Identification of the microRNA expression signature in Human Septic Cardiomyopathy

• Main Author: Jose Miguel Gouveia Alves Pereira Alvarenga
• Other Authors: Faculdade de Medicina
• Format: Others
• Language: English
• Published: 2021
• Subjects: Medicina básica; Basic medicine; Ciências médicas e da saúde::Medicina básica; Medical and Health sciences::Basic medicine
• Online Access: https://hdl.handle.net/10216/134381

Introdução: A Cardiomiopatia Séptica (CMS) é uma situação clínica de prevalência crescente, com uma alta mortalidade e escassas opções terapêuticas. Apesar da intensa atividade da investigação experimental, a translação de novas terapêuticas neste cenário clínico tem sido limitada pela existência de importantes diferenças interespécies. Nesse sentido, o estudo da CMS humana é necessário para ultrapassar as limitações dos presentes modelos experimentais. Os microARN (miR) são importantes reguladores do transcriptoma e função miocárdicos. Neste trabalho, investigámos o transcriptoma e o targetoma de pequenos ARN miocárdicos na CMS humana. Métodos: Amostras post mortem de miocárdio humano foram obtidas de pacientes com choque séptico (n=53) e controlos não sépticos (n=15). A sequenciação de pequenos ARN (Illumina) foi realizada numa subpopulação (Ctrl, n=8; Sépsis, n=16) para a obtenção do perfil de expressão de miR na CMS humana. Os resultados da análise de expressão diferencial foram confirmados por PCR quantitativo. A associação entre os níveis de expressão dos miR e o marcador de lesão miocárdica (concentração plasmática de troponina ante mortem) foi avaliada. A predição do targetoma foi realizada para identificar novas interações miR-mRNA na CMS. Um modelo experimental de murganho foi usado para a posterior validação do gene alvo no tecido miocárdico (immunoblotting). Resultados: A assinatura transcriptómica de microARN na CMS humana foi identificada e validada com sucesso. Vários miR com conhecidas funções pró-inflamatórias (miR-21, miR-146b e miR-223) estão sobreexpressos na CMS humana. No entanto, encontramos também miR com funções desconhecidas na CMS, alguns sobreexpressos (família miR-320 e miR-185) e outros subexpressos (miR-135a). De forma importante, a expressão de alguns miR correlacionou-se positiva ou negativamente com a lesão miocárdica, sendo capazes, em conjunto, de prever a variação de troponina na população séptica. Para além disso, a análise do targetoma identificou um alvo mRNA comum a praticamente todos os miR sobreexpressos na CMS, o Disrupted-in-schizophrenia 1 (DISC1), conhecido pelo papel central na regulação do metabolismo oxidativo mitocondrial. A subexpressão miocárdico do DISC1 foi validada num modelo experimental de sépsis. Conclusão: O nosso grupo identificou o perfil de expressão de microARN na CMS humana, fornecendo novos caminhos de investigação e potenciais novos alvos terapêuticos. Adicionalmente, a análise do targetoma mostrou que o DISC1, um gene previamente associado a patologia psiquiátrica, pode ter um papel importante nas disfunções mitocondrial e miocárdica induzidas pela sépsis. === Background: Septic cardiomyopathy (SCM) is an increasingly prevalent clinical situation with high mortality and scarce treatment options. Despite intense experimental research activity, translation of novel therapies in this clinical scenario has been hindered by important interspecies differences. Therefore, the study of human SCM samples is needed to overcome limitations of current experimental models. MicroRNAs (miRs) are key regulators of the myocardial transcriptome and function. Herein, we investigated the myocardial small RNA transcriptome and targetome in human SCM. Methods: Human postmortem myocardial samples were obtained from septic shock (n=53) and nonseptic control patients (n=15). Small RNA sequencing (Illumina) was performed in a subpopulation (Ctrl, n=8; Sepsis, n=16) to obtain the miR expression profile in human SCM. Results from differentially expression analysis were confirmed by quantitative PCR. The association between miR expression levels and myocardial injury surrogate (antemortem troponin plasma concentration) was assessed. Targetome prediction was performed to uncover novel miR-mRNA interactions in SCM. An experimental mouse model was used for posterior validation of target gene downregulation in myocardial tissue (immunoblotting). Results: MicroRNA transcriptomic signature in human SCM was successfully identified and validated. Several miRs with known proinflammatory function were confirmed to be upregulated in human SCM (miR-21, miR-146b, miR-223). However, miRs unknown to play a role in SCM were also found to be upregulated (miR-320 family, miR-185) and downregulated (miR-135a-5p). Importantly, expression of some miRs correlated positively or negatively with myocardial injury, being able to predict troponin variation in the septic population. Moreover, targetome analysis identified a common mRNA target to the upregulated miRs in SCM, Disrupted-in-schizophrenia 1 (DISC1), a key player in the regulation of mitochondrial oxidative metabolism. An experimental mouse model of sepsis was used to validate DISC1 myocardial downregulation. Conclusion: We identified the microRNA expression signature in human SCM providing novel research avenues and potential novel therapeutic targets. Additionally, targetome analysis uncovered DISC1, a gene previously associated with psychiatric disease, as a possible important player in sepsis-induced mitochondrial and myocardial dysfunction.