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17.06.2017 | Ischämische Herzerkrankungen/Koronare Herzkrankheit, KHK | Nachrichten

Experimentelle Kardiologie

Eine lncRNA lässt das Herz höher schlagen

Autor:
Dorotée Julia Trembinski

Mit dem Alter steigt das Risiko, einen Herzinfarkt zu erleiden. Dies ist unter anderem auf die lange nicht-kodierende RNA (IncRNA) „Sarrah“ zurückzuführen, die den Zelltod von Kardiomyozyten hemmt und die Endothelzellproliferation stimuliert. 

Etwa 98 Prozent der menschlichen DNA kodieren nicht für Proteine. Als „Junk-DNA“ wurden sie lange belächelt und ignoriert. Sollte also der Großteil des Genoms nur evolutionärer Schrott sein? Wie kommt es dann, dass Organismen umso mehr nicht kodierende Genomanteile haben, je höher sie entwickelt sind? Diesen Fragen gehen wir in unserem Labor am Frankfurter Institut für kardiovaskuläre Regeneration nach, mit Fokus auf das Herz-Kreislauf-System und seinen größten Risikofaktor für Erkrankungen, das Alter.

lncRNA „Sarrah“ ist essenziell für Herzkontraktilität

Zusammen mit Tumorerkrankungen stellen kardiovaskuläre Leiden die häufigste Todesursache dar, für die das Risiko, anders als bei Krebs, mit dem Alter immer weiter steigt. Ein Vergleich der RNA-Profile von Kardiomyozyten aus jungen und alten Mäusen zeigte, dass sich auch die Expression einiger langer nicht-kodierender RNAs (lncRNAs) mit dem Alter verändert. Regulierten wir die Expression einer von ihnen, „Sarrah“, mit siRNAs oder LNA(„locked nucleic acid“)-DNA-Oligonukleotiden herunter, gingen die Zellen in Apoptose. Auch in alten Mäusen sowie nach Myokardinfarkt wird „Sarrah“ herunterreguliert. In vitro konnten wir diesen Effekt in der Hypoxiekammer nachstellen, was ebenfalls zu einer geringeren Expression von „Sarrah“ führte.

Um zu untersuchen, ob der Outcome nach einem Infarkt von „Sarrah“ beeinflusst wird, wenn man der Herunterregulation entgegenwirkt, überexprimierten wir „Sarrah“ in Mausherzen und induzierten einen Myokardinfarkt. Die echokardiografische Untersuchung der Mäuse belegte, dass „Sarrah“-überexprimierende Tiere nach Myokardinfarkt eine signifikant größere Ejektionsfraktion hatten als Kontrolltiere. Die histologischen Ergebnisse zeigten weniger Apoptose und eine kleinere Infarktregion in den „Sarrah“-überexprimierenden Tieren. Dies unterstützt die Annahme, dass „Sarrah“ die Genesung vom Infarkt fördert.

Stimuliert „Sarrah“ die Endothelzell-Proliferation?

Überraschenderweise fiel uns bei der Zählung sich teilender Kardiomyozyten auf, dass zwar nicht diese, jedoch andere Zellen nach „Sarrah“-Überexpression vermehrt proliferierten. Die Annahme, dass es sich bei den Zellen um Endothelzellen handelt, konnten wir in vitro mit einer Kokultur aus humanen Kardiomyozyten und Nabelschnurendothelzellen (HUVECs) weiter festigen. Die HUVECs proliferierten weniger, wenn „Sarrah“ in den kokultivierten Kardiomyozyten herunterreguliert wurde.

Um die Ergebnisse auf Relevanz für den Menschen zu testen, verwendeten wir künstliches dreidimensionales Herzgewebe (engineered heart tissue, EHT) aus humanen Kardiomyozyten und Endothelzellen. Wurde „Sarrah“ im EHT herunterreguliert, begannen die Organoide erst sieben Tage später zu schlagen als Kontrollorganoide. Daraus schließen wir, dass „Sarrah“ auch in humanem Herzgewebe wesentlich zur Kontraktilität beiträgt.

Therapeutisches Potenzial: Regeneration doppelt fördern

Herauszufinden, über welchen Mechanismus lncRNAs ihre Funktion ausüben, gestaltet sich schwieriger als bei Proteinen. Es sind keine Bindedomänen oder Sequenzelemente für bestimmte Aktivitäten bekannt und auch die herkömmlichen molekularbiologischen Methoden und kommerziell erhältlichen Vektoren sind nicht auf RNA-Moleküle, sondern auf Proteine ausgerichtet. Ein Microarray verwies auf erste durch „Sarrah“ regulierte Prozesse, darunter DNA-Reparatur und Apoptose. Darauf, wie genau „Sarrah“ die beteiligten Signalwege reguliert, lieferte eine von Ivan Costa (Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik in Aachen) entwickelte Software erste Hinweise. Sie sagt voraus, dass „Sarrah“ mit Promotorregionen von 135 im Microarray herunterregulierten Genen eine Tripelhelix zwischen RNA und genomischer DNA bilden kann. Auf Grundlage dieser Daten formulierten wir die Hypothese, dass „Sarrah“ Tripelhelices mit Genpromotoren bildet, Transkriptionsaktivatoren zu diesen Promotoren rekrutiert und damit die Expression der betreffenden Gene stimuliert. Dazu gehören antiapoptotische sowie angiogenetische Gene, welche der Regeneration nach Myokardinfarkt dienen.

„Sarrahs“ besonderes therapeutisches Potenzial liegt darin, dass zusätzlich zur Apoptosehemmung die Proliferation von Endothelzellen und somit Reperfusion des infarzierten Gewebes stimuliert wird. Beide Prozesse sind essenziell für einen verbesserten Outcome nach Myokardinfarkt im Patienten.

In weiteren Versuchen wollen wir die Formation der Tripelhelix zwischen „Sarrah“ und den Genpromotoren experimentell bestätigen. Außerdem arbeiten wir daran, direkt mit „Sarrah“ interagierende Proteine zu identifizieren. In einem Sarrah-Knockout-Mausmodell planen wir, den Einfluss der Deletion von „Sarrah“ auf den Myokardinfarkt zu untersuchen.


Die Arbeiten werden vom Deutschen Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) unterstützt und sind teilweise in Kollaboration mit DZHK-Kooperationspartnern in München (Stefan Engelhardt, Stanislas Werfel) und Hamburg (Thomas Eschenhagen, Marc Hirt, Kaja Breckwoldt) durchgeführt worden.