Entrega de miRNA exógeno sintetizado artificialmente ao rim usando nanopartículas de polietilenimina em vários modelos de doença renal em camundongos
Summary
Aqui, entregamos miRNA exógeno sintetizado artificialmente ao rim via injeção na veia caudal de um vetor não viral e nanopartículas de polietilenimina em vários modelos de camundongos com doença renal. Isso levou a uma superexpressão significativa de miRNA-alvo no rim, resultando em progressão inibida da doença renal em vários modelos de camundongos.
Abstract
microRNAs (miRNAs), pequenos RNAs não codificantes (21-25 bases) que não são traduzidos em proteínas, inibem lotes de RNAs mensageiros alvo (mRNAs), desestabilizando e inibindo sua tradução em várias doenças renais. Portanto, a alternância da expressão de miRNA por miRNAs exógenos sintetizados artificialmente é uma opção de tratamento potencialmente útil para inibir o desenvolvimento de muitas doenças renais. No entanto, como a RNAase sérica degrada imediatamente os miRNAs exógenos administrados sistematicamente in vivo, a entrega de miRNA ao rim permanece um desafio. Portanto, vetores que possam proteger miRNA exógeno imita da degradação por RNAase e entregá-los significativamente ao rim são necessários. Muitos estudos têm usado vetores virais para entregar miRNA exógeno imita ou inibidores para o rim. No entanto, vetores virais podem causar uma resposta de interferon e/ou instabilidade genética. Portanto, o desenvolvimento de vetores virais também é um obstáculo para o uso clínico de miRNAs exógenos ou inibidores. Para superar essas preocupações em relação aos vetores virais, desenvolvemos um método de vetor não viral para entregar miRNA miméticos ao rim usando injeção na veia caudal de nanopartículas de polietilenimina (PEI-NPs), o que levou à superexpressão significativa de miRNAs alvo em vários modelos de doença renal em camundongos.
Introduction
Os miRNAs, pequenos RNAs não codificantes (21-25 bases) que não são traduzidos em proteínas, inibem muitos RNAs mensageiros alvo (mRNAs), desestabilizando-os e inibindo sua tradução em várias doenças renais 1,2. Portanto, a terapia gênica empregando miRNAs exógenos sintetizados artificialmente ou inibidores é uma nova opção potencial para inibir o desenvolvimento de muitas doenças renais 3,4,5.
Apesar da promessa de miRNA imita ou inibidores para terapia gênica, a entrega a órgãos-alvo continua sendo um grande obstáculo para experimentos in vivo desenvolverem seu potencial clínico. Como os miRNAs sintetizados artificialmente imitam ou inibem a degradação imediata pela RNase sérica, sua meia-vida é encurtada após administração sistêmica in vivo6. Além disso, a eficiência dos miRNAs miméticos ou inibidores para atravessar a membrana plasmática e o citoplasma transfecto é geralmente muito menor sem vetores apropriados 7,8. Essas linhas de evidência sugerem que o desenvolvimento do sistema de liberação de miRNA imita ou inibidores para o rim é necessário, para permitir seu uso em ambientes clínicos e torná-los uma nova opção de tratamento para pacientes com várias doenças renais.
Vetores virais têm sido utilizados como carreadores para liberar miRNAs exógenos miméticos ou inibidores para o rim 9,10. Embora tenham sido desenvolvidos para biossegurança e eficácia transfectiva, vetores virais ainda podem causar resposta ao interferon e/ou instabilidade genética11,12. Para superar essas preocupações, desenvolvemos um sistema de liberação de miRNA miRNA para o rim usando nanopartículas de polietilenimina (PEI-NPs), um vetor não viral, em vários modelos de doença renal em camundongos13,14,15.
As NP-PEIs são NPs lineares baseadas em polímeros que podem efetivamente entregar oligonucleotídeos, incluindo miRNA miméticos, ao rim, e são consideradas preferíveis para a preparação de vetores não virais devido à sua segurança e biocompatibilidade a longo prazo13,16,17.
Este estudo demonstra os efeitos do miRNA exógeno sistemático mimetizando a liberação com PEI-NPs via injeção na veia caudal em camundongos modelo de fibrose renal produzidos por obstrução unilateral do ureter (UUO). Adicionalmente, demonstramos os efeitos da entrega sistemática de miRNA exógeno mimetizada com PEI-NPs via injeção na veia caudal em camundongos modelo de doença renal diabética (camundongos db/db: C57BLKS/J Iar -+Lepr db/+Leprdb) e camundongos modelo de lesão renal aguda produzidos por lesão de isquemia-reperfusão renal (IRI).
