Analisi dei profili di espressione di microRNA applicata a modelli sperimentali in vitro e in vivo

Over the last decade, the discovery of microRNAs revealed a new mechanism of post-transcriptional regulation. MicroRNAs are involved in many biological processes such as development, differentiation, proliferation and cell death. Moreover, several evidences showed the pathogenic role of microRNAs in various diseases. A lot of studies used microarray technology to identify miRNAs involved in the pathogenesis, but also to obtain the expression pattern characteristic of pathology with diagnostic or prognostic assessment. These studies suggest that profiling of microRNAs may be used to understand the role they play in regulating pathophysiological processes. In this work we employed microarray technology to investigate the expression profile of microRNAs in two different experimental models: 1) an in vitro model, useful for understanding the molecular mechanisms underlying the immune response, 2) a in vivo model, suitable for studying the pathogenesis of non-alcoholic fatty liver disease, also known as NAFLD. Recently, has been explored the relationship between inflammation, innate immunity and microRNAs, which are described to be involved in regulating cellular response to microbial infection. Thus, we identified the specific expression profile of microRNAs in human dendritic cells, using an in vitro model of stimulation and activation by agonists of different Toll-like Receptors (TLRs): R848/Resiquimod, ligand of TLR7/8; LPS, ligand of TLR4; and poly(I: C), ligand of TLR3. Analysis of expression profiles identified groups of miRNAs expressed specifically in response to treatments with LPS, R848, or their combination with respect to control dendritic cells. This analysis will help to clarify their possible role in mechanisms of dendritic cells to discriminate pathogens. The non-alcoholic fatty liver disease or NAFLD is an emerging disease characterized by a wide spectrum of liver conditions from simple steatosis, steatohepatitis with or without fibrosis (NASH, non-alcoholic steatohepatitis). The etiopathogenesis of NAFLD is complex and still unclear. To identify possible molecular mechanisms involved in the development of NAFLD, we used an animal model, able to reproduce various aspects of human pathology. In this study we performed the analysis of microRNAs expression profiles in liver tissue of rats subjected to different diets. Our results showed that treatment with different ipercaloric regimens caused a significant increase in body weight and liver, and some metabolic parameters, compared to control animals, as well as different liver damage. The analysis of microRNAs showed the significant downregulation of three microRNAs (miR-122, miR-451 and miR-27a) and the up-regulation of other three microRNAs (miR-200A, miR-429 and miR-200B) in animals treated with ipercaloric diets respect to those with a standard diet. Among the potential targets of these microRNAs we found some molecules involved in the regulation of apoptosis and inflammation, but also intracellular signaling proteins, and lipid and glucose metabolism.

Nell’ultimo decennio la scoperta dei microRNA ha messo in luce un nuovo e fine meccanismo di regolazione post-trascrizionale, che interviene in molti processi quali lo sviluppo, il differenziamento la proliferazione e la morte cellulare. Inoltre, numerose evidenze hanno dimostrato il coinvolgimento dei microRNA in diverse patologie. Nella maggior parte degli studi effettuati, e' stata utilizzata la tecnologia microarray per identificare i microRNA coinvolti nei meccanismi patogenetici, ma anche per ottenere dei profili di espressione caratteristici di patologia con valore diagnostico o prognostico. Questi studi suggeriscono che l'analisi dei profili di espressione dei microRNA può essere considerata uno strumento utile per comprendere quale ruolo essi svolgono nella regolazione dei processi fisiopatologici. In questo lavoro abbiamo studiato il profilo di espressione di microRNA, mediante tecnologia microarray in due diversi modelli sperimentali: 1) un modello in vitro, utile per la comprensione dei meccanismi molecolari alla base della risposta immunitaria; 2) un modello in vivo, idoneo per lo studio della patogenesi di una patologia epatica molto diffusa nota come NAFLD ("Non-alcoholic fatty liver disease"). E' di recente scoperta la relazione tra infiammazione, immunità innata e microRNA, che sono descritti essere coinvolti nella regolazione della risposta cellulare all’infezione microbica. Noi abbiamo, così, analizzato lo specifico profilo di espressione di microRNA in cellule dendritiche umane, utilizzando un modello in vitro di stimolazione e attivazione mediante agonisti di differenti recettori Toll-like (TLRs): R848/Resiquimod, ligando del TLR7/8; LPS, ligando del TLR4; e poly(I:C), ligando del TLR3. Questa analisi ha permesso di identificare gruppi di microRNA espressi specificamente in risposta a determinati stimoli e puo' risultare utile per chiarire il possibile ruolo dei microRNA nei meccanismi attraverso i quali le cellule dendritiche discriminano i diversi patogeni. La steatosi epatica di origine non-alcolica, o NAFLD, è una patologia emergente caratterizzata da un ampio spettro di condizioni epatiche: dalla semplice steatosi, alla steatoepatite con fibrosi più o meno avanzata (NASH, non-alcoholic steatohepatitis). La patologia nelle sue forme più gravi può evolvere fino alla cirrosi e all’epatocarcinoma. La NAFLD ha una complessa eziopatogenesi ancora poco chiara. Per individuare i possibili meccanismi molecolari coinvolti nello sviluppo della NAFLD abbiamo utilizzato un modello animale, capace di riprodurre i vari aspetti della patologia umana. In prticolare, in questo studio abbiamo effettuato l’analisi dei profili di espressione dei microRNA nel tessuto epatico di ratti sottoposti a diversi regimi dietetici. I nostri risultati hanno dimostrato che il trattamento con i diversi regimi ipercalorici causa un aumento significativo del peso corporeo e del fegato, e di alcuni parametri metabolici rispetto agli animali controllo, come anche differenti danni epatici. L’analisi dei microRNA ha dimostrato la significativa deregolazione di 3 microRNA down-regolati (miR-122, miR-451 e miR-27a) e 3 up-regolati (miR-200a, miR-200b e miR-429) negli animali sottoposti alle diete ipercaloriche rispetto alla dieta standard. Fra i potenziali bersagli di tali microRNA emergono alcune molecole coinvolte nel controllo dell’apoptosi e dell'infiammazione, ma soprattutto proteine del segnale intracellulare, e del metabolismo lipidico e glucidico.