The role of microRNAs in the molecular pathology of neovascular age-related macular degeneration
Final Report Abstract
Für die neovaskuläre Form der AMD steht aktuell eine Therapieform mit der Modifikation der VEGF-Ausschüttung in der Netzhaut zur Verfügung. Leider sprechen nicht alle neovaskulären AMD-Patienten auf die Behandlung an, so dass neue Wege zur Therapie der feuchten und auch der bisher unbehandelbaren trockenen AMD notwendig sind. Zudem ist für den Therapieerfolg ein rechtzeitiges Erkennen des Krankheitsprozesses entscheidend, wofür idealerweise Biomarker, wie z.B. zirkulierende microRNAs (miRNA), definiert werden sollten. Ziel des beantragten Projekts war es mit Hilfe eines Mausmodells mit Laser-induzierter NV zirkulierende miRNAs als Marker einer NV-AMD zu identifizieren und diese funktionell zu untersuchen. Insgesamt konnten drei miRNAs (mmu-miR-486a-5p, mmu-miR-92a-3p und mmu-miR-155-5p) verifiziert und in mehreren Schritten robust validiert werden. Ein Abgleich mit der aktuellen Literatur ergab, dass diese miRNAs bereits für mehrere komplexe Erkrankungen als diagnostische Biomarker diskutiert werden und somit wahrscheinlich keine hohe Spezifität für die NV-AMD aufweisen. Dies steht durchaus in Einklang mit unseren Ergebnissen, die darauf hindeuten, dass die größte Expressionsänderung der identifizierten miRNAs an Tag 3 nach der Behandlung zu messen war, welche vermutlich auf eine Immunreaktion aufgrund der Laserbehandlung zurückzuführen ist. Weiterführende Untersuchungen im RPE/Aderhaut-Komplex als direkt von der Laser-Behandlung betroffenes Gewebe bestätigten dieses Ergebnis, sowie die in der Literatur beschriebene Rolle von mmumiR-92a-3p in der Angiogenese. Zusammenfassend sind gerade in Bezug auf die Spezifität von zirkulierenden miRNAs weiterführende Untersuchungen erforderlich, bevor ein möglicher Einsatz als diagnostische Biomarker in Betracht gezogen werden kann. Aufbauend auf unseren Studien könnte eine Behandlung von AMD Patienten mit miR-92a-3p vielversprechend sein, vor allem Patienten, die nicht auf eine anti-VEFGA Therapie ansprechen. Pilotstudien konnten zeigen, dass eine intravenöse Behandlung mit dieser cmiRNA zu einer langanhaltenden Depression von Zielgenen in Immunzellen ohne nennenswerte Nebeneffekte führt. Ein weiterer Fokus dieses Projekts lag auf miRNA hsa-miR-4513, welche einen häufigen Polymorphismus (rs2168518) in ihrer Binderegion aufweist. Die genetische Variante rs2168518 wurde mit der AMD assoziiert, was im Rahmen dieser Arbeit in umfangreichen in silico Analysen mit genomweiter Signifikanz bestätigt werden konnte. Da die Binderegion essentiell für die post-transkriptionelle Regulationsfunktion einer miRNA ist, ist hsa-miR-4513 ein äußerst interessanter Kandidat für weiterführende Untersuchungen zur AMD Pathologie dar. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass rs2168518 spezifisch mit der NV-AMD nicht jedoch mit der atrophischen Form der AMD assoziiert ist. Interessant ist auch, dass die rs2168518 Assoziation mit der AMD einen Geschlechts-spezifischen Effekt aufweist und dass das gleiche genetische Signal ebenfalls mit Blutdruck-bezogenen Phänotypen wie dem systolischen und diastolischen Blutdruck assoziiert ist. In vitro Analysen zur Identifikation von Allel-spezifischen Zielgenen von hsa-miR-4513 identifizierten und validierten 11 Zielgene von hsa-miR-4513 mit dem rs2168518:G Allel und 8 Zielgene von hsa-miR-4513 mit dem rs2168518:A Allel. Fünf ausgesuchte Gene wurden auf Proteinebene untersucht und alle bestätigten einen regulatorischen Effekt der miRNA. Für vier der untersuchten Proteine konnte ebenfalls eine Allel-spezifische Regulation bestätigt werden. In einem Luciferase Reporter Assay wurde die Bindung der miRNA an die 3‘-untranslatierte Region (3‘-UTR) von sechs ausgewählten miRNA Zielgenen untersucht. In diesem Assay konnte ebenfalls für alle Gene eine Bindung von hsa-miR-4513 bestätigt werden, sowie eine Allel-spezifische Bindung an vier Gene. Eine abschließende Text-basierte Suche in verfügbaren Datenbanken konnte den durch hsa-miR-4513 regulierten Genen eine medizinische Relevanz für sechs unterschiedliche Phänotypen zuordnen, die laut Literatur alle bereits mit hsa-miR- 4513 oder dem Bindestellen Polymorphismus rs2168518 in Verbindung standen. Für die Pathologie der AMD ist das durch hsa-miR-4513 regulierte Gen CDKN2A von hohem Interesse, da es sowohl mit einem Augenphänotyp also auch mit altersbedingten Erkrankungen im Zusammenhang steht.
Publications
- (2017). An eye on Age-Related Macular Degeneration: The Role of MicroRNAs in Disease Pathology. Mol Diagn Ther. 21: 31–43
Berber P, Grassmann F, Kiel C, Weber BH
(See online at https://doi.org/10.1007/s40291-016-0234-z) - (2020). A Circulating MicroRNA Profile in a Laser-Induced Mouse Model of Choroidal Neovascularization. Int J Mol Sci. 21: 2689
Kiel C, Berber P, Karlstetter M, Aslanidis A, Strunz T, Langmann T, Grassmann F, Weber BH
(See online at https://doi.org/10.3390/ijms21082689) - (2020). Pleiotropic locus 15q24.1 reveals a gender-specific association with neovascular but not atrophic age-related macular degeneration (AMD). Cells. 9: 2257
Kiel C, Strunz T, International AMD Genomics Consortium (IAMDGC), Grassmann F, Weber BH
(See online at https://doi.org/10.3390/cells9102257)
