De functionele relevantie van microRNAs bij COPD

  • Naam promovendus: Dr C.A. Brandsma
  • Instituut Universiteit: UMCG

Het doel van dit project is om de rol van miRNAs in de biologische processen relevant voor weefselherstel en bindweefselproductie te onderzoeken in longfibroblasten van COPD patiënten en gezonde controles. Binnen de COPD patiënten zullen we ook de fibroblasten vergelijken die afkomstig zijn uit luchtwegen en afkomstig rondom longblaasjes. Daarnaast willen we ook de invloed van rookblootstelling onderzoeken en zullen we fibroblasten afkomstig van gezonde rokers en ex-rokers vergelijken. Met deze strategie willen we miRNAs identificeren die een belangrijke rol spelen bij de abnormale weefselherstelreactie in COPD en mogelijk geschikt zijn als target voor toekomstige therapieën.

COPD is een chronische longaandoening die gekenmerkt wordt door luchtwegvernauwing en longemfyseem. Opvallend is dat de luchtwegvernauwing mede veroorzaakt wordt door toegenomen bindweefselproductie, terwijl longemfyseem juist veroorzaakt wordt door verlies van bindweefsel. Tussen COPD patiënten bestaat een grote variatie in de aanwezigheid van luchtwegvernauwing en longemfyseem, welke mogelijk kan verklaren waarom de ene patiënt beter op behandeling reageert dan de andere.
Roken is de belangrijkste risicofactor voor COPD, maar het is onduidelijk hoe roken bijdraagt aan de abnormale weefselherstelreactie in COPD met toegenomen bindweefselproductie in de luchtwegen en verlies van bindweefsel rondom de longblaasjes. Beter inzicht in de abnormale weefselherstelreactie in COPD is nodig voor de ontwikkeling van nieuwe behandelingen.
MicroRNAs (MiRNAs) zijn kleine moleculen die de productie van nieuwe eiwitten kunnen remmen. Op deze wijze spelen miRNAs een belangrijke rol bij veel biologische processen waaronder celdeling, celdifferentiatie en immuunreacties. Aangezien veel van deze processen belangrijk zijn bij COPD en de vorming van veel, zo niet alle eiwitten beïnvloed kan worden door miRNAs, is het aannemelijk dat abnormaal functioneren van miRNAs een belangrijke rol speelt bij de ontwikkeling van COPD. Belangrijk is dat miRNAs een uitermate geschikt aangrijpingspunt vormen voor nieuwe therapieën.
In dit project gaan we de rol van microRNAs onderzoeken bij de abnormale weefselherstelreactie in COPD. Omdat fibroblasten de structurele cellen zijn in de long die bindweefsel produceren en een belangrijke rol spelen bij de weefselherstelreactie in de long gaan we ons in dit project richten op de rol van miRNAs in longfibroblasten.
In eerder onderzoek hebben wij aangetoond dat er verschillen bestaan tussen longfibroblasten afkomstig van COPD patiënten en van controles. Daarnaast hebben we recent laten zien dat de regulering van bindweefselproductie verschillend is tussen fibroblasten die afkomstig zijn uit de luchtwegen in vergelijking met fibroblasten die afkomstig zijn rondom longblaasjes bij COPD. Fibroblasten afkomstig uit luchtwegen produceren veel bindweefsel na stimulatie, terwijl fibroblasten rondom de longblaasjes weinig bindweefsel produceren. Deze bevindingen duiden op een verminderd weefselherstel van fibroblasten afkomstig rondom longblaasjes, wat past bij emfyseem, en een ongecontroleerd weefselherstel van fibroblasten afkomstig uit de luchtwegen, wat past bij vernauwing van de luchtwegen.
Onze hypothese is dat verschillen in miRNA expressie bijdragen aan de functionele verschillen tussen fibroblasten van COPD patiënten en controles en binnen COPD patiënten tussen luchtwegfibroblasten en fibroblasten afkomstig rondom de longblaasjes.
Het doel van dit project is om de rol van miRNAs in de biologische processen relevant voor weefselherstel en bindweefselproductie te onderzoeken in longfibroblasten van COPD patiënten en gezonde controles. Binnen de COPD patiënten zullen we ook de fibroblasten vergelijken die afkomstig zijn uit luchtwegen en afkomstig rondom longblaasjes. Daarnaast willen we ook de invloed van rookblootstelling onderzoeken en zullen we fibroblasten afkomstig van gezonde rokers en ex-rokers vergelijken. Met deze strategie willen we miRNAs identificeren die een belangrijke rol spelen bij de abnormale weefselherstelreactie in COPD en mogelijk geschikt zijn als target voor toekomstige therapieën.

