Skeletal muscle atrophy: the role of miRNAs

Palavras-chave: Músculo esquelético,Atrofia muscular,Micro RNAs

A atrofia do músculo esquelético é uma condição associada à perda de massa muscular que ocorre em várias doenças. Esta atrofia é uma resposta característica ao jejum, envelhecimento e a condições de desuso ( como imobilização, desenervação e falta de carga no músculo) mas também ocorre como complicação associada a diversas doenças crónicas como cancro, diabetes, sepsia, SIDA e falha renal e cardíaca entre outras. Independentemente da causa, a maior característica da atrofia muscular é um aumento da degradação proteica em relação à síntese proteica. A atrofia do músculo esquelético é um processo regulado a nível da transcrição transcrição (Lecker et al., 2004; Sandri et al., 2004a; Stitt et al., 2004). Os factores de transcrição da família FoxO são fundamentais para a regulação de enzimas limitantes que pertencem aos dois mecanismos catabólicos mais importantes do músculo: o sistema ubiquitina/proteassoma proteassoma (Gomes et al., 2001; Sandri et al., 2004a) e o sistema autofagia/lisossoma (Mammucari et al., 2007; Zhao et al., 2007). O factor de transcrição NF-kB também está envolvido na regulação que ocorre durante o processo de atrofia muscular (Cai et al., 2004; Hunter and Kandarian, 2004). Para além disso, um grupo restrito de genes, chamados “atrogenes” ou genes relacionados com a atrofia, encontram-se frequentemente sobre- ou sub-expressos em todas as condições de atrofia. Estas evidências sugerem que existem mecanismos moleculares partilhados que controlam a atrofia muscular. Entre os “atrogenes” encontram-se genes envolvidos em diversos processos biológicos fundamentais que podem requerer um nível adicional de ajustamento durante a perda de massa muscular. Este ajustamento pode ser conseguido através de uma nova classe de moléculas reguladoras chamadas miRNAs. Os miRNAs são hipoteticamente capazes de regular vários genes da mesma via de sinalização. O seu papel no músculo adulto é amplamente desconhecido. Os miRNAs são pequenos RNAs não codificantes com aproximadamente 22 nucleotídeos que regulam a expressão de genes. São altamente conservados entre espécies e é previsto que sejam capazes de regular a expressão de aproximadamente 60% dos genes codificantes. Convencionalmente, os miRNAs regulam a expressão génica ligando-se à região 3’-UTR (região não traduzida) dos RNAs mensageiros (mRNA), e posteriormente bloqueando a sua tradução ou induzindo a sua degradação. Cada miRNA tem o potencial de regular centenas mRNAs. Por seu lado, cada mRNA pode ser regulado por centenas de miRNAs diferentes, criando-se deste modo redes reguladoras complexas. Uma das principais características dos miRNAs é a sua especificidade. De facto, diversos miRNAs estão envolvidos em processos fisiológicos e ligados ao desenvolvimento, e requerem, por isso, uma expressão que é específica para determinado tecido e XVIII fase de desenvolvimento. Uma apertada regulação da expressão dos miRNAs é essencial e alterações na sua expressão estão associadas a situações patológicas. O papel essencial que estas moléculas reguladoras têm no músculo esquelético foi claramente demonstrado em diversos modelos animais nos quais a via dos miRNAS foi bloqueada, comprometendo o desenvolvimento miogénico. (Kwon et al., 2005; O'Rourke et al., 2007; Sokol and Ambros, 2005). Para além destas evidências, existe um grupo de miRNAs específicos do músculo – são chamados myomiRs. Este grupo é composto pelos miRNA-1, miRNA-133, miRNA-206, miRNA-208a, miRNA-208b e miRNA-499. Estes myomiRs estão envolvidos em diversos processos da fisiologia muscular, incluindo miogénese, estabelecimento do tipo de fibra e regeneração muscular. Na regulação destes processos estão envolvidos outros miRNAs para alem dos myomiRs. O envolvimento de diversos miRNAs na regulação de vários aspectos da biologia do músculo cria uma rede regulatória, aumentando deste modo a complexidade da biologia do músculo. Para além disso a desregulação da expressão de miRNAs está associada a doenças musculares (De, V et al., 2010; Eisenberg et al., 2007; McCarthy and Esser, 2007a; Williams et al., 2009; Yuasa et al., 2008a). Independentemente do aumento do numero de evidências relacionadas com a função dos miRNAS, poucos estudos abordaram o seu papel biológico in vivo. Nesta tese, nós estudamos o papel dos miRNAs no processo de atrofia do músculo esquelético. Foi utilizada uma aproximação in vivo, que se baseou em análises bioinformáticas, para identificar alguns dos mecanismos controlados pelos miRNAs. Na primeira parte desta tese, nós estabelecemos o perfil de expressão de miRNAs em diversas condições de atrofia, usando para isso análise de micro-arrays. De acordo com os nosso resultados, cada condição atrófica possui um perfil de expressão de miRNAs específico. Apenas condições atróficas a médio-longo termo apresentam uma significativa alteração nos níveis de expressão dos miRNAs. Apesar de não ter sido encontrado nenhum miRNA comum a todas as condições de atrofia, identificamos dois miRNAs, miRNA-206 e miRNA-21, fortemente aumentados após desenervação. Decidimos por isso estudar o seu papel biológico in vivo. Os nossos estudos demonstraram, pela primeira vez, que a sobre-expressão destes miRNAs induzem um fenótipo atrófico enquanto a inibição in vivo induz um fenótipo hipertrófico. Na segunda parte desta tese, estabelecemos o perfil de expressão de mRNAs das mesmas amostras que tinham sido usadas para estabelecer o perfil de expressão de miRNAs. Uma aproximação bioinformática baseada nos dados de expressão génica permitiu-nos identificar os genes que eram simultaneamente alvos previstos dos miRNAs e que se encontravam sub-expressos nos arrays de expressão de mRNA. Esta metodologia permitiu-nos identificar um grupo de genes alvo cuja expressão é regulada negativamente pelos miRNAS. Em particular, decidimos estudar XIX YY1, eIF4E3 e PDCD10 porque estes três genes são previsivelmente regulados pelos dois miRNAs. De facto, experiências de luciferase juntamente com experiências de sobre-expressão confirmaram que YY1 é um alvo do miRNA-21 e que eIF4E e PDCD10 são alvos do miRNA-206 e miRNA-21. Apesar do papel destes genes durante o processo de atrofia muscular não ser conhecido, sabemos que estão sub-expressos durante a desenervação. A relevância da diminuição na expressão de YY1, eIF4E3 e PDCD10 durante a desenervação está presentemente a ser investigada. Os nosso resultados indicam que o processo atrófico, para além da regulação a nível da transcrição, é também modulado por miRNAs. Para além disso os nossos dados apontam para o miRNA-206 e miRNA-21 como importantes moduladores do processo atrófico, sugerindo que estes miRNAs podem ser potenciais alvos terapêuticos.

Área científica: Ciências Médicas e da Saúde