Dokument: MicroRNAs in the pathogenesis of cardiovascular disease in type 2 diabetes

Titel:	MicroRNAs in the pathogenesis of cardiovascular disease in type 2 diabetes
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=28044
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20140109-111742-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Blumensatt, Marcel [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 27,53 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 07.01.2014 / geändert 07.01.2014
Beitragende:	Prof. Dr. Hadi Al-Hasani [Gutachter] Prof. Dr. Feldbrügge, Michael [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die Prävalenz des Diabetes hat weltweit epidemische Ausmaße angenommen. Gemäß der internationalen Diabetes Föderation (IDF) waren bereits im Jahr 2012 mehr als 371 Millionen Menschen an einem Diabetes erkrankt, von denen geschätzte 90% an einem Typ 2 Diabetes (T2D) leiden. Während des Verlaufs eines Diabetes kommt es zu diversen Folgekomplikationen. Hierzu gehören Erkrankungen des kardiovaskulären Systems wie etwa die diabetische Kardiomyopathie, oder aber auch eine Erkrankung der Herzkranzgefäße, die allesamt zum frühen Tod von Patienten mit einem Diabetes führen können. Fundierte Beweise unterlegen mittlerweile einen signifikanten und negativen Zusammenhang zwischen einer zunehmenden Fettmasse während einer krankhaften Fettleibigkeit und der Erkrankung peripherer Gewebe wie das Herz oder die vaskulären Gefäße. Hierbei spielen Faktoren, die vom Fettgewebe sekretiert werden und allgemein als Adipokine bekannt sind, eine bedeutende Rolle sowohl für die Regulation der Insulinsensitivität, die Kontraktion von Kardiomyozyten als auch für die Homeostasis von glatten Muskelzellen. Obwohl die Vergrößerung eines herzspezifischen Fettdepots, das epikardiale Fettgewebe, als Risikofaktor für kardiovaskuläre Komplikationen bei Patienten mit einem Type 2 Diabetes gilt, wurde der kausale Zusammenhang von epikardialen Adipokinen und der Pathogenese von kardiovaskulären Erkrankungen bisher nur unzureichend untersucht. Aus diesem Grund soll innerhalb dieser Arbeit zunächst das Sekretionsprofil von epikardialem Fettgewebe eines Patienten mit T2D zu dem eines Patienten ohne Diabetes bzw. zu anderen Fettdepots wie dem subkutanen oder dem perikardialen Fettgewebe abgegrenzt werden. Damit einhergehend soll der Einfluss von alternierenden Adipokinen auf die Kontraktilität, Insulinsensitivität und auf die Expression von microRNAs (miRNAs) in adulten Kardiomyozyten untersucht werden. Darüber hinaus soll die Beobachtung, dass konditionierte Medien (CM) von humanen Adipozyten mit subkutanem Ursprung atherosklerotische Veränderungen in glatten Muskelzellen hervorruft, erweitert werden. Hierzu soll der Einfluss von CM auf den Insulinsignalweg in glatten Muskelzellen untersucht werden und eine adipokinbedingte Veränderung der Insulinwirkung hinsichtlich der Expression von miRNAs und deren potentiellen Zielproteine analysiert werden. Zunächst wurde CM mittels der Explantat-Technologie aus humanen Fettbiopsien des epikardialen (EAT), perikardialen (PAT) oder des subkutanen Fettgewebes (SAT) von Patienten mit (T2D) bzw. ohne (ND) Typ 2 Diabetes gewonnen. Die Behandlung von primären adulten Kardiomyozyten der Ratte (ARC) mit dem entsprechenden CMs sollte Aufschluss über die Auswirkung von sekretierten Faktoren des Fettgewebes auf Kontraktilität, Insulinsensitivität und auf die Expression von miRNAs geben. Es zeigte sich, dass mit CM-EAT-T2D behandelte Kardiomyozyten eine verringerte Sarkomerverkürzung, eine reduzierte Expression von Serca2a, die wiederum mit einem reduzierten cytosolischen Abtransport von Kalzium nach erfolgter Kontraktion einhergeht, sowie eine reduzierte Insulinsensitivität aufweisen. Des Weiteren beeinflusste CM-EAT-T2D selektiv die Expression von acht miRNAs in ARC inklusive der Steigerung der Expression von miR-143 und miR-145. Die darauf folgende Analyse des CMs ergab, dass die Proteine Activin A, Angiopoietin-2 und CD14 in höheren Mengen von EAT-T2D im Vergleich zu anderen Depots oder zu Patienten, die nicht an einem Diabetes erkrankt waren, sekretiert werden. Durch die Verwendung eines Neutralisierungsantikörpers gegen Activin A konnte die nachteilige Wirkung von CM-EAT-T2D auf die Kontraktilität und die Insulinwirkung teilweise aufgehoben und die CM induzierte Expression von miR-143/145 vollständig geblockt werden. Im Anschluss führten funktionelle Untersuchungen zu der Erkenntnis, dass miR-143, jedoch nicht miR-145, zu einer verminderten Insulinsensitivität gefolgt von einer reduzierten Insulin stimulierten Aufnahme von Glucose in Kardiomyozyten führt. Diese Effekte konnten einer miR-143 vermittelten reduzierten Expression des Proteins „oxysterol binding protein-like 8“ (ORP8) zugeordnet werden. Mehr noch führte die Inkubation von humanen vaskulären glatten Muskelzellen (hVSMC) mit CMs von humanen Adipozyten ebenfalls zu einer erhöhten Expression von miR-143/145 und zu einer verminderten Insulin vermittelten Phosphorylierung der Proteinkinase B (Akt). Es zeigte sich, dass die verwendeten CMs die Aktivität der Signalmoleküle p38 und SMAD2 erhöht, die beide wiederum mit einer gesteigerten Expression von miR-143/145 in hVSMC assoziiert sind. Vergleichbar zu Kardiomyozyten, führte miR-143 in hVSMC ebenfalls zu einer verminderten Insulinsensitivität durch eine verringerte Expression von ORP8. