1Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии Российской академии медицинских наук (г.Москва);

2Научно-исследовательский институт атеросклероза Российской академии естественных наук (Москва);

3ФГУ «Российский кардиологический научно-производственный комплекс» Минздравсоцразвития России (г. Москва).

Резюме
В настоящем обзоре рассматриваются закономерности регуляции генов, ассоциированных с развитием ишемической болезни сердца (ИБС). Особое внимание было уделено характеру изменения экспрессии ключевых факторов при ИБС. МикроРНК  играют важнейшую роль в модулировании профилей экспрессии генов в норме и патологии. Для совершенствования диагностики и последующей терапии ИБС необходимо детально изучить пути регуляции целевых генов на посттранскрипционном уровне. В связи с этим в настоящей обзорной статье была сделана попытка обобщить  данные, полученные по основным важнейшим микроРНК, участвующим в модулировании генов, контролирующих развитие ИБС.   
Ключевые слова: ишемическая болезнь сердца (ИБС); микроРНК; апоптоз; ангиогенез; фиброз

Введение
     Ишемическая болезнь сердца (ИБС) – это одно из самых распространенных заболеваний, которое проявляется  не только у пожилых людей, но и в более раннем возрасте, что связанно с постоянным эмоциональным напряжением и стрессами, нарушенным питанием и малоподвижным образом жизни, который характерен для жителей крупных городов развитых и развивающихся стран.
Генетический контроль развития ИБС осуществляется с помощью тонких механизмов регуляции экспрессии ключевых генов на посттранскрипционном уровне. Посттранскрипционная регуляция генома  заключается в контроле экспрессии генов на уровне РНК и может быть обусловлена заменами отдельных нуклеотидов в  РНК и топологическими изменениями ее структуры.
     Самый распространенный механизм реализации посттранскрипционной регуляции генома – это РНК-интерференция, представляющая собой многостадийный процесс, формирующий защитный барьер против воздействия патогена на организм. Направляется она с помощью некодирующих малых интерферирующих РНК [1,2]. Однако один из классов малых интерферирующих РНК, микроРНК, часто выступает как основной регулятор экспрессии генов, связанных с различными заболеваниями и, в частности с ИБС, где данные РНК играют важную роль в сосудистом сигналинге и регуляции ангиогенеза [2,5,6].
ИБС часто сопровождается гипоксией коронарных сосудов, которая наблюдается при развитии и увеличении атеросклеротической бляшки, приводящей к  стенозу. Таким образом, атеросклероз является основной причиной ИБС. Атеросклероз возникает в случае, когда происходит нарушение метаболизма белков и холестерина, что приводит к образованию атеросклеротической бляшки, которая претерпевает различные стадии генезиса и часто завершается кальцинозом [7]. Эндотелий сосудов повреждается и аккумулирует белки и липиды, что изменяет его физиолого-биохимические свойства и приводит к гемодинамическому удару [8,9]. Причины атеросклероза до конца остаются не выясненными. Генетический контроль развития атеросклероза и ишемической болезни сердца – это сложный регуляторный каскад, в котором задействованы, с одной стороны, специфические микроРНК, а с другой – транскрипционные факторы и их белки-активаторы, действующие на изменение профиля экспрессии кодирующих генов.

     Микро РНК модулируют блоки генов, контролирующих развитие ИБС.

     Микро РНК различным образом регулируют основные блоки генов, отвечающих за развитие или подавление ключевых процессов, связанных с ИБС. Эти процессы включают в себя апоптоз кардиомиоцитов, интерстициальный фиброз и ангиогенез.
Обычно микроРНК экспрессируются тканеспецифично. Так  миРНК-1, let7, миРНК-133, миРНК-126-3p, миРНК-30c и миРНК-26a экспрессируются в кардиомиоцитах [10,11,12]. В эндотелиоцитах нарушение процессинга миРНК ведет к изменению морфогенеза и экспрессии VEGFR1 , VEGFR2 и тромбоспондина (Tsp-1) [2,13,14].

