Therapeutische und diagnostische miRNAs in Kardioprotektion

Die ischämische Herzerkrankung ist eine führende Ursache von Morbidität und Mortalität in der EU, Österreich und Ungarn miteingeschlossen. Aus diesem Grund ist die Entwicklung von kardioprotektiven Strategien mit der Zielsetzung das Ausmaß des Infarktes während Ischämie und Reperfusion zu begrenzen von sehr großer Bedeutung. Die ischämische Postkonditionierung (ischemic postconditioning IPoC), eine kardioprotektive Intervention die als bestimmte Perioden von koronarer Okklusion nach der Reperfusion durchgeführt wird, wurde bereits erfolgreich an Menschen angewendet. Noch ist wenig über die zellulären Mechanismen des IPoC bekannt, und auch die Rolle der neuen Regulatorfamilie der mikro RNAs (miRNAs) wurde in diesem Zusammenhang nicht untersucht. Deswegen sind die Hauptziele dieses Projektes (1) die Identifikation von miRNAs mit Hilfe von Mikroarray und Netzwerk-Analyse, die eine Rolle im IPoC-induzierten kardioprotektiven Mechanismus im klinisch relevanten Schweine-Herzinfarktmodell einnehmen. Obwohl IPoC auf selbst entfernte Organe eine schützende Wirkung ausübt, ist der Mechanismus dieses Distanzeffekts nicht bekannt. MiRNAs sind in 50-100nm großen Vesikeln, den Exosomen, die von zahlreichen Zellen freigesetzt werden, angereichert. Wir untersuchen (2) ob die kardioprotektiven miRNAs über Exosomen transportiert werden. Nach Identifizieren von potentiell kardioprotektiven miRNAs versuchen wir (3) das Konzept zu validieren, ob intrakoronare Verabreichung von ausgewählten miRNAs die Infarktgröße reduzieren. Zusätzlich (4) planen wir auch miRNAs zu identifizieren, die als diagnostische Biomarker für die Effektivität der Kardioprotektion durch IPoC verwendet werden können. Die erwarteten Ergebnisse beinhalten den Beweis des Konzepts sowie Mechanismus der miRNAS basierten kardioprotektiven Therapie in klinische relevantem großen Tierversuchsmodell, das direkt auf menschliche Studien übersetzt werden kann.

Unter ischämischer Postkonditionierung (IPostC) versteht man kurze, wiederkehrende, sich abwechselnde Perioden von Okklusion und Perfusion nach dem Wiedereröffnen einer infarktrelevanten Arterie. Diese Methode wirkt kardioprotektiv und reduziert in weiterer Folge die Infarktgröße. Über die Mechanismen hinter den beobachteten kardioprotektiven Effekten von IPostC wird wenig diskutiert. Wir haben hier einerseits die Effekte von IPostC auf Veränderungen der mRNA- und miRNA-Expression in ischämischem und nicht-ischämischem (vom Infarkt entfernt liegendem, remote) Myokardium in einem reperfundiertem akuten Myokardinfarkt (AMI) bei geschlossenem Brustkorb im Schwein mittels miRNA-Array und Next Generation Sequencing (NGS) untersucht. Des Weiteren konnten wir ein Set an miRNAs und mRNAs definieren, die eine Rolle in Kardioprotektion spielen. Das hier verwendete Tiermodell ist mit den Vorgängen bei einem humanen akuten Myokardinfarkt mit Reperfusion, der perkutan durch koronare Intervention simuliert werden kann, am besten vergleichbar. Hausschweine (n=56) wurden einer Induktion von AMI durch eine 90-minütige Okklusion der mittleren LAD unterzogen, gefolgt von einer Deflation des Ballons (Reperfusion). Die Schweine wurden randomisiert in eine ischämische nicht-konditionierte und in eine IPostC Gruppe. IPostC wurde direkt nach der Initiierung der Reperfusion gestartet, indem 6 x 30 Sekunden der Koronarballon aufgeblasen und abgelassen wurde. Sham-operierte Schweine dienten als Kontrolle. Eine Genexpressionsanalyse des Herzgewebes aus dem Infarktareal und aus entfernt liegenden (remote) Regionen wurde mittels high throughput PCR durchgeführt, Netzwerk-dynamische Simulationen und Attraktorlandschaftsanalysen mit Daten aus NGS nach drei Stunden und drei Tagen post-AMI. LV-Funktion wurde zur Basis, nach drei Stunden und drei Tagen mittels Echokardiogramm erhoben. Außerdem wurde nach drei Tagen eine Magnetresonanztomographie (cMRI) durchgeführt. Zum Schluss wurde die Ausschüttung von chemotaktischen Zytokinen gemessen. Verglichen mit dem Myokardinfarkt (MI) konnte bei IPostC eine Protektion auf mikrovaskulärer Ebene assoziiert werden mit abgeschwächten Ödemen und mikrovaskulärer Obstruktion. Entgegen unserer Erwartungen hatte IPostC keinen Einfluss auf die Infarktgröße und die Leistung des linken Ventrikels. IPostC induzierte einige Deregulationen der verschiedenen miRNA-Expression, die als Mediatoren für Kardioprotektion bekannt sind. Die Expression von Genen von Kinase-Pathways, die in das Überleben von Zellen involviert sind, waren zum größten Teil ähnlich in den Gruppen von IPostC und MI in beiden Zeitfenstern und Geweberegionen. Trotzdem konnten wir im späten Zeitfenster der Kardioprotektion der IPostC-Gruppe signifikante Deregulierungen von Gensets identifizieren, die in focal adhesion Pathways angereichert sind. Transkripte, die in Adhäsion, Aktivierung der Blutzellen, kardiale Hypertrophie und Kardiomyopathie involviert sind, waren runterreguliert. Dies weist darauf hin, dass IPostC einen positiven Effekt auf die Mikrovaskulatur hat. Diese Veränderungen in der Genexpression führten allerdings nicht zu einem effektiven translationalen, klinischen Vorteil. Zusammenfassend konnten wir den kardioprotektiven Effekt von IPostC auf Expressionsveränderungen verschiedener miRNAs und mRNAs zurückführen. Die Komplexität der genetischen Antwort auf Schäden durch Ischämie sowie Reperfusion weiter zu erforschen, ermöglicht in Zukunft die Identifikation von Biomarkern oder die Entwicklung anderer therapeutischer Möglichkeiten, der Gefahr der Ischämie im Herzen entgegenzuwirken.