MicroRNAs: um novo paradigma no tratamento e diagnóstico da insuficiência cardíaca?

Resumos

MicroRNAs (miRNAs) are a group of newly discovered small RNAs, non-coding, which represent one of the most exciting areas of modern medical science as they modulate a huge and complex regulatory network of gene expression. Lines of evidence have recently suggested that miRNAs play a key role in the pathogenesis of heart failure. Some miRNAs highly expressed in the heart, such as miR-1, miR-133 and miR-208, are strongly associated with the development of cardiac hypertrophy, while the exact role of miR-21 in the cardiovascular system remains controversial. Serum levels of circulating miRNAs such as miR-423-5p are being evaluated as potential biomarkers in the diagnosis and prognosis of heart failure. On the other hand, the manipulation of levels of miRNAs using techniques such as mimicking the miRNAs (miRmimics) and antagonistic miRNAs (antagomiRs) is making increasingly evident the enormous potential of miRNAs as promising therapeutic strategies in heart failure.

microRNAs; microRNAs; microRNAs; heart failure; cardiomegaly

MicroRNAs(miRNAs) son un grupo recién descubierto de pequeños RNAs, no codificantes, que representan una de las áreas más estimulantes de la ciencia médica moderna por modular en una enorme y compleja red regulatoria de la expresión de los genes. Recientemente, líneas de evidencias sugieren que los miRNAs desempeñan un papel crucial en la patogénesis de la insuficiencia cardíaca. Algunos miRNAs altamente expresados en el corazón como el miR-1, miR-133 y miR-208 están fuertemente asociados al desarrollo de la hipertrofia cardíaca, mientras que el exacto papel de miR-21 en el sistema cardiovascular permanece controvertido. Los niveles séricos de miRNAs circulantes como el miR-423-5p están siendo evaluados como potenciales biomarcadores en el diagnóstico y pronóstico de la insuficiencia cardíaca. Por otro lado, la manipulación de los niveles de miRNAs usando técnicas como los mimetizadores de miRNAs (miRmimics) y miRNAs antagónicos (antagomiRs) está volviendo cada vez más evidente el enorme potencial de los miRNAs como promisorias estrategias terapéuticas en la insuficiencia cardíaca.

microRNAs; microRNAs; microRNAs; insuficiencia cardíaca; cardiomegalia

ARTIGO DE REVISÃO

MicroRNAs: um novo paradigma no tratamento e diagnóstico da insuficiência cardíaca?

Vagner Oliveira-Carvalho; Vitor Oliveira Carvalho; Miguel Morita Silva; Guilherme Veiga Guimarães; Edimar Alcides Bocchi

Instituto do Coração - InCor - HCFMUSP, SP, São Paulo, Brasil

^{Correspondência}

RESUMO

MicroRNAs (miRNAs) são um grupo recém-descoberto de pequenos RNAs, não codificantes, que representam uma das áreas mais estimulantes da ciência médica moderna por modularem uma enorme e complexa rede regulatória da expressão dos genes.Recentemente, linhas de evidências sugerem que os miRNAs desempenham um papel crucial na patogênese da insuficiência cardíaca. Alguns miRNAs altamente expressos no coração como o miR-1, miR-133 e miR-208 estão fortemente associados ao desenvolvimento da hipertrofia cardíaca, enquanto o exato papel de miR-21 no sistema cardiovascular permanece controverso. Os níveis séricos de miRNAs circulantes como o miR-423-5p estão sendo avaliados como potenciais biomarcadores no diagnóstico e prognóstico da insuficiência cardíaca.Por outro lado, a manipulação dos níveis de miRNAs usando técnicas como os mimetizadores de miRNAs (miRmimics) e miRNAs antagônicos(antagomiRs) está tornando cada vez mais evidente o enorme potencial dos miRNAs como promissoras estratégias terapêutica sna insuficiência cardíaca.

Palavras-chave: microRNAs / genética, microRNAs / uso diagnóstico, microRNAs / antagonistas e inibidores, insuficiência cardíaca, cardiomegalia.

Introdução

A síndrome da Insuficiência Cardíaca (IC) é considerada a via final comum de toda cardiopatia e uma importante causa de morte^1,2. Essa síndrome possui uma alarmante taxa de mortalidade de aproximadamente 50% em cinco anos, o que pode superar muitos tipos de câncer³. No Brasil, IC representa a maior causa de internação hospitalar por doença cardiovascular, e quando analisadas todas as causas de óbito, representa uma taxa de mortalidade de 6,3%^4,5.

