Identification and characterization of miRNA-133b as a novel regulator of death receptor mediated apoptosis

Abstract

MicroRNAs (miRNAs) sind endogenene kurze RNA-Moleküle, die zentrale Aufgaben bei der Regulation der eukaryotischen Zellhomöostase erfüllen. MiRNAs wurden bereits als potente Immunregulatoren beschrieben. Trotz dieser Erkenntnisse blieb die Rolle dieser kurzen RNA Moleküle in Infektionen mit Mycobacterium tuberculosis weitgehend unerforscht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein miRNA-Expressionsprofil von Makrophagen generiert, die mit Mycobacterium tuberculosis infiziert waren. Dies ermöglichte die Identifizierung von miRNAs, welche bei der Infektion differenziell reguliert waren. Anhand eines ex-vivo-Modells von Todesrezeptor-induzierter Apoptose konnte gezeigt werden, dass miRNA-133b apoptoseresitente Zellen empfindlich gegen Tumornekrosefaktor-alpha (TNFalpha), TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) oder CD95 ligand (Fas/APO1 ligand) induzierte Zytotoxizität machte. Eine umfassende Studie führte zur Identifizierung der anti-apoptotischen Proteine Fas apoptosis inhibitory molecule (FAIM) und glutathione-S-transferase pi (GSTP1) als direkte Zielgene für miRNA-133b. Desweiteren zeigte sich die Expression von Osteoprotegerin (OPG) und Fettsäuresynthase (FASN), als miRNA-133b abhängig. Dies unterstrich die pleiotrope Art der pro-apoptotischen Aktivität dieser miRNA. Die Expression von miRNA-133b wurde durch Mitglieder der Toll-like Rezeptor (TLR)-Familie aktiviert. MiRNA-133b Transfektion führte zu einer verstärkten Aktivierung des Transkriptionsfaktors nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-kappaB). Diese resultierte in erhöhten Mengen an Interleukinen 6 und 8 (IL6/8). Diese Ergebnisse stellen die erste detaillierte Charakterisierung von miRNA-133b im Zusammenhang der Todesrezeptor-vermittelten Apoptose und der angeborenen Immunität dar. Die erforschten molekularen Wechselwirkungen ergänzen und bereichern das Verständnis über die regulatorischen molekularen Mechanismen, die mit der Tumorentstehung und Entzündung verbunden sind.

MicroRNAs (miRNAs) are endogenous short RNA molecules which perform essential tasks in the regulation of eukaryotic cell homeostasis. During the past few years miRNAs have emerged as very potent immune regulators. Despite the consequences of this discovery for our understanding of immune response regulation hitherto virtually nothing is known about miRNA function during innate immunity to Mycobacterium tuberculosis. Herein, a miRNA expression profile of human macrophages infected with Mycobacterium tuberculosis was generated. This led to the identification of miRNAs being differentially regulated during infection. By using an experimental ex-vivo model of death receptor (DR)-induced apoptosis it could be demonstrated that miRNA-133b rendered apoptosis-resistant cells sensitive to tumor necrosis factor-alpha (TNFalpha)-, TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL)- or CD95 ligand (Fas/APO1 ligand)-activated cytotoxicity. Comprehensive analysis led to the discovery of the anti-apoptotic proteins Fas apoptosis inhibitory molecule (FAIM) and glutathione-S-transferase pi (GSTP1) as direct miRNA-133b targets. Moreover, underlining the pleiotropic and synergistic nature of miRNA activity, the expression of osteoprotegerin (OPG) and fatty acid synthase (FASN) could be further proven as miRNA-133b dependent. Expression of miRNA-133b increased following innate immune activation by members of the Toll-like receptor (TLR) family. MiRNA-133b enhanced the activity of the transcription factor nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-kappaB). This translated into increased levels of the pro-inflammatory interleukins 6 and 8 (IL6/8). The results presented in this work represent the first detailed characterization of miRNA-133b in the context of DR-mediated apoptosis and innate immunity. The molecular interactions dissected herein improve the understanding of the regulatory processes associated with tumorigenesis and the immune response.