Platelet miRNAs 103 and 155 are differentially expressed in patients with symptomatic coronary artery disease

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URI: http://hdl.handle.net/10900/130789
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:21-dspace-1307896
http://dx.doi.org/10.15496/publikation-72150
Dokumentart: Dissertation
Date: 2022-08-12
Language: English
Faculty: 4 Medizinische Fakultät
Department: Medizin
Advisor: Gawaz, Meinrad (Prof. Dr.)
Day of Oral Examination: 2022-05-18
DDC Classifikation: 000 - Computer science, information and general works
License: Publishing license including print on demand
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Inhaltszusammenfassung:

Die koronare Herzerkrankung (KHK) ist statistisch gesehen nach wie vor die häufigste Todesursache weltweit. Sie verursacht jährlich über 7 Millionen Todesfälle und wird durch atherosklerotische Veränderung und Stenosierung beziehungsweise Verschluss von Koronargefäßen verursacht (1, 3). Eine Einteilung kann je nach Ausprägung und Pathophysiologie der Erkrankung in das akute Koronarsyndrom (ACS) und das chronische/stabile Koronarsyndrom (CCS) erfolgen. Eine weitere Subgruppe des ACS stellt der akute Myokardinfarkt dar. Dieser ist durch eine akute Myokardschädigung charakterisiert (4, 8, 9). MircoRNAs (miRNAs) sind kurze RNA Fragmente, welche wichtige Rollen in der Genregulation von Pflanzen und Tieren übernehmen (22). Sie besitzen eine Länge von circa 22 Nukleotiden und kodieren selbst keine Proteintranslation. Ihre genregulatorischen Effekte kommen über die Bindung, Inhibierung und Degeneration von messenger RNA (mRNA) über so genannte Argonautproteine zu Stande (24). Die Rolle von miRNAs in der Pathogenese der Atherosklerose und somit der Entstehung der KHK ist bekannt (27). Mehrere Autoren konnten bereits unterschiedliche Expressionsmuster von miRNAs im Plasma sowie im Serum von Patienten mit unterschiedlichen Ausprägungen der KHK nachweisen (29). Thrombozyten spielen eine zentrale Rolle in der Pathophysiologie der KHK. Da sie keinen Zellkern besitzen, ist die Transkription nicht möglich. Trotzdem enthalten Thrombozyten große Mengen an mRNAs. Dies erlaubt ihnen eine Translation und Proteinsynthese (30, 52). Da die regulatorische Möglichkeit der Transkription entfällt, liegt eine Regulation durch miRNAs nahe. Dennoch gibt es aktuell nur wenige Studien, die das Expressionsprofil von miRNAs in Thrombozyten von Patienten mit KHK vergleichen. Nach ausführlicher Literaturrecherche erfolgte der Studieneinschluss von 100 Patienten, welche sich notfallmäßig oder elektiv in der Abteilung für Kardiologie der Universitätsklinik Tübingen zur Koronarangiographie vorstellten. Einschlusskriterien waren ein Alter über 18 Jahren sowie eine invasiv (mittels Koronarangiographie) diagnostizierte KHK. Bei 33 Patienten wurde ein akuter Myokardinfarkt diagnostiziert (MI), 67 wurden als chronisches Koronarsyndrom klassifiziert (CCS) (anhand der entsprechenden ESC Leitlinien) (8, 9). 60ml Blut wurden periinterventionell abgenommen. Eine sofortige Isolation und Lagerung der Thrombozyten bei -80° Celsius erfolgte. Die Studie entspricht der Helsinki Deklaration sowie den Leitlinien für Gute klinische Praxis. Eine Zustimmung der verantwortlichen Ethik Kommission (270/2011B01) sowie (238/2018BO2) wurde eingeholt. MiRNA Isolation sowie Messungen wurden in Kooperation mit Professor Matthias Schwab, Dr. Stefan Winter und Dr. Elke Schaeffeler am Dr. Margarete Fischer-Bosch Institut für klinische Pharmakologie (Auerbachstraße 112, 70376 Stuttgart, Deutschland) mittels quantitativer Echtzeit-PCR durchgeführt. Die Expression von 62 miRNAs mit aus der Literatur bekannter physiologischer oder pathophysiologischer Funktion im Herz-Kreislaufsystem wurden gemessen. Die statistische Auswertung erfolgte in Kooperation mit Dr. Bernhard Drotleff (Pharmazeutisches Institut, Universität Tübingen, Auf der Morgenstelle 8, 72076 Tübingen, Deutschland). Die Datenverarbeitung wurde mit den Programmen Excel 2019 (Microsoft, Redmond, WA, USA), SPSS Statistics 23 (IBM, Armonk, NY, USA), Origin 2019 (OriginLab, Northampton, MA, USA), sowie RStudio 1.2.1335 (R version R-3.5.1, R Foundation for Statistical Computing, Wien, Österreich) durchgeführt (112). Fehlende Daten (1.48% des gesamten Datensets) wurden mittels einer „random forrest“ Methode ergänzt (90). Ergänzend erfolgte ein Jahr nach Probenisolation