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Title
MicroRNA-146a controls local bone destruction by regulating fibroblast induced osteoclastogenesis in inflammatory arthritis / submitted by Victoria Saferding
Additional Titles
MicroRNA-146a kontrolliert die lokale Knochenzerstörung durch Regulation von Fibroblast induzierter Osteoklastogenese in der entzündlichen Arthritis
AuthorSaferding, Victoria
Thesis advisorBlüml, Stephan
Published2017
DescriptionXVI, 142 Seiten : Illustrationen
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Diss., 2017
Date of SubmissionSeptember 2017
LanguageEnglish
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)miR-146a / Fibroblast / Arthritis / Osteoklast / Metabolismus
Keywords (EN)miR-146a / Fibroblast / Arthritis / Osteoclast / Metabolism
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-12232 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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MicroRNA-146a controls local bone destruction by regulating fibroblast induced osteoclastogenesis in inflammatory arthritis [5.11 mb]
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Abstract (German)

MicroRNAs (miRNAs) sind nicht codierende RNAs, deren Funktion ist es die Genexpression durch post-transkriptionale Hemmung oder Abbau ihrer Ziel mRNA zu regulieren. Sie sind wichtig in der Kontrolle vieler biologischer Prozesse, wie Entwicklung, Zellproliferation, Immunität sowie auch in vielen Erkrankungen wie Krebs und Arthritis.

Rheumatoide Arthritis (RA) ist die häufigste entzündliche rheumatische Erkrankung, eine autoimmune Funktionsstörung, die vor allem die Gelenke schädigt. Diese Erkrankung führt zu Gelenksentzündung, Zerstörung des Knorpels und Knochenverlust. Bislang sind allerdings noch viele Aspekte der Pathogenese dieser Erkrankung unbekannt. Unter der ständig wachsenden Zahl an neu entdeckter miRNAs, wurde miR-146a als ein Schlüssel-Regulator der angeborenen Immunantwort identifiziert und zeigte darüber hinaus auch eine Inhibierung der Krebsentwicklung in myeloiden Zellen.^ ^Ihre Expression wurde in RA Gelenken nachgewiesen, jedoch ist die Rolle der miR-146a in der Entwicklung der entzündlichen Arthritis bislang unbekannt.

In dieser Dissertation zeigen wir erstmalig, dass die miR-146a neben ihrer antiinflammatorischen Funktion auch eine wichtige regulatorische miRNA in der Arthritis ist. Da sie Knochenzerstörung und Osteoclastogenese durch Regulation myeloider und auch mesenchymaler Zellen kontrolliert. Die Abwesenheit der miR-146a führt zu einem gesteigerten Schweregrad zweier unterschiedlicher Krankheitsmodelle der Arthritis, welche beide hauptsächlich abhängig vom angeborenen Immunsystem sind. Die induzierte Serum-transfer Arthritis führte zu erhöhten klinischen Anzeichen in Mäusen denen miR-146a fehlte, im Vergleich zu ihren Wild Typ (wt) Kontrollen.^ Die gesteigerten Serumlevel der proinflammatorischen Zytokine Interleukin-12 (IL-12) und Interleukin-6 (IL-6), gemessen in Mäusen denen miR-146a fehlte verglichen zu wt Mäusen, veranschaulichte die antiinflammatorische Funktion dieser miRNA. Einkreuzung der miR-146a-/- in die hTNFtg Maus führte zu einer signifikanten Steigerung an synovialer Entzündung und zu einer beachtlichen mehr als zweifach erhöhten lokalen Knochenzerstörung, in histologischen Untersuchungen der Hinterpfoten dieser Mäuse, bedingt durch eine gesteigerte Produktion an Osteoclasten in den Fußwurzelgelenken in miR-146a-/-/hTNFtg verglichen zu hTNFtg Mäusen. Jedoch der Fakt, dass der systemische Knochenverlust vergleichbar zwischen hTNFtg und miR-146a-/-/hTNFtg Mäusen war, deutet darauf hin, dass die miR-146a eine wichtige Rolle lokal unter entzündlichen Konditionen spielt.^ In der Tat konnten wir gesteigerte Level an IL-1 und Receptor Activator of Nuclear B Ligand (RANKL) und reduzierte Expression an Osteoprotegerin (OPG) lokal in den Hinterpfoten von miR-146a-/-/hTNFtg verglichen zu hTNFtg Mäusen feststellen. Analyse von synovialen Fibroblasten, mesenchymale Zellen die eine wichtige Rolle in der Arthritis spielen, zeigte gesteigerte Proliferation in vitro als auch in vivo in miR-146a defizienten Zellen. Stimulierung von synovialer Fibroblasten mit IL-1, ein bedeutendes Zytokin in der Arthritis Erkrankung, induzierte erhöhte Expression an RANKL und TRAF6 in miR-146a-/- Zellen.^ Darüber hinaus zeigten Knochenmark-Transplantionsversuche eine entscheidende Rolle der miR-146a in mesenchymalen Zellen in der Kontrolle der lokalen Osteoclasten Generierung und Knochenzerstörung.

