(Osteoartrite-Immagine: trattamento dell’artrosi mediante introduzione di miRNA. Credito: Dipartimento di BioMedicina dei Sistemi, TMDU).
I ricercatori della Tokyo Medical and Dental University (TMDU) hanno identificato una piccola molecola di RNA con il potenziale di aiutare a rallentare il deterioramento della cartilagine nelle persone che vivono con l’osteoartrite.
L’osteoartrite (OA) è una malattia articolare debilitante che colpisce milioni di persone in tutto il mondo. Comune nella popolazione anziana, l’OA è associata alla perdita di cartilagine nel tempo. Poiché la sostituzione articolare e il trattamento dei sintomi sono le uniche opzioni attuali, sono stati compiuti sforzi per identificare i meccanismi che regolano l’OA al fine di trovare nuovi trattamenti terapeutici. In un recente studio pubblicato su Nature Communications, un team guidato da ricercatori della Tokyo Medical and Dental University (TMDU) ha identificato una piccola molecola di RNA regolatrice nota come microRNA (miRNA o miR) che partecipa all’equilibrio tra produzione e degenerazione della cartilagine. I ricercatori hanno esaminato la molecola madre del miR-455 che è insolita in quanto crea due diversi filamenti di miRNA funzionale, 5p e 3p.
I singoli miRNA prendono di mira un repertorio di geni che contengono la loro specifica sequenza di legame nel messaggio genico. Per questo motivo, possono regolare numerosi geni contemporaneamente. Quando si lega a un messaggio genetico, il miRNA può impedirne la conversione in proteina o causare la completa degradazione del messaggio. Uno studio precedente ha dimostrato che l’eliminazione del filamento miR-455-3p nei topi provoca la degenerazione della cartilagine del ginocchio del topo, ma i dettagli e l’effetto del filamento 5p sono rimasti poco chiari.
“Il miR-455 gioca chiaramente un ruolo significativo nella regolazione della cartilagine, ma non comprendiamo appieno il meccanismo che lo controlla“, afferma l’autore principale dello studio Yoshiaki Ito. “Il nostro interesse per l’argomento è stato suscitato da questa mancanza di informazioni e rafforzato dall’eccezionalità del miR-455 nel generare due distinti filamenti di miRNA che hanno entrambi effetti biologici“.
Vedi anche:Possibili nuovi percorsi per il trattamento dell’osteoartrite
I ricercatori hanno esaminato i livelli di miR-455 in campioni di cartilagine umana e hanno scoperto che gli individui con OA avevano quantità significativamente inferiori di questo miRNA. Hanno quindi generato topi knockout per il miR-455 e confermato la degenerazione della cartilagine simile all’OA nelle articolazioni del ginocchio una volta che i topi avevano sei mesi.
Spiegano gli autori:
“L’osteoartrite (OA) è caratterizzata dalla progressiva perdita della cartilagine articolare. Può interessare tutti i tessuti articolari, portando a disfunzioni e dolori articolari e cambiamenti sistemici e dell’organismo che riducono la qualità della vita, avviano o aggravano le comorbilità e riducono l’aspettativa di vita. L’attuale trattamento per l’OA è generalmente limitato alla sostituzione articolare invasiva e al trattamento sintomatico; pertanto, c’è un bisogno critico di identificare nuovi meccanismi che potrebbero essere utilizzati per sviluppare terapie mirate. Nell’OA, la cellularità della cartilagine è ridotta dalla morte dei condrociti e i condrociti rimanenti sono attivati da citochine e fattori di crescita, portando all’inizio di processi catabolici e differenziazione/funzioni anomale che degradano la matrice extracellulare (ECM) . Si stanno caratterizzando i meccanismi molecolari che governano la differenziazione articolare dei condrociti durante lo sviluppo e il mantenimento della cartilagine articolare e questo ha il potenziale per portare a nuovi interventi terapeutici. I miRNA sono una classe di piccoli RNA non codificanti che svolgono ruoli critici nei processi biologici come regolatori negativi dell’espressione genica promuovendo la degradazione dell’RNA messaggero (mRNA) e/o reprimendo la traduzione di mRNA codificanti proteine. I miRNA svolgono un ruolo critico sia nello sviluppo della cartilagine che nell’omeostasi e sono coinvolti nella patogenesi dell’OA. Il miR-140 mostra un modello di espressione specifico della cartilagine e la sua espressione è indotta da Sox9. È fortemente espresso nella cartilagine articolare matura normale e il suo livello di espressione è significativamente ridotto nella cartilagine dell’OA. Inoltre, i topi knockout per miR-140 mostrano il fenotipo dell’insorgenza precoce di cambiamenti simili all’OA, suggerendo che il miR-140 agisce per mantenere l’omeostasi della cartilagine. Altri miRNA espressi nella cartilagine sono stati identificati e hanno dimostrato di regolare la differenziazione, la sopravvivenza cellulare, la produzione di citochine infiammatorie e gli enzimi che degradano la matrice. In questo studio, dimostriamo che le espressioni di miR-455-5p e -3p dallo stesso precursore miR-455 (pre-miR-455) sono sovraregolate dalla sovraespressione di Sox9. Recentemente, è stato riportato che i topi knockout miR-455-3p anziani mostrano una significativa degenerazione della cartilagine del ginocchio, indicando che miR-455-3p è un regolatore critico dell’omeostasi della cartilagine. Tuttavia, i meccanismi delle funzioni del miR-455 nell’omeostasi della cartilagine rimangono in gran parte sconosciuti. In questo studio, abbiamo generato topi knockout per miR-455 e confermato un fenotipo simile all’OA correlato all’età simile al rapporto precedente. Abbiamo anche studiato gli obiettivi di miR-455 dal sistema libreria reporter, che è un sistema di screening basato su cellule per gli obiettivi dei regolatori post-trascrizionali. Questo sistema ha identificato Hif-2α, un importante fattore catabolico per la cartilagine, come bersaglio sia di miR-455-5p che di -3p. Il knockdown di HIF-2α nella cartilagine knockout miR-455 di 6 mesi salva l’elevata espressione di geni correlati alla degenerazione della cartilagine. Inoltre, per esaminare l’effetto terapeutico dei miR-455, abbiamo eseguito la sovraespressione dei miR-455 nei topi modello OA“.
“Ci siamo interessati a quali geni specifici fossero sovraespressi in questi topi a causa dell’assenza di una regolazione mediata da miR-455”, afferma Hiroshi Asahara, autore senior. “Abbiamo eseguito uno screening genetico dettagliato e abbiamo scoperto che il messaggio genico per una proteina chiamata fattore 2α inducibile dall’ipossia (HIF-2α) era tra gli obiettivi di miR-455“. HIF-2α è una proteina coinvolta nella rottura della cartilagine. Pertanto, il team ha iniettato versioni sintetiche di miR-455-3p e 5p nelle articolazioni del ginocchio di topi modello OA e ha ottenuto la degenerazione inibita della cartilagine. Anche l’espressione di HIF-2α è diminuita significativamente dopo il trattamento con miR-455.
“I nostri risultati non solo ci aiutano a comprendere meglio la biologia della regolazione della cartilagine e la patogenesi dell’OA, ma mostrano anche che il miR-455 ha il potenziale per essere sviluppato in un nuovo metodo terapeutico per il trattamento dell’OA“, spiega Ito.
Sono in corso ricerche considerevoli per utilizzare i miRNA come terapie mirate per un’ampia varietà di malattie. Questo studio fornisce un forte supporto per l’utilizzo di entrambi i filamenti di miR-455 per l’OA.
