БИОХИМИЯ, 2021, том 86, вып. 11, с. 1687–1701

УДК 577.577.24

Ингибирование miR-21 способствует процессу старения полученных из клеток NT2 астроцитов

© 2021 V. Balint 1, D. Stanisavljevic-Ninkovic 1, N. Anastasov 2, S. Lazic 1, N. Kovacevic-Grujicic 1, M. Stevanovic 1,3,4, A. Lazic 1*andrijanak@imgge.bg.ac.rs

Laboratory for Human Molecular Genetics, Institute of Molecular Genetics and Genetic Engineering, University of Belgrade, 11042 Belgrade, Serbia

Helmholtz Zentrum München, German Research Center for Environmental Health, Institute of Biological and Medical Imaging, 85764 Neuherberg, Germany

Faculty of Biology, University of Belgrade, 11158 Belgrade, Serbia

Serbian Academy of Sciences and Arts, 11000 Belgrade, Serbia

Поступила в редакцию 06.08.2021
После доработки 28.09.2021
Принята к публикации 28.09.2021

DOI: 10.31857/S0320972521110075

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: miR-21, астроциты, NT2/D1, клеточное старение.

Аннотация

Астроциты являются основными клетками, поддерживающими гомеостаз центральной нервной системы (ЦНС). Они обеспечивают нейронам механическую, метаболическую и трофическую поддержку, поэтому нарушение функционирования или приобретение этими клетками фенотипа, ассоциированного с клеточным старением, могут вносить вклад в нарушение функционирования всей ЦНС и возникновение патологий. Тем не менее молекулярные механизмы, лежащие в основе сложной физиологии астроцитов, изучены недостаточно. Недавно было показано, что микроРНК участвуют в регуляции функционирования астроцитов через различные механизмы. Так, miR‑21 является специфичной для астроцитов микроРНК, играющей важную роль в развитии астроглиоза. В то же время связи между этой микроРНК и старением астроцитов показано не было. С целью исследования роли miR‑21 в этих клетках с прицельным вниманием на процессы клеточного старения мы использовали астроциты, полученные из клеток NT2 (NT2/A). С помощью технологии антисмысловых РНК мы понизили уровень экспрессии miR‑21 как в незрелых, так и в зрелых клетках NT2/A. Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что снижение уровня экспрессии miR‑21 приводит к остановке клеточного роста и преждевременному старению клеток, что подтверждается такими маркерами клеточного старения, как повышенная экспрессия ингибиторов клеточного цикла (p21 и p53) и повышенная активность β‑галактозидазы, ассоциированной со старением клеток. Кроме того, проведенный нами анализ in silico показал, что многие из генов, для которых ранее была показана повышенная экспрессия при индуцированном облучением старении астроцитов, предположительно являются мишенями miR‑21. В целом, полученные нами результаты указывают на то, что miR‑21 может функционировать как регулятор старения астроцитов. По нашим сведениям, это первые данные, демонстрирующие связь между miR‑21 и старением астроцитов. С учетом того, что сенесцентные астроциты ассоциированы с развитием различных патологий ЦНС, разработка новых терапевтических стратегий, основанных на применении микроРНК, может предотвратить наступление клеточного старения и способствовать улучшению физиологического состояния.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Настоящая работа была выполнена при поддержке Министерства образования, науки и развития технологий Республики Сербия (гранты № 451‑03‑68/2020‑14/200042 и 451‑03‑9/2021‑14/200042), программы IBRO/PERC InEurope Short Stay Grants и Сербской Академии наук и искусств (грант № 01‑2021).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

В настоящей статье не содержится описания исследований с участием людей или животных, выполненных кем-либо из авторов статьи.

Список литературы

1. Rajman, M., and Schratt, G. (2017) MicroRNAs in neural development: from master regulators to fine-tuners, Development, 144, 2310-2322.

2. Qureshi, I. A., and Mehler, M. F. (2012) Emerging roles of non-coding RNAs in brain evolution, development, plasticity and disease, Nat. Rev. Neurosci., 13, 528-541.

3. Anastasov, N., Hofig, I., Vasconcellos, I. G., Rappl, K., Braselmann, H., et al. (2012) Radiation resistance due to high expression of miR-21 and G2/M checkpoint arrest in breast cancer cells, Radiat. Oncol., 7, 206.

4. Chan, J. A., Krichevsky, A. M., and Kosik, K. S. (2005) MicroRNA-21 is an antiapoptotic factor in human glioblastoma cells, Cancer Res., 65, 6029-6033.