Апоптоз кардиомиоцитов играет важную роль в развитии ИБС. При апоптозе могут происходить патологические изменения миокарда, приводящие к ишемии [17].
     В случае оксидативного стресса кардиомиоцит подвергается апоптозу, что связано со снижением экспрессии гена Bcl-2, которая регулируется миРНК-1, в процессе ее связывания с 3’-нетранслируемой областью (3’-НТО) этого гена [15]. Кроме того, миРНК-1 имеет еще несколько генов-мишеней, представленных генами белков теплового шока(HSP60 и HSP70). Такая регуляция экспрессии этих генов ведет к изменению формирования ответа клетки на тепловой или химический стресс. Также на гены белков теплового шока HSP60 и HSP70 влияет миРНК-133,что приводит к блокировке апоптоза [16].  
     Существуют более сложные пути регуляции экспрессии генов с помощью микроРНК. Так, например, миРНК-21 взаимодействует с геном активатором AP1 и  геном программируемой гибели клеток (PDCD4), что помогает кардиомиоциту избежать апоптоза [18].  Однако миРНК-320, напротив обуславливает переход кардиомиоцитов в апоптоз. Методами биоинформатики была предсказана гипотетическая мишень для этой микроРНК, которой является 3’-НТО гена белка теплового шока HSP20 [11, 19].
ИБС и кардиомиопатии характеризуются развитием фиброза. При фиброзе происходят морфологические изменения межклеточного матрикса, что приводит к дисбалансу метаболизма клетки. Нарушение метаболизма и активация воспаления могут быть причинами фиброза. В настоящее время большое число независимых экспериментов показывают, что микроРНК играют важнейшую роль в модулировании фиброза [20, 21, 22].
В фибробластах сердца наблюдается специфическая экспрессия миРНК-21, в результате чего регулируется сигнальный каскад MAP-киназ, отвечающий за распределение молекул межклеточного матрикса [23]. В этом процессе задействован ген-регулятор Spry1 (sprout homolog 1), подавление экспрессии которого активизирует фактор роста фибробластов FGF (Fibroblasts growth factor). Повышение экспрессии миРНК-21 приводит к супрессии гомолога фосфотазы и тензина (PTEN, Phosphatase and tensin homolog) и последующей активации молекулы матрикса металопротеиназы-2 (MMP 2, Metalloproteinase-2), после чего межклеточный матрикс деградирует и начинается инфильтрация фибробластов [24].
В фибробластах регулируются и другие важные гены, кодирующие такие белки, как фибриллин, коллаген и эластин. Их экспрессия, изменение которой также регулирует фиброз и ведет к уменьшению повреждений миокарда, зависит от количества миРНК-29 [25].
Важнейший процесс, влияющий на развитие и течение ИБС, – это ангиогенез. Активная пролиферация эндотелиоцитов при ангиогенезе влечет за собой постепенное образование новых кровеносных сосудов из стабильных волокон. Ангиогенез зависит от межклеточного взаимодействия, микроокружения клеток и изменения профиля экспрессии генов, вовлеченных в этот процесс. Было установлено, что подавление роста сосудистых волокон можно объяснить нарушением комплекса Dicer [3]. Регуляцию ангиогенеза можно представить как взаимодействие различных групп микроРНК и генов ключевых белков, таких как фактор роста сосудистого эндотелия, VEGF( Vascular Endothelial Growth Factor), рецептор ангиопоэтина-2 Tie-2/TEK, ангиопоэтин-2, ANGPT2( angiopoietin 2) [26].

     Действие микроРНК может быть как проангиогенным, так и антиангиогенным.