Abstract

COPD is a currently incurable life-threatening lung disease, which has become a leading cause of death in the western world. Smoking is the major risk factor for COPD, but how it leads to COPD is largely unknown. Most COPD patients suffer from variable degrees of irreversible emphysematous lung tissue destruction, chronic bronchitis and small airways disease. Better insight in the mechanisms of these smoke-induced tissue repair and remodeling processes and the differential effects on airways and lung parenchyma is needed for development of new individualized treatment strategies for patients with COPD.
MicroRNAs (miRNAs) are small non-coding RNAs, which target protein coding genes (mRNAs) causing downregulation of target protein expression. The importance of miRNAs has already been demonstrated in a variety of diseases and biological processes, including cell proliferation, cell differentiation, immune responses and carcinogenesis. Since several of these biological processes are also involved in COPD pathogenesis and the expression of > 30% of all genes is controlled by miRNAs, we postulate that genes involved in tissue repair and remodeling are aberrantly regulated by miRNAs in COPD.
In this project we aim to elucidate the role of miRNAs in the abnormal lung tissue repair and remodeling response in COPD. Since fibroblasts are the principal cells in the lung involved in the repair of damaged tissue by the production of extracellular matrix (ECM), we will focus on the role of miRNAs in pulmonary fibroblasts.
Pulmonary fibroblasts are sensitive to the effects of transforming growth factor beta (TGFß). TGFß is a key cytokine in tissue repair and remodelling that signals via activation of the intracellular Smad pathway and induces ECM production in fibroblasts. We have previously shown a differential regulation of the Smad pathway in pulmonary fibroblasts from COPD patients and controls. More recently we observed a difference in the regulation of collagen production between airway and parenchymal fibroblasts in COPD. TGFß stimulation resulted in a marked increase in collagen production in airway fibroblasts, but not in parenchymal fibroblasts from COPD patients, suggesting a lack of repair capacity in the parenchyma.
We hypothesize that deregulated miRNA expression, possibly involving effects of smoking or TGFß, underlies the abnormal tissue repair and remodelling response in COPD by affecting pulmonary fibroblast function.
In this project we will use miRNA expression profiling in combination with genome wide miRNA target gene identification in pulmonary fibroblasts to identify the key miRNAs and target genes relevant to abnormal tissue repair and remodeling in COPD. Moreover, we will make the translation from identification of candidate miRNAs as identified by expression profiling to biological function using in vitro models with airway and parenchymal fibroblasts from COPD patients and controls.
With this approach we will gain new and functionally relevant information on the mechanisms underlying the abnormal tissue repair and remodeling response in COPD and the role of fibroblasts in this respect. Importantly, due to their small size, miRNAs are suitable targets for therapeutic intervention. As the first miRNA targeted drugs are already tested in clinical trials, our findings may result in direct leads for the development of miRNA based innovative treatments for patients with COPD.

  • Bedrag:
    -250.000,00
  • Looptijd:
    5 jaar, 1 maand en 1 dag
  • Soort subsidie:
    Research Project
  • Andere aanvragers/partners:
     
    prof D.S. Postma
  • Projectnummer:
    3.2.12.044