A recente descoberta dos microRNAs(miRNAs) os tem colocado entre as áreas mais estimulantes da ciência médica moderna. Os miRNAs são um grupo de pequenos RNAs, não codificadores de proteínas, com aproximadamente 19-25 nucleotídeos de extensão.Diferindo da ampla gama de RNAs codificados pelo genoma humano, essa variedade de RNA tem se destacado por sua singular habilidade de modular uma enorme e complexa rede regulatória da expressão dos genes⁶.

Recentemente, o papel biológico dos miRNAs no sistema cardiovascular de mamíferos tornou-se um campo de pesquisa de rápida evolução. Vários estudos têm demonstrado o papel crucial dos miRNAs não só no desenvolvimento cardiovascular embrionário, mas também na doença cardiovascular.

Biologia dos microRNAs

O genoma humano codifica uma ampla gama de tipos de RNAs, em que a função da maior parte dessas moléculas foi apenas parcialmente esclarecida ou ainda permanece desconhecida. Juntamente com outras variedades mais comuns de RNA, como o RNAm (RNA mensageiro ou codificador de proteínas) e aqueles com funções estruturais, tais como o RNAt (RNA de transferência) e o RNAr (RNA ribossomal), estão os RNAs não codificadores de proteínas, entre eles os miRNAs.

Sabe-se que os miRNAs geralmente são sintetizados a partir de genes específicos de miRNA ou de determinadas regiões gênicas que não estão associadas à produção de proteínas (introns)⁷. O processo de maturação dos miRNAs envolve uma complexa via metabólica que se inicia no núcleo e se estende até o citoplasma celular(fig. 1)⁶.

Os miRNAs exercem seus efeitos regulatórios através da ligação de seus nucleotídeos aos do RNA mensageiro (RNAm)-alvo em um processo chamado de pareamento. Essa ligação impossibilita que os ribossomos consigam traduzir a informação genética contida no RNAm, acarretando na diminuição da síntese proteica do gene-alvo sem impactar nos níveis correspondentes de RNAm⁶.

A interação miRNA-RNAm, entretanto, não precisa ser necessariamente perfeita, ou seja, todos os nucleotídeos do miRNA ligados ao RNAm. Normalmente em mamíferos essa ligação é imperfeita. Dessa forma, a não obrigatoriedade de interação completa somado ao fato de os miRNAs possuírem sequências pequenas, um único miRNA pode regular centenas de genes-alvo distintos, além de cooperarem no controle de um único gene-alvo^8,9.

O envolvimento dos miRNAs no controle regulatório da expressão gênica e a associação a diferentes funções tornam evidente que os miRNAs podem alterar a progressão de diversas doenças.

MicroRNAs e o sistema cardiovascular

Embora as funções biológicas dos miRNAs não estejam totalmente compreendidas, estudos mostraram que alguns miRNAs estão presentes especificamente em determinados tipos de tecidos ou células, incluindo o coração^10,11. Por outro lado, miRNAs cuja expressão não são restritas ao coração podem ter um importante papel cardioespecífico¹². Com isso, novos miRNAs estão sendo descobertos em outras células que compõem o sistema cardiovascular, tais como fibroblastos, células endoteliais e células musculares lisas, nos quais não podem ser ignoradas quando se estuda a fisiologia do sistema cardiovascular ou sua resposta ao estresse.

Até o momento, parece haver aproximadamente 150-200 miRNAs expressados no sistema cardiovascular.Muitos desses miRNAs são dinamicamente regulados em resposta ao estresse cardíaco agudo, e em alguns casos, em longo prazo durante a resposta compensatória do coração a uma lesão crônica ou sobrecarga hemodinâmica^13,14. Assim, há evidências crescentes de que a expressão de miRNAs é uma parte importante do mecanismo de resposta ao estresse agudo do coração, e contribui tanto para a homeostase cardíaca quanto para a doença.

Alguns miRNAs como miR-128, miR-302, miR-367 e miR-499 são potencialmente cardio específicos, porém, mais estudos são necessários para confirmação. Somente o Mirna miR-208 é conhecido como sendo cardio específico e desempenha um papel importante na manutenção do desenvolvimento e função cardíaca^15,16. No entanto, estudos recentes demonstraram que em eventos como lesões ao longo do coração esse miRNA pode extravasar para a corrente sanguínea e ser detectado em sangue periférico. Assim, seus níveis de expressão podem estar ligados ao diagnóstico e prognóstico de doenças^17,18.