     Проангиогенные миРНК – это большой класс микроРНК, представленных различными группами. МиРНК-126 экспрессируется в больших количествах в эндотелиоцитах, а закодирована в интроне 7 гена Egfl domain-7( Epidermal growth factor like-7) [27,28]. МиРНК-126 имеет несколько генов-мишеней. К ним относятся гены Spred-1 (sprouty – related protein-1), VCAM-1 и ген интегрина альфа-6 (ITGA-6) [29]. Также данная микроРНК регулирует экспрессию генов VEGF и FGF, участвующих в развитии коллатеральных сосудов при ишемии миокарда [30].
     Семейство миРНК-17-92 включает группу миРНК, имеющих несколько альтернативных мишеней. К этой группе относятся  миРНК-17-5p, миРНК-17-3p, миРНК-18a, миРНК-19a, миРНК-20a, миРНК-19-b-1 и миРНК-92-1 [31]. Это семейство микроРНК регулирует процесс роста сосудов, ингибируя фактор тромбоспондина-1 (TSP-1) и тканевый фактор CTGF (Connective Tissue Growth Factor). Один из важнейших генов-мишеней для этой группы микроРНК – это HIF-1α (Hypoxia Inducible Factor -1α), экспрессия которого ведет к гипоксии и запускает синтез белков, активирующих гены ангиогенеза [32].
МиРНК-130 участвует в сигналинге, происходящем в эндотелиоцитах с участием про- и антиангиогенных факторов, регулируя экспрессию гена GAX[33].
 Гипоксия при ИБС  зависит от работы HIF-1α и эфринаА3(Eph-3, ephrin-A3), которые регулируются с помощью миРНК-210. МиРНК-210 связывается с HIF-1α, который в свою очередь активизирует экспрессию этой микроРНК. К тому же, миРНК-210 подавляет экспрессию гена Eph-3, вызывая ангиогенез [34,35].

Антиангиогенные миРНК представлены несколькими семействами микроРНК, которые осуществляют регулирование замедления и блокировки ангиогенеза. Например, миРНК-221 снижает экспрессию гена c-Kit, тем самым блокируя  пролиферацию эндотелиальных клеток и ангиогенез, что ощутимо влияет на восстановление сосудистой стенки [36].
Но микроРНК могут взаимодействовать и с генами белков-рецепторов. МиРНК-328 связывается с геном рецептора гиалуроновой кислоты CD44, при этом подавляется образование капиллярных структур [37].
Большое семейство микроРНК, миРНК-17-92 включает группу микроРНК, проявляющих антиангиогенное действие. Было найдено, что экспрессия миРНК-15-b, миРНК-16, миРНК-20a и миРНК-20b резко снижается при развитии гипоксии, что объясняется их влиянием на HIF-1α, а также под действием данных микроРНК существенно подавляется экспрессия ключевого фактора ангиогенеза VEGF[38,39].
Исходя из вышеизложенного, следует отметить важность установления характера взаимодействия различных кластеров микроРНК и их генов-мишеней, а также количественной оценки изменения экспрессии генов, кодирующих ключевые белковые факторы, определяющие развитие основных процессов при ИБС: апоптоза кардиомиоцитов, фиброза и образования кровеносных сосудов в ходе ангиогенеза (табл.1).

     ИБС – это заболевание, для которого присущ сложный генетический контроль, осуществляемый как на уровне синтеза РНК, так и на посттранскрипционном уровне, когда основными регуляторами экспрессии выступают микроРНК. Данные РНК  вступают в комплексные и разнообразные взаимодействия с генами ключевых белковых факторов, связываясь как с кодирующей последовательностью генов, так и с интронами. Более того, такие микроРНК могут взаимодействовать сначала с регуляторными элементами гена и, даже, с другими генами-регуляторами, которые далее модулируют экспрессию целевого гена.
     В  связи с этим, важной задачей является изучение регуляторных каскадов генов, вовлеченных в модулирование основных процессов при ИБС: апоптоза, ангиогенеза и фиброза. Подобные исследования могли бы существенно улучшить систему мониторинга и диагностики ИБС, позволив разработать и применить оптимальную комплексную терапию этого заболевания.

 Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ.
 
Литература

1. Ambros V,  Chen X. The regulation of genes and genomes by small RNAs.// Development. 2007; 134: 1635-1641.

2. Suarez Y, Sessa W.C. microRNAs as novel regulators of angiogenesis.// Circ Res. 2009 February 27; 104 (4): 442-454.

3.Kuehbacher A, Urbich C, Zeiher AM, Dimmeler S. Role of Dicer and Drosha for endothelial microRNA expression and angiogenesis. // Circ Res.2007; Jul 6; 101 (1): 59-68.