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass das epikardiale Fettgewebe von Patienten mit einem Typ 2 Diabetes durch die erhöhte Sekretion von Activin A und anderen Faktoren zu der Entstehung einer diabetischen Kardiomyopathie beitragen kann. Dies bewerkstelligt Activin A durch die Induzierung von miR-143, die wiederum für die Entstehung einer Insulinresistenz in Kardiomyozyten verantwortlich ist. Darüber hinaus konnte festgestellt werden, dass Adipokine von subkutanem Fettgewebe ebenfalls die Insulinsensitivität von hVSMC verringert indem sie die Expression von miR-143 steigert. Diabetes is becoming a worldwide health problem more and more. According to the International Diabetes Federation (IDF), more than 371 million people have diabetes in 2012 of whom about 90% suffer from type 2 diabetes (T2D). In patients with T2D, diabetic cardiomyopathy, atherosclerosis, and coronary artery disease are common complications and a major cause of mortality. Profound evidence identified a negative crosstalk between increased adipose tissue mass in T2D and cardiovascular dysfunction. Accordingly, adipose tissue-derived factors have been associated with these cardiovascular complications by affecting insulin sensitivity and contractile function in cardiomyocytes and altering the homeostasis of smooth muscle cells. Although the expansion of a heart specific fat depot, the epicardial adipose tissue (EAT), has been identified as a risk factor for T2D, coronary artery disease and the metabolic syndrome, the contribution of EAT-derived factors to the pathogenesis of cardiac complications during T2D has not been investigated in detail. Therefore, this study was aimed to assess whether alterations in the secretory profile of EAT in patients with T2D affect contractile function and insulin action in cardiomyocytes and whether the detrimental effects of EAT-T2D-derived factors can be ascribed to alterations in microRNA (miRNA) expression. We also wanted to extend the observation that conditioned media (CM) generated from primary human subcutaneous adipocytes induce atherosclerotic changes in human vascular smooth muscle cells (hVSMC) by analysing the CM-induced effects on insulin action and whether this impairment can be ascribed to miRNA expression and their potential target genes. Contractile function, insulin action and miRNA expression have been analysed in primary adult rat cardiomyocytes incubated with CM generated from explants of EAT biopsies obtained from patients without (ND) and with T2D. CM from subcutaneous (SAT) and pericardial adipose tissue (PAT) biopsies from the same patients served as control. Cardiomyocytes treated with CM-EAT-T2D showed reductions in sarcomere shortening, cytosolic Ca2+-fluxes, expression of sarcoplasmic endoplasmic reticulum ATPase 2a (Serca2a), and decreased insulin-mediated Akt-phosphorylation as compared to CM from the other groups. Profiling miRNA expression in ARC incubated with CM-EAT-T2D identified alterations in the expression of eight miRNA species, including up-regulation of miR-143 and miR-145. Analysis of the CM revealed that activin A, angiopoietin-2 and CD14 were selectively accumulated in CM-EAT-T2D versus CM-EAT-ND and CM from the other fat depots. Accordingly, activin A neutralizing antibodies partially abolished the detrimental effects of CM-EAT-T2D and completely prevented the CM-induced expression of the miR-143/145 cluster. Subsequently, overexpression of the miR-143/145 cluster revealed that miR-143, but not miR-145, blunted the insulin-mediated phosphorylation of Akt and reduced insulin-stimulated glucose uptake. In addition, the inhibition of miR-143 by locked nucleic acid (LNA)-anti-miR-143 restored the insulin stimulated Akt phosphorylation in ARC treated with CM-EAT-T2D. The CM-induced effects on insulin signaling were ascribed to down-regulation of the miR-143 target and regulator of insulin action, oxysterol binding protein-like 8 (ORP8). Moreover, exposure of primary hVSMC to CM from human adipocytes increased the expression of the miR-143/145 cluster as well, but markedly impaired the insulin-mediated phosphorylation of Akt. Furthermore, CM promoted the phosphorylation of SMAD2 and p38, which have both been linked to the induction of miR-143/145 in hVSMC. Consistently, the up-regulation of miR-143/145 as well as the inhibition of insulin-mediated Akt-phosphorylation by CM was partially prevented in hVSMC pre-treated with an inhibitor either of SMAD-phosphorylation or for p38-activity. Similar to ARC, miR-143 blunted the insulin-mediated phosphorylation of Akt, and its substrate eNOS in hVSMC due to decreased expression of ORP8. In conclusion, the present work demonstrates that secreted factors from adipose tissue or adipocytes severely impact the physiology of cardiomyocytes and smooth muscle cells. Specifically, epicardial adipokines induce contractile dysfunction, diminish insulin signaling, and alter the expression of miRNAs in cardiomyocytes. Particularly, contractile dysfunction, reduced sensitivity to insulin and expression of miR-143 and miR-145 in cardiomyocytes could be linked to a higher abundance of activin A in CM-EAT-T2D compared to CM generated from other fat depots from the same patients or from patients without diabetes. Moreover, adipocyte-derived CM has the ability to induce the expression of miR-143/145 in smooth muscle cells. In both cell types, cardiomyocytes and smooth muscle cells, a disturbed insulin action could be associated to higher levels of miR-143. Collectively, these findings provide important new insights how adipose tissue contributes to the pathophysiology of cardiovascular complications in diabetes.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	09.01.2014
Dateien geändert am:	09.01.2014
Promotionsantrag am:	24.07.2013
Datum der Promotion:	11.12.2013