Superexpressão do MicroRNA-26a como estratégia promotora de crescimento e regeneração de neuritos in vitro

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Dissertação de mestrado

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Vinicius de Toledo Ribas
Victor Rodrigues Santos
Walter Luís Garrido Calvacante

Resumo

Danos ao sistema nervoso central (SNC) de mamíferos adultos, sejam eles causados por doenças neurodegenerativas ou por lesões mecânicas traumáticas, resultam em déficits neurológicos irreparáveis aos pacientes, principalmente devido à baixa capacidade regenerativa dos neurônios. Essa incapacidade regenerativa se deve em parte ao ambiente inibitório gerado após as lesões e por fatores intrínsecos aos neurônios, no qual programas de expressão gênica anti-regenerativos são ativados em detrimento da expressão de genes pró-regenerativos. Portanto, estudar moléculas que controlam a expressão gênica, como os microRNAs (miRNA), pode ser importante para o desenvolvimento de novas terapias regenerativas para distúrbios neurodegenerativos, baseadas em terapia gênica. Um interessante miRNA alvo é o miR-26a, que já foi mostrado regular o crescimento de neuritos no SNC e a regeneração axonal no sistema nervoso periférico. No entanto, o papel do miR-26a na regeneração de neurônios do SNC ainda não é muito bem conhecida. Neste trabalho propõe-se a aplicação de terapia genética mediada pela superexpressão do miR-26a conduzida por vetores de vírus adeno-associados (AAV) em neurônios corticais in vitro. Para isso, foi desenvolvido um vetor de AAV superexpressando o miR-26a (AAV.miR-26a) e a proteína fluorescente EGFP. Como controle foi desenvolvido um vetor expressando apenas EGFP (AAV.CTRL). Para validar a eficiência da terapia gênica proposta foram usadas culturas primárias de neurônios corticais embrionários de ratos Wistar, através de transdução com vetores AAV.CTRL e AAV.miR-26a. De início, testou-se a eficiência de transdução desses vetores e se apresentariam citotoxicidade aos neurônios, sendo constada uma eficiência de transdução próxima de 90%, sem desencadear citotoxicidade celular diferencial entre eles. Em seguida, realizou-se as análises de crescimento e arborização de neuritos (dendritos e axônios coletivamente), não sendo encontradas diferenças estatisticamente significativas, em ambos os experimentos, entre os neurônios transduzidos com os vetores AAV.CTRL e AAV.miR-26a. As próximas análises consistiram em avaliar o potencial do AAV.miR-26a em promover a regeneração de neuritos nos neurônios corticais após lesão do tipo scratch, sendo observado um aumento estatisticamente significativo da regeneração neurítica. Por fim, na tentativa de avaliar os possíveis mecanismos pelos quais o miR-26a promove regeneração de neuritos, foi realizada uma análise de bioinformática para identificar quais seriam os mRNAs alvos do miR-26a. Para tanto, empregou-se a plataforma miRWalk utilizando o algoritmo TargetScan e foi encontrado um total 242 mRNAs alvos para o miR-26a, sendo que 164 não tinham sido validados e 78 já validados. Dentre eles foram encontrados mRNAs de genes envolvidos com regeneração de neuritos. A partir desses resultados fica indicado uma possível utilização do miR-26a como uma estratégia regenerativa promissora de neurônios do SNC. No entanto, experimentos adicionais são necessários para confirmar o efeito regenerativos do miR-26a e sua eficiência em terapias gênicas regenerativas para o SNC.

Abstract

Damage to the central nervous system (CNS) of adult mammals, whether caused by neurodegenerative diseases or traumatic mechanical injuries, results in irreparable neurological deficits in patients, mainly due to the low regenerative capacity of neurons. This regenerative incapacity is due in part to the inhibitory environment generated after injuries and to factors intrinsic to neurons, in which anti-regenerative gene expression programs are activated to the detriment of pro-regenerative genes. Therefore, studying molecules that control gene expression, such as microRNAs (miRNA), may be important for the development of new regenerative therapies for neurodegenerative disorders, based on gene therapy. An interesting miRNA target is miR-26a, which has been shown to regularly promote neurite outgrowth in the CNS and axonal regeneration in the nervous system. However, the role of miR-26a in the regeneration of CNS neurons is still not very well understood. This study proposes the application of gene therapy mediated by overexpression of miR-26a conducted by adeno-associated virus (AAV) vectors in cortical neurons in vitro. For this purpose, an AAV vector overexpressing miR-26a (AAV.miR-26a) and the fluorescent protein EGFP was developed. As a control, a vector expressing only EGFP (AAV.CTRL) was developed. To validate the efficiency of the proposed gene therapy, primary cultures of embryonic cortical neurons from Wistar rats were used, through transduction with AAV.CTRL and AAV.miR-26a. Initially, the transduction efficiency of these vectors was tested and cytotoxicity to neurons was observed, with a transduction efficiency close to 90%, without triggering differential cellular cytotoxicity between them. Next, neurite growth and arborization (dendrites and axons collectively) were analyzed, and no statistically significant differences were found between neurons transduced with the AAV.CTRL and AAV.miR-26a vectors in either experiment. The next analyses consisted of evaluating the potential of AAV.miR-26a to promote neurite regeneration in cortical neurons after scratch injury, with a statistically significant increase in neurite regeneration being observed. Finally, in an attempt to evaluate the possible mechanisms by which miR-26a promotes neurite regeneration, a bioinformatics analysis was performed to identify the target mRNAs of miR-26a. To this end, I used the miRWalk platform using the TargetScan algorithm and found a total of 242 target mRNAs for miR-26a, of which 164 had not been validated and 78 had already been validated. Among them, mRNAs of genes involved in neurite regeneration were found. These results indicate a possible use of miR-26a as a promising regenerative strategy for CNS neurons. However, additional experiments are needed to confirm the regenerative effect of miR-26a and its efficiency in regenerative gene therapies for the CNS.

Assunto

Biologia Celular, Sistema Nervoso Central, Terapia Genética, Regeneração Nervosa, MicroRNAs

Palavras-chave

Sistema nervoso central, Terapia gênica, MicroRNA-26a, Vetor de vírus adeno-associado, Regeneração neurítica

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