Diese Daten veranschaulichen, dass miR-146a eine wichtige abschwächende Rolle in der entzündlichen Arthritis spielt, hauptsächlich in der lokalen Knochenzerstörung, durch die Kontrolle der Expression von osteoclastogenen Faktoren durch mesenchymale Zellen. Dies zeigt die äußerst wichtige Rolle der miR-146a in der Reduktion von Knochenerosionen und auch ihre antiinflammatorische Wirkung in Arthritis, die eventuell für Therapien genutzt werden kann.

Abstract (English)

MicroRNAs (miRNAs) are non-coding RNAs, function in regulation of gene expression by post transcriptional repression or degradation of their mRNA targets. They are important in controlling many biological processes like development, cell proliferation, immunity and they are also implicated in many diseases such as cancer and arthritis.

Rheumatoid arthritis (RA), the most frequently inflammatory rheumatic disease, is an autoimmune disorder which primarily affects joints. This disease leads to joint inflammation, destruction of cartilage and local and systemic bone loss. However, many aspects of the pathogenesis of RA are not known.

Among the constantly growing numbers of new miRNAs discovered, miR-146a was shown to be an important regulator of the innate immune response and in myeloid cells it was found to suppress cancer development.^ ^Increased expression of miR-146a in the synovial tissue of rheumatoid arthritis patients was discovered, but its role in the development of inflammatory arthritis is yet unknown.

In this thesis we show for the first time that miR-146a is an important regulatory miRNA in arthritis, controlling bone destruction and osteoclastogenesis, by regulating myeloid as well as mesenchymal cells. Absence of miR-146a leads to an increased severity of two different arthritis disease models mainly dependent on the innate immune system. The induced serum transfer arthritis led to elevated clinical signs in miR-146a deficient mice compared to their wild type (wt) controls. Increased serum levels of the proinflammatory cytokines interleukin-12 (IL-12) and interleukin-6 (IL-6) measured in miR146a deficient compared to wt mice, demonstrated the anti-inflammatory function of this miRNA.^ In the hTNFtg model, miR-146a-/-/hTNFtg mice showed significantly increased synovial inflammation and even more striking a more than twofold increase in local bone destruction, due to increased generation of osteoclasts in the tarsal joints in miR-146a-/-/hTNFtg mice compared to hTNFtg mice. The fact that systemic bone loss was comparable in hTNFtg compared to miR-146a-/-/hTNFtg mice, leads to the suggestion that miR-146a plays an important role locally in the joint under inflammatory conditions. Indeed, we detected increased levels of IL-1 and RANKL and decreased expression of OPG in the hind paws of miR-146a-/-/hTNFtg compared to hTNFtg mice. Analysis of synovial fibroblasts, mesenchymal cells playing an important role in arthritis, revealed enhanced proliferation in vitro as well as in vivo when miR-146a was missing. Stimulation of synovial fibroblasts with IL-1, a prominent cytokine in arthritis, induced elevated expression of RANKL in miR-146a deficient cells.^ Mechanistically, we found increased expression of TRAF6 in miR-146a-/- synovial fibroblasts, which in knock down experiments showed to control proliferation and fibroblast mediated osteoclast-differentiation. Finally, bone marrow transplants established a pivotal role for miR-146a in mesenchymal cells, in controlling local osteoclast generation and bone destruction.

These data demonstrate an important mitigating role of miR-146a in inflammatory arthritis, most importantly in local bone destruction, by controlling mesenchymal expression of osteoclastogenic factors. This shows a crucial role of miR-146a in reducing bone erosions and its anti-inflammatory function in arthritis, which might possibly be exploited for therapeutic purposes.

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