No músculo esquelético, mir-1, mir-133a, mir-133b e mir-206, juntos, correspondem por aproximadamente 25% de toda a expressão de miRNAs e são muitas vezes referidos como miomiRs¹⁹. Os miRNAs miR-1, miR-133a e miR-133b são altamente expressados no músculo esquelético e no coração, enquanto o miR-206 é especificamente expressado no músculo esquelético. Todos os quatro miRNAs musculares são induzidos durante a diferenciação do músculo, e desempenham um papel crítico na regulação desse processo²⁰.

MicroRNAs na hipertrofia e insuficiência cardíaca

A hipertrofia cardíaca é também acompanhada de uma troca do programa genético que leva à reativação de genes cardíacos normalmente expressos no coração de fetos durante o desenvolvimento embrionário²¹. Em 2007, uma impressionante semelhança foi encontrada entre o padrão de expressão de miRNAs em corações de indivíduos adultos com insuficiência cardíaca e corações de fetos com 12-14 semanas de gestação.Cerca de mais de 80% dos miRNAs analisados foram encontrados regulados similarmente em ambos os corações.As mudanças mais expressivas foram associadas ao aumento da expressão dos miRNAs miR-21, miR-29b, miR-129, miR-210, miR-211, miR-212, miR-423, e redução da expressão de miR-30, miR-182 e miR-526²².

A desregulação de outros miRNAs, entretanto, também vem sendo associada à insuficiência cardíaca (tab. 1).Em um modelo experimental de rato em que foi aplicada uma sobrecarga de pressão no coração, uma das primeiras modificações observadas foi a redução da expressão de miR-1. Essa alteração do nível de expressão do miR-1 precedeu o aumento da massa cardíaca e disfunção contrátil¹³. Esse resultado sugere que a redução no nível de expressão demiR-1 pode ser uma causa em vez de um efeito da patogênese subjacente. Dessa forma, tanto os dados in vitro²³ quanto in vivo²⁴ sugerem que a redução da expressão de miR-1 é necessária para o aumento da massa celular.

Além de miR-1, outro miRNA músculo específico, o miR-133, também tem sua expressão reduzida durante a hipertrofia cardíaca^24-26. Camundongos com expressão de miR-133 reduzida manifestaram cardiomiopatia, insuficiência cardíaca e uma proliferação anormal dos cardiomiócitos²⁷. Em estudo recente, a expressão de miR-133 foi induzida em um modelo de rato submetido a estímulo hipertrófico agudo. Embora o peso do coração não tenha sido normalizado, outros aspectos da hipertrofia, como apoptose e fibrose foram restaurados aos níveis basais¹⁴.

O miR-21 é um dos poucos miRNAs que demonstram um padrão regular de super expressão na insuficiência cardíaca. Da mesma forma, omiR-21 é também altamente expresso em diversos tipos de câncer e linhagens celulares, o que sugere que esse miRNA possui um comportamento comum em resposta ao estresse e ao crescimento patológico de células. No entanto, o papel exato de miR-21 no desenvolvimento da hipertrofia cardíaca permanece controverso²⁸.

Apesar de os padrões de expressão de alguns miRNAs já serem conhecidos e associados a insuficiência cardíaca, determinados miRNAs podem estar se expressando diferencialmente em certos tipos da doença. Em estudo conduzido por Ikeda e cols.²⁹ foram analisados os padrões de expressão de Mirna sem ​​amostras de miocárdio de pacientes com cardiomiopatia isquêmica, cardiomiopatia idiopática e estenose aórtica. Interessantemente, seus resultados demonstram que os subconjuntos de miRNAs são regulados diferencialmente em cada uma das etiologias²⁹. Resultados semelhantes foram também encontrados por Sucharov e cols.³⁰. Esses dados mostram que diferenças nos padrões de expressão dos miRNAs podem ser clinicamente importantes se usadas com propósitos diagnóstico e/ou prognósticos.

Por outro lado, não somente os subconjuntos de miRNAs têm influência sobre o fenótipo: alguns miRNAs específicos parecem ser chaves regulatórias. Em 2006, van Rooij e cols.²⁶ revelaram que o aumento da expressão de miR-195 no miocárdio de camundongos foi suficiente para induzir um crescimento cardíaco patológico e insuficiência cardíaca dentro de várias semanas após o nascimento. Além disso, enquanto nenhum fenótipo foi obtido pelo aumento da expressão de miR-214, miR-24 resultou em letalidade embrionária. Este estudo indica que alguns miRNAs específicos podem desempenhar papéis determinantes no programa de hipertrofia cardíaca²⁶.