Protocol
Representative Results
Discussion
Usando o protocolo apresentado neste manuscrito, PEI-NPs podem entregar miRNA imita ao rim para induzir a superexpressão de miRNAs alvo, resultando em efeitos de tratamento em modelos de camundongos in vivo de várias doenças renais, incluindo fibrose renal, doença renal diabética e IRA.
O método para preparar o complexo de PEI-NPs e miRNA mimic é muito simples. A superfície carregada positivamente dos NP-PEI aprisiona os miRNAs quando eles são apenas misturados13,14,15,16,17 …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi parcialmente apoiado por JSPS KAKENHI (Processo nº 21K08233). Agradecemos a Edanz (https://jp.edanz.com/ac) pela edição dos rascunhos deste manuscrito.
Materials
| 4’,6-diamidino-2-phenylindole for staining to nucleus | Thermo Fisher Scientific | D-1306 | |
| Buffer RPE | Qiagen | 79216 | Wash buffer 2 |
| Buffer RWT | Qiagen | 1067933 | Wash buffer 1 |
| Control-miRNA-mimic (artificially synthesized miRNA) | Thermo Fisher Scientific | Not assigned | 5’-UUCUCCGAACGUGUCACGUTT- 3’ (sense) 5’-ACGUGACACGUUCGGAGAATT-3′ (antisense) |
| Cy3-labeled double-strand oligonucleotides | Takara Bio Inc. | MIR7900 | |
| Fluorescein-labeled Lotus tetragonolobus lectin | Vector Laboratories Inc | FL-1321 | |
| In vivo-jetPEI | Polyplus | 101000021 | |
| MicroAmp Optical 96-well reaction plate for qRT-PCR | Thermo Fisher Scientific | 4316813 | 96-well reaction plate |
| MicroAmp Optical Adhesive Film | Thermo Fisher Scientific | 4311971 | Adhesive film for 96-well reaction plate |
| miRNA-146a-5p mimic (artificially synthesized miRNA) | Thermo Fisher Scientific | Not assigned | 5’-UGAGAACUGAAUUCCAUGGGU UT-3′ (sense) 5’-CCCAUGGAAUUCAGUUCUCAUU -3′ (antisense) |
| miRNA-146a-5p primer | Qiagen | MS00001638 | Not available because Qiagen has changed qRT-PCR kits (from miScript miRNA PCR system to miRCURY LNA miRNA PCR System from May 2021) |
| miRNA-181b-5p mimic (artificially synthesized miRNA) | Gene design | Not assigned | 5’-AACAUUCAUUGCUGUCGGUGG GUU-3’ |
| miRNA-181b-5p primer | Qiagen | MS00006083 | Not available because Qiagen has changed qRT-PCR kits (from miScript miRNA PCR system to miRCURY LNA miRNA PCR System from May 2021) |
| miRNA-5100-mimic (artificially synthesized miRNA) | Gene design | Not assigned | 5’-UCGAAUCCCAGCGGUGCCUCU -3′ |
| miRNA-5100-primer | Qiagen | MS00042952 | Not available because Qiagen has changed qRT-PCR kits (from miScript miRNA PCR system to miRCURY LNA miRNA PCR System from May 2021) |
| miRNeasy Mini kit | Qiagen | 217004 | Membrane anchored spin column in a 2.0-mL collection tube |
| miScript II RT kit | Qiagen | 218161 | Not available because Qiagen has changed qRT-PCR kits (from miScript miRNA PCR system to miRCURY LNA miRNA PCR System from May 2021) |
| miScript SYBR Green PCR kit | Qiagen | 218073 | Not available because Qiagen has changed qRT-PCR kits (from miScript miRNA PCR system to miRCURY LNA miRNA PCR System from May 2021) |
| QIA shredder | Qiagen | 79654 | Biopolymer spin columns in a 2.0-mL collection tube |
| QIAzol Lysis Reagent | Qiagen | 79306 | Phenol/guanidine-based lysis reagent |
| QuantStudio 12K Flex Flex Real-Time PCR system | Thermo Fisher Scientific | 4472380 | Real-time PCR instrument |
| QuantStudio 12K Flex Software version 1.2.1. | Thermo Fisher Scientific | 4472380 | Real-time PCR instrument software |
| RNase-free water | Qiagen | 129112 | |
| RNU6-2 primer | Qiagen | MS00033740 | Not available because Qiagen has changed qRT-PCR kits (from miScript miRNA PCR system to miRCURY LNA miRNA PCR System from May 2021) |
| Tissue-Tek OCT (Optimal Cutting Temperature Compound) | Sakura Finetek Japan Co.,Ltd. | Not assigned |
References
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