4.Suarez Y, Carlos Fernandez-Hernando, Jun Yu, Gerber SA, Harrison KD, Pober JC, Iruela-Arispe ML, Merkenschlager M, Sessa WC. Dicer-dependent endothelial microRNAs are necessary for postnatal angiogenesis.// PNAS. 2008; September 16; 105 (37): 14082-14087.

5.Urbich C, Kuehbacher A, Dimmeler S. Role of microRNAs in vascular diseases, inflammation, and angiogenesis.// Cardiovascular Research. 2008; 79: 581-588.

6.Shilo S, Roy S, Khanna S, Sen CK. Evidence for the involvement of miRNA in redox regulated angiogenic response of human microvascular endothelial cells.// Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2008 March; 28 (3): 471-7.

7. Thomas S Hatsukami, Chun Yuan MRI in the early identification and classification of high-risk atherosclerotic carotid plaques.// Imaging Med. 2010 February 1; 2(1): 63–75.

8. Shi Pan Molecular Mechanisms Responsible for the Atheroprotective Effects of Laminar Shear Stress.// Antioxidants & Redox Signaling Volume 11, Number 7, 2009

9. Robert J. A. Frost, Eva van Rooij  miRNAs as Therapeutic Targets in Ischemic Heart Disease.// J. of Cardiovasc. Trans. Res. (2010) 3:280–289

10. Zhiguo Wang, Xioabin Luo, Yanjie Lu,  Baofeng Yang  miRNAs at the heart of the matter.// J Mol Med (2008) 86:771–783

11. Shiyong Yu, Guohong Li MicroRNA Expression and Function in Cardiac Ischemic Injury.// J Cardiovasc Transl Res. 2010 June 1; 3(3): 241–245

12.  Lagos-Quintana M, Rauhut R, Yalcin A, Meyer J, Lendeckel W, Tuschl T Identification of tissue-specific microRNAs from mouse.// Curr Biol. 2002 Apr 30;12(9):735-9

13. Ruirui Ji, Yunhui Cheng, Junming Yue, Jian Yang, Xiaojun Liu, He Chen, David B. Dean and Chunxiang Zhang  MicroRNA Expression Signature and Antisense-Mediated Depletion Reveal an Essential Role of MicroRNA in Vascular Neointimal Lesion Formation.//  Circ Res. 2007;100:1579-1588

14. Wei J. Yang, Derek D. Yang, Songqing Na, George E. Sandusky, Qing Zhang,  Genshi Zhao Dicer Is Required for Embryonic Angiogenesis during Mouse Development.// Journal of Biological Chemistry  2005; Vol. 280, No. 10, Issue of March 11, pp. 9330–9335

15. Yehua Tang, Jiaoyang Zheng, Yan Sun, Zonggui Wu, Zhimin Liu , Gaozhong Huang  MicroRNA-1 regulates cardiomyocyte apoptosis by targeting Bcl-2. // Int Heart J 2009; 50: 377-387

16. Chaoqian Xu, Yanjie Lu, Zhenwei Pan, Wenfeng Chu, Xiaobin Luo, Huixian Lin, Jiening Xiao, Hongli Shan1, Zhiguo Wang, Baofeng Yang  The muscle-specific microRNAs miR-1 and miR-133 produce opposing effects on apoptosis by targeting HSP60, HSP70 and caspase-9 in cardiomyocytes.// Journal of Cell Science 2007; 120 (17): 3045-3052

17. Nerheim P, Krishnan SC, Olshansky B, Shivkumar K Apoptosis in the genesis of cardiac rhythm disorders.//Cardiol. Clin. 2001 Feb;19(1):155-63

18. Shimin Dong, Yunhui Cheng, Jian Yang, Jingyuan Li, Xiaojun Liu, Xiaobin Wang, Dong Wang, Thomas J. Krall, Ellise S. Delphin, and Chunxiang Zhang MicroRNA Expression Signature and the Role of MicroRNA-21 in the Early Phase of Acute Myocardial Infarction.// J Biol Chem. 2009 Oct; 23;284(43):29514-25

19. Xiao-Ping Ren, Jinghai Wu, Xiaohong Wang, Maureen A. Sartor, Keith Jones, Jiang Qian, Persoulla Nicolaou, Tracy J. Pritchard, Guo-Chang Fan, MicroRNA-320 is Involved in the Regulation of Cardiac Ischemia/ Reperfusion Injury by Targeting Hsp20.// Circulation. 2009 May 5; 119(17): 2357–2366.