Os medicamentos administrados ao paciente também devem ser levados em conta. Ao utilizar o peixe zebra como modelo, Sanchez-Simon e cols.³¹ demonstraram que a morfina regula a diferenciação de neurônios dopaminérgicos por meio da redução dos níveis de expressão de miR-133b³¹. Apesar de o peixe zebra ser evolutivamente distante do homem, esse dado indica que os medicamentos podem influenciar a expressão dos miRNAs.

MicroRNAs na complementação diagnóstica e prognóstica da insuficiência cardíaca

Em razão de muitos miRNAs serem tecido específicos, a maioria dos estudos clínicos tem se baseado na mensuração dos níveis de expressão de miRNAs em amostras do tecido de origem.Entretanto,recentemente alguns miRNAs também foram encontrados na corrente sanguínea e são denominados como miRNAs circulantes ou c-miRNA. Os mecanismos envolvidos na liberação dos miRNAs no sangue permanecem não bem compreendidos.O fato de que esses c-miRNAs podem ser detectados em sangue periférico os tornam potencialmente utilizáveis para testes rápidos e fáceis, auxiliando o diagnóstico ou guiando terapias.

O primeiro estudo em camundongos mostrou que o nível plasmático de miR-208 (Mirna cardio específico)está relacionado com a lesão do miocárdio, sendo detectável após a indução dessa lesão¹⁸. Em humanos, os miRNAsmiR-1^32,33, miR-133³⁴, miR-208a³⁵ e miR-499³⁶ foram propostos como bons biomarcadores de infarto agudo do miocárdio, apresentando níveis plasmáticos significativamente mais elevados quando comparados a pacientes sem a condição.

Cheng e cols.³² relataram que os perfis de miRNAs no miocárdio são expressos diferencialmente na dependência da etiologia da insuficiência cardíaca, sugerindo que cada forma etiológica é caracterizada por um perfil de expressão de miRNA distinto³². Porém, a necessidade de um procedimento invasivo para obtenção de amostras do miocárdio torna a aplicação clínica dessa abordagem muito limitada. No entanto, uma recente evidência demonstrou que o c-miRNA miR-423-5p apresenta uma expressão aumentada durante a insuficiência cardíaca e pode ser usado como um biomarcador³⁷.

Em 2009, Matkovich e cols. avaliaram o perfil de expressão de miRNAs em pacientes com insuficiência cardíaca antes e depois de tratamento comdispositivosde assistência ventricular esquerda. Curiosamente, 71,4% dos miRNAs diferencialmente regulados na insuficiência cardíaca foram normalizados após o tratamento³⁸. Esses resultados sugerem que os miRNAs podem servir como marcadores de recuperação do miocárdio em pacientes com insuficiência cardíaca avançada.

MicroRNAs no tratamento da insuficiência cardíaca

Recentemente, duas estratégias terapêuticas envolvendo o conhecimento acerca dos miRNAs têm sido estudadas: o uso de antagomirs e mimetizadores de miRNA (miRmimics). Essas estratégias se baseiam na normalização do nível tecidual de miRNAs específicos, silenciando aqueles que se apresentam super expressados ou repondo aqueles que apresentam um déficit na sua expressão em processos patológicos (fig. 2).

Em um estado patológico em que determinados miRNAs estejam super expressados, a primeira coisa que se pensa é como intervir no efeito causado pelo aumento excessivo da expressão desses miRNAs. Para esse propósito foi desenvolvido uma classe de antimiRNAs chamada antagomirs.

Os antagomirs são pequenas sequências nucleotídicas antagônicas, de fitas simples, sintetizadas artificialmente para ser perfeitamente complementares a um miRNA maduro específico. Quando injetados sistêmica ou localmente, os antagomirs interagem com os miRNAs no citoplasma e hibridizam especificamente com o miRNA maduro alvo dificultando a ligação do miRNA com o seu respectivo RNAm. Dessa forma, os antagomirs atuam como inibidores competitivos de miRNAe levam a uma diminuição do efeito causado pelo aumento excessivo da expressão de determinadosmiRNAs³⁹.