eine Durchsicht der elektronischen Klinikdatenbank zur Erfassung von erneuten Echokardiographien beziehungsweise erneuten Lävokardiographien. Durch Messung der systolischen LV Funktion konnten für 48 Patienten Verlaufsdaten generiert werden. Die Patientencharakteristika zeigten Unterschiede zwischen den beiden Gruppen (MI und CCS): CRP war in der MI Gruppe höher und Patienten in der CCS Kohorte wurden öfter mit Clopidogrel und Statinen behandelt (Dauertherapie vor Klinikeinweisung). Zudem zeigten Patienten der MI Kohorte eine niedrigere systolische LV Funktion bei Aufnahme. Da das miRNA Expressionsprofil von multiplen klinischen Faktoren beeinflusst werden kann, wurden 28 Patienten aus der CCS Gruppe (Matched Control) mit 28 Patienten aus der MI Gruppe nach Alter, Geschlecht, Diabetes sowie Vorliegen eines chronischen Nierenversagens gematcht. Fünf Patienten aus der MI Gruppe konnten nicht gematcht werden und wurden für diese Gruppenvergleiche ausgeschlossen. Um Trends in der globalen Expression der gemessenen miRNAs im Patientenkollektiv zu untersuchen, wurde eine hierarchische Clusteranalyse durchgeführt und eine Heatmap erstellt. Hier zeigte sich ein heterogenes Verteilungsmuster. Es war kein Trend im Verteilungsmuster zwischen den beiden Gruppen (MI und CCS) erkennbar. Um Unterschiede der miRNA Expressionsprofile zwischen den beiden Gruppen der einzelnen miRNAs zu untersuchen, wurden Volcano plots generiert: Es stellten sich eine signifikant niedrigere Expression der miRNAs 103a-3p und 155-5p in Patienten aus der MI Gruppe dar. Dieses Ergebnis konnte in einem Vergleich der Matched Control mit der MI Gruppe verifiziert werden. Zusätzlich zeigte sich in dieser Analyse die Expression der miRNAs 30a-5p, 30b-5p, 30c-5p, 140-3p, 185-3p, 221-3p und 425-3p in der MI Kohorte verglichen mit der Matched Control Kohorte signifikant erniedrigt. Als nächstes erfolgte ein Vergleich des miRNA Expressionsprofils zwischen Patienten mit einer Verbesserung und einer Verschlechterung der systolischen LV Funktion (∆ LVEF% <1 verglichen mit ∆ LVEF% >1). Hier zeigte ich eine erniedrigte Expression der miRNAs 21-5p, 23b-3p, 27a-3p, 29a-3p, 29b-3p, 92a-3p, 221-3p und der miRNA Vorstufe let7c-5p in der Gruppe der Patienten mit verschlechterter LV Funktion. In der Literatur finden sich Hinweise auf proatherosklerotische Effekte für die, in dieser Studie untersuchten miRNAs 103a-3p und 155-5p (92, 96). Wie oben bereits erwähnt, zeigten sich diese miRNAs in unserem Kollektiv bei Patienten mit Myokardinfarkt jedoch signifikant erniedrigt. Eine mögliche pathophysiologische Erklärung könnte die Ausschüttung von miRNAs durch aktivierte Thrombozyten darstellen. Ein miRNA Transport aus Plättchen und resultierende parakrine Effekte an glatter Muskulatur, Makrophagen und Endothelzellen wurde von mehreren Autoren beschrieben (24, 26, 70-73). Diese Mechanismen könnten auch die erniedrigte Expression der miRNAs 30a-5p, 30b-5p, 30c-5p, 140-3p, 185-3p, 221-3p und 425-3p in der MI Gruppe verglichen mit der matched control Kohorte erklären. Um diese Annahme zu erhärten, ist allerdings die Durchführung weiterer Untersuchungen erforderlich. Auch die, zwischen den Gruppen der verbesserten und verschlechterten systolischen LV Funktion unterschiedlich exprimierten miRNAs wurden bereits mit Herzinsuffizienz in Verbindung gebracht: MiRNA 27a-3p Erhöhung wurde bei Patienten mit akuter Herzinsuffizienz nachgewiesen und miRNA 29a-3p und 92a-3p Konzentrationen stiegen nach Behandlung von chronisch herzinsuffizienten Patienten mittels Resynchronisationstherapie (124, 127). MiRNA 221 Spiegel waren bei chronisch herzinsuffizienten Patienten verglichen mit einer gesunden Kontrollgruppe erniedrigt. Zudem erlaubten die Expressionslevels eine Unterscheidung zwischen Herzinsuffizienz mit reduzierter und erhaltener systolischer Funktion (109). Letztlich wurden erhöhte miRNA-21 Spiegel bei Herzinsuffizienz mit reduzierter systolischer LV Funktion in Verbindung gebracht (118). Keine dieser Messungen wurden jedoch an Thrombozyten durchgeführt. Leider erlaubt unser Studiendesign keine pathophysiologischen Rückschlüsse und dient zum jetzigen Zeitpunkt lediglich der Hypothesengeneration. Da ein potenter Biomarker für die Regeneration der systolischen LV Funktion allerdings breite, klinische Anwendung finden würde, sind weitere Studien zu diesem Thema erstrebenswert.

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