5. Zhang, W. M., Zhang, Z. R., Yang, X. T., Zhang, Y. G., and Gao, Y. S. (2018) Overexpression of miR21 promotes neural stem cell proliferation and neural differentiation via the Wnt/betacatenin signaling pathway in vitro, Mol. Med. Rep., 17, 330-335.

6. Liu, R., Wang, W., Wang, S., Xie, W., Li, H., and Ning, B. (2018) microRNA-21 regulates astrocytic reaction post-acute phase of spinal cord injury through modulating TGF-beta signaling, Aging (Albany NY), 10, 1474-1488.

7. Bhalala, O. G., Pan, L., Sahni, V., McGuire, T. L., Gruner, K., et al. (2012) microRNA-21 regulates astrocytic response following spinal cord injury, J. Neurosci., 32, 17935-17947.

8. Olivieri, F., Prattichizzo, F., Giuliani, A., Matacchione, G., Rippo, M. R., et al. (2021) miR-21 and miR-146a: the microRNAs of inflammaging and age-related diseases, Ageing Res. Rev., 70, 101374.

9. Verkhratsky, A., and Nedergaard, M. (2018) Physiology of astroglia, Physiol. Rev., 98, 239-389.

10. Meldolesi, J. (2020) Astrocytes: news about brain health and diseases, Biomedicines, 8, 394, doi: 10.3390/biomedicines8100394.

11. Barreto, G. E., Gonzalez, J., Torres, Y., and Morales, L. (2011) Astrocytic-neuronal crosstalk: implications for neuroprotection from brain injury, Neurosci. Res., 71, 107-113.

12. Cohen, J., and Torres, C. (2019) Astrocyte senescence: evidence and significance, Aging Cell, 18, e12937.

13. Pleasure, S. J., Page, C., and Lee, V. M. (1992) Pure, postmitotic, polarized human neurons derived from NTera 2 cells provide a system for expressing exogenous proteins in terminally differentiated neurons, J. Neurosci., 12, 1802-1815.

14. Sandhu, J. K., Sikorska, M., and Walker, P. R. (2002) Characterization of astrocytes derived from human NTera-2/D1 embryonal carcinoma cells, J. Neurosci. Res., 68, 604-614.

15. Andrews, P. W. (1984) Retinoic acid induces neuronal differentiation of a cloned human embryonal carcinoma cell line in vitro, Dev. Biol., 103, 285-293.

16. Radulovic, V., Heider, T., Richter, S., Moertl, S., Atkinson, M. J., and Anastasov, N. (2017) Differential response of normal and transformed mammary epithelial cells to combined treatment of anti-miR-21 and radiation, Int. J. Radiat. Biol., 93, 361-372.

17. Popovic, J., Stanisavljevic, D., Schwirtlich, M., Klajn, A., Marjanovic, J., and Stevanovic, M. (2014) Expression analysis of SOX14 during retinoic acid induced neural differentiation of embryonal carcinoma cells and assessment of the effect of its ectopic expression on SOXB members in HeLa cells, PLoS One, 9, e91852.

18. Kramer, M. F. (2011) Stem-loop RT-qPCR for miRNAs, Curr. Protoc. Mol. Biol., 15, 15.10.1-15.10.15, doi: 10.1002/0471142727.mb1510s95.

19. Agarwal, V., Bell, G. W., Nam, J. W., and Bartel, D. P. (2015) Predicting effective microRNA target sites in mammalian mRNAs, Elife, 4, e05005, doi: 10.7554/eLife.05005.

20. Karagkouni, D., Paraskevopoulou, M. D., Chatzopoulos, S., Vlachos, I. S., Tastsoglou, S., et al. (2018) DIANA-TarBase v8: a decade-long collection of experimentally supported miRNA-gene interactions, Nucleic Acids Res., 46, D239-D245.

21. Liu, W., and Wang, X. (2019) Prediction of functional microRNA targets by integrative modeling of microRNA binding and target expression data, Genome Biol., 20, 18.

22. Limbad, C., Oron, T. R., Alimirah, F., Davalos, A. R., Tracy, T. E., et al. (2020) Astrocyte senescence promotes glutamate toxicity in cortical neurons, PLoS One, 15, e0227887.

23. Smith, B., Treadwell, J., Zhang, D., Ly, D., McKinnell, I., et al. (2010) Large-scale expression analysis reveals distinct microRNA profiles at different stages of human neurodevelopment, PLoS One, 5, e11109.