Longe de ser utópica, essa estratégia terapêutica já vem sendo estudada por diversos pesquisadores. Em estudo pioneiro, Thum e cols.⁴⁰ induziram ratos à hipertrofia cardíaca por meio de sobrecarga de pressão. Após três semanas foi administrado um antagomir desenvolvido para inibir funcionalmente o miR-21 (miRNAsuperexpressado em fibroblastos cardíacos durante a hipertrofia). Como resultado, foi observado que os ratos apresentaram uma regressão significativa da hipertrofia cardíaca e fibrose, além da atenuação do comprometimento da função cardíaca⁴⁰. Outra abordagem de sucesso foi publicada em 2011 por Montgomery e cols.⁴¹ em que o antimiR-208a foi administrado sistemicamente durante a hipertensão induzida por insuficiência cardíaca em ratos hipertensos levando a um potente silenciamento de miR-208a no coração. A inibição terapêutica de miR-208a evitou a alteração patológica da miosina e remodelamento cardíaco, melhorando a função cardíaca e a sobrevida⁴¹.

Esses resultados demonstram que o uso de antagomirs pode ser útil na prevenção e/ou reversão da hipertrofia cardíaca. No entanto, a maioria dos estudos até a data concentrou-se em "silenciar" apenas miRNAs isolados. Porém, tendo em vista que mais de um miRNA pode estar envolvido no processo patológico, provavelmente diversos miRNAs terão de ser silenciados para a obtenção de uma terapia eficaz.

Assim como o aumento da expressão de alguns miRNAs pode estar relacionado ao desencadeamento de processos patogênicos, a diminuição da expressão de miRNAs específicos também pode levar a um estado patológico.

A intervenção a ser feita para normalizar o nível de expressão destes miRNAs, no entanto, é baseada na administração de moléculas que irão mimetizar funcionalmente os miRNAs naturais.

Os mimetizadores de miRNA (miRmimics) são sequências nucleotídicas artificiais curtas, dupla fitas, que se assemelham aos precursores de miRNA (pre-miRNA).Ao serem introduzidos nas células os mimetizadores de Mirna são reconhecidos pela maquinaria da biogênese dos miRNA e processados pela enzima Dicer, sendo em seguida incorporados ao complexo enzimático RISC. Dessa forma, os mimetizadores irão funcionar como uma reposição dos miRNAs pouco expressos regulando o mRNA-alvo como osmiRNAs endógenos⁴².

A reposição de miRNAs, no entanto, está sujeita a um obstáculo adicional: a especificidade. Os mimetizadores de miRNA devem atuar apenas sobre o tecido alvo. De outra forma, como no caso de serem administrados sistemicamente, poderiam resultar em um ou mais miRNAs exercendo função regulatória em tecidos em que esses miRNAs normalmente não são expressos. Essa regulação errônea provavelmente levaria ao desencadeamento de efeitos colaterais.

Para superar esse obstáculo, são necessários sistemas de administração mais complexos e precisos. Para tal, o emprego de vetores virais vem sendo promissor. Esses vetores são produzidos pela bioengenharia a partir de vírus não patogênicos pertencentes à família Parvovirida e que possuem uma alta afinidade pelo miocárdio⁴³.

Assim como os antagomirs, a eficácia terapêutica dos mimetizadores de Mirna também vem sendo estudada. Em estudo conduzido por Suckau e cols., um vetor viral otimizado com mimetizadores foi utilizado com sucesso em ratos com pressão de sobrecarga. Como resultados, os autores observaram que houve uma normalização da dilatação cardíaca e uma redução significativa da hipertrofia cardíaca, diâmetro dos cardiomiócitos e fibrose cardíaca⁴⁴.

Conclusão

A compreensão da biologia dos miRNAs e o seu papel nos processos patogênicos é uma nova e estimulante fronteira na medicina cardiovascular. Está cada vez mais evidente o potencial dos miRNAs como novas ferramentas no diagnóstico e prognóstico, assim como promissoras estratégias terapêuticas em muitas subáreas da cardiologia, incluindo a insuficiência cardíaca. Entretanto, antes de se tornarem uma realidade, muitos estudos ainda são necessários. Ultrapassado os obstáculos, as terapêuticas baseadas em miRNA podem tornar-se parte do arsenal do cardiologista no tratamento, diagnóstico e prognóstico da insuficiência cardíaca.

Potencial Conflito de Interesses

Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.

Fontes de Financiamento

O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.

Vinculação Acadêmica

Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.

Artigo recebido em 31/08/11; revisado recebido em 25/10/11; aceito em 10/11/2011.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  21 Jun 2012
• Data do Fascículo
  Abr 2012

Histórico

• Recebido
  31 Ago 2011
• Aceito
  10 Nov 2011
• Revisado
  25 Out 2011