNAs 在疾病的病理生理学中具有不可否认的重要性, 如癌症1和心血管疾病2、3、4、5。例如, miR-21 是上调在许多癌症, 导致细胞周期增加和细胞增殖6。在丙型肝炎感染中, miR-122 在病毒7的复制中起着重要作用, 并表明 miR-122 抑制病毒负荷8。在心肌肥厚, miR-212/132 是上调在心脏和参与病理表型9。上调 miRNA 的下调或功能性抑制的明显重要性表明, 在几乎所有疾病中, 治疗利用 miRNA 生物学的机会。
在人类基因组的三个基因组中发现了四 miR-181 家庭成员, miR-181a/b/c/d。非编码 RNA 宿主基因 (MIR181A1-HG) 的内含子区域编码 miR-181-a/b-1 簇。NR6A1 基因的内含子区域对 miR-181-a/b-2 进行编码。miR-181-c/d 星团位于 uncharacterized 19 号染色体上。所有的 miR-181 家庭成员共有相同的 “种子” 序列, 所有四 miR-181 家庭成员可以有可能调节相同的 mRNA 目标。
我们3,4和其他10突出了 miR-181 家庭成员在末期心力衰竭的重要性。我们也认识到, miR-181c 上调发生在与心脏病风险增加有关的病理条件下, 如 II 型糖尿病、肥胖症和衰老3、4、5。据推测, miR-181c 的过度表达会导致氧化应激, 导致心脏功能障碍4。
有几个小组建议 miRNA 存在于线粒体11、12、13、14, 但我们是第一个证明 miR-181c 来源于核基因组、加工和随后移位到线粒体在 RISC3。此外, 我们检测到 miR-181a 和 miR-181b 的低表达在心脏线粒体室5。重要的是, 我们发现 miR-181c 压抑 mt-COX1 mRNA 表达, 从而证明 miRNAs 参与线粒体基因调控和改变线粒体功能3,4。
本文讨论了设计一个 miRNA 海绵, 以摧毁整个 miR-181 家庭在心肌细胞所需的方法。此外, 我们概述了在体内应用的 miR-181-sponge 的协议。
本文介绍了 miRNA 海绵的设计和合成, 并论证了海绵组织特异表达是抑制组织特异 miRNA 家族表达的有力工具。
我们已经证明, 一个 miR-181 的家庭靶向海绵可以克隆成表达质粒与心脏特定的启动子。该质粒可以有效地包装成 nanovector 颗粒, 用于在体外和体内使用电穿孔或尾静脉注射, 分别 (图 1)。miR-181 海绵可以抑制 miR-181 家族的心脏特异表达, ?…
The authors have nothing to disclose.
我们感谢彭博公共卫生学院生物化学与分子生物学系的安东尼 k.l. 梁, 他在设计 miR-181-sponge 结构方面的技术帮助。我们还感谢分子和比较病理部的宝琳娜 Sysa 和凯瑟琳 Gabrielson, 约翰霍普金斯医疗机构的技术援助, 通过体内成像的 miRNA 海绵分娩。
这项工作得到了 NIH、HL39752 (查尔斯 Steenbergen) 的赠款和美国心脏协会 14SDG18890049 (Samarjit Das) 的科学家发展补助金的支持。在辛辛那提儿童医院, 杰弗里 d. Molkentin 慷慨地提供了鼠心特异性启动子。
pEGFP-C1 vector | Addgene | 6084-1 | |
In-fusion | Clontech | 121416 | |
QIAprep Miniprep | Qiagen | 27104 | |
QIAquick Gel Extraction Kit | Qiagen | 28704 | |
miR-181-sponge synthesis | Introgen GeneArt | custome made | |
PCR primers | Integrated DNA Technologies | custome | |
EcoRI enzymes | New Endland Biolabs | R0101S | |
KpnI enzymes | New Endland Biolabs | R0142S | |
Rapid DNA Ligation Kit | Sigma-Aldrich | 11635379001 | |
H9c2 cells | ATCC | CRL-1446 | |
DMEM Media | Thermo Fisher Scientific | 11965092 | |
Fetal Bovine Serum | Thermo Fisher Scientific | 10082139 | |
Nucleofector 2b Device | Lonza | AAB-1001 | |
Nucleofector Kits for H9c2 (2-1) | Lonza | VCA-1005 | |
G418, Geneticin | Thermo Fisher Scientific | 11811023 | |
FACSAria II Flow cytometer | BD Bioscience | 644832 | |
Branson 450 sonifier | Marshall Scientific | EDP 100-214-239 | |
The Xenogen IVIS Spectrum optical imaging device | Caliper Life Sciences | ||
Anti-MTCO1 antibody | Abcam | ab14705 | |
α-tubulin antibody | Abcam | ab7291 | |
Sequoia C256 ultrasound system | Siemens |