20. Eva van Rooij, Lillian B. Sutherland, Jeffrey E. Thatcher, J. Michael DiMaio, R. Haris Naseem, William S. Marshall, Joseph A. Hill, and Eric N. Olson Dysregulation of microRNAs after myocardial infarction reveals a role of miR-29 in cardiac fibrosis.// PNAS September 2, 2008 vol. 105  no. 35  13027–13032

21. Xiaoying Jiang, Eleni Tsitsiou, Sarah E. Herrick, Mark A. Lindsay MicroRNAs and the regulation of fibrosis.// FEBS Journal 277; 2010;  2015–2021

22. Javier Díez Do microRNAs regulate myocardial fibrosis?.// Nature Reviews Cardiology, February 2009; 6; 88-89

23. Thomas Thum, Carina Gross, Jan Fiedler, Thomas Fischer, Stephan Kissler, Markus Bussen, Paolo Galuppo et al.  MicroRNA-21 contributes to myocardial disease by stimulating MAP kinase signalling in fibroblasts.//  Nature, 18 December 2008; 456: 980-984

24. Sashwati Roy, Savita Khanna, Syed-Rehan A. Hussain, Sabyasachi Biswas, Ali Azad, Cameron Rink, Surya Gnyawali, Shani Shilo, Gerard J. Nuovo, Chandan K. Sen  MicroRNA expression in response to murine myocardial infarction: miR-21 regulates fibroblast metalloprotease-2 via phosphatase and tensin homologue.// Cardiovascular Research , 2009; 82, 21–29

25. van Rooij E, Sutherland LB, Thatcher JE, DiMaio JM, Naseem RH, Marshall WS, et al. Dysregulation of microRNAs after myocardial infarction reveals a role of miR-29 in cardiac fibrosis.// Proceedings of the National Academy of Science of the United State of America 2008;105(35):13027–13032.

26. Yajaira Suárez, Carlos Fernández-Hernando, Jordan S. Pober, William C. Sessa  Dicer Dependent MicroRNAs Regulate Gene Expression and Functions in Human Endothelial Cells.// Circ. Res. 2007;100;1164-1173

27. Fusheng Wu, Zeran Yang, Guohong Li  Role of specific microRNAs for endothelial function and angiogenesis.// Biochem Biophys Res Commun. 2009 September 4; 386(4); 1-11

28. Angelika Bonauer, Guillaume Carmona, Masayoshi Iwasaki, Marina Mione, Masamichi Koyanagi , Ariane Fischer , Jana Burchfield , Henrik Fox et al. MicroRNA-92a Controls Angiogenesis and Functional Recovery of Ischemic Tissues in Mice.// Science 26 June 2009:  Vol. 324; 5935; 1710-1713

29. Shusheng Wang, Arin B. Aurora, Brett A. Johnson, Xiaoxia Qi, John McAnally, Joseph A. Hill, James A. Richardson, Rhonda Bassel-Duby, Eric N. Olson An Endothelial-specific microRNA Governs Vascular Integrity and
Angiogenesis.// Dev Cell. 2008 August ; 15(2): 261–271

30. Jason E. Fish, Massimo M. Santoro, Sarah U. Morton, Sangho Yu, Ru-Fang Yeh6, Joshua D. Wythe, Benoit G. Bruneau, Didier Y. R. Stainier,  Deepak Srivastava  miR-126 regulates angiogenic signaling and vascular integrity. //  
Dev Cell. 2008 August ; 15(2): 272–284

31. Yun Lu, J. Michael Thomson, Ho Yuen Frank Wang, Scott M. Hammond, Brigid L.M. Hogan Transgenic over-expression of the microRNA miR-17-92 cluster promotes proliferation and inhibits differentiation of lung epithelial progenitor cells.// Dev Biol. 2007 October 15; 310(2): 442–453

32. Ayumu Taguchi, Kiyoshi Yanagisawa, Masaharu