24. Hu, H. Y., He, L., Fominykh, K., Yan, Z., Guo, S., et al. (2012) Evolution of the human-specific microRNA miR-941, Nat. Commun., 3, 1145.

25. Cheng, L. C., Pastrana, E., Tavazoie, M., and Doetsch, F. (2009) miR-124 regulates adult neurogenesis in the subventricular zone stem cell niche, Nat. Neurosci., 12, 399-408.

26. Kawahara, H., Imai, T., and Okano, H. (2012) MicroRNAs in neural stem cells and neurogenesis, Front. Neurosci., 6, 30.

27. Gaur, A. B., Holbeck, S. L., Colburn, N. H., and Israel, M. A. (2011) Downregulation of Pdcd4 by miR-21 facilitates glioblastoma proliferation in vivo, Neuro Oncol., 13, 580-590.

28. Lou, Y., Yang, X., Wang, F., Cui, Z., and Huang, Y. (2010) MicroRNA-21 promotes the cell proliferation, invasion and migration abilities in ovarian epithelial carcinomas through inhibiting the expression of PTEN protein, Int. J. Mol. Med., 26, 819-827.

29. Savickiene, J., Baronaite, S., Zentelyte, A., Treigyte, G., and Navakauskiene, R. (2016) Senescence-associated molecular and epigenetic alterations in mesenchymal stem cell cultures from amniotic fluid of normal and fetus-affected pregnancy, Stem Cells Int., 2016, 2019498.

30. Marasa, B. S., Srikantan, S., Martindale, J. L., Kim, M. M., Lee, E. K., et al. (2010) MicroRNA profiling in human diploid fibroblasts uncovers miR-519 role in replicative senescence, Aging (Albany NY), 2, 333-343.

31. Baker, D. J., and Petersen, R. C. (2018) Cellular senescence in brain aging and neurodegenerative diseases: evidence and perspectives, J. Clin. Invest., 128, 1208-1216.

32. Chinta, S. J., Woods, G., Rane, A., Demaria, M., Campisi, J., and Andersen, J. K. (2015) Cellular senescence and the aging brain, Exp. Gerontol., 68, 3-7.

33. Crowe, E. P., Tuzer, F., Gregory, B. D., Donahue, G., Gosai, S. J., et al. (2016) Changes in the transcriptome of human astrocytes accompanying oxidative stress-induced senescence, Front. Aging Neurosci., 8, 208.

34. Ahmed, M. I., Pickup, M. E., Rimmer, A. G., Alam, M., Mardaryev, A. N., et al. (2019) Interplay of microRNA-21 and SATB1 in epidermal keratinocytes during skin aging, J. Invest. Dermatol., 139, 2538-2542.e2.

35. Cui, M., Zhang, M., Liu, H. F., and Wang, J. P. (2017) Effects of microRNA-21 targeting PITX2 on proliferation and apoptosis of pituitary tumor cells, Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci., 21, 2995-3004.

36. Gabriely, G., Wurdinger, T., Kesari, S., Esau, C. C., Burchard, J., et al. (2008) MicroRNA 21 promotes glioma invasion by targeting matrix metalloproteinase regulators, Mol. Cell. Biol., 28, 5369-5380.

37. Liu, M., Wu, H., Liu, T., Li, Y., Wang, F., et al. (2009) Regulation of the cell cycle gene, BTG2, by miR-21 in human laryngeal carcinoma, Cell Res., 19, 828-837.

38. Marts, L. T., Green, D. E., Mills, S. T., Murphy, T., and Sueblinvong, V. (2017) MiR-21-mediated suppression of Smad7 induces TGFbeta1 and can be inhibited by activation of Nrf2 in alcohol-treated lung fibroblasts, Alcohol Clin. Exp. Res., 41, 1875-1885.

39. Yan, L. X., Wu, Q. N., Zhang, Y., Li, Y. Y., Liao, D. Z., et al. (2011) Knockdown of miR-21 in human breast cancer cell lines inhibits proliferation, in vitro migration and in vivo tumor growth, Breast Cancer Res., 13, R2.

40. Yao, T., and Lin, Z. (2012) MiR-21 is involved in cervical squamous cell tumorigenesis and regulates CCL20, Biochim. Biophys. Acta, 1822, 248-260.

41. Yao, X., Wang, Y., and Zhang, D. (2018) microRNA-21 Confers Neuroprotection against cerebral ischemia-reperfusion injury and alleviates blood-brain barrier disruption in rats via the MAPK signaling pathway, J. Mol. Neurosci., 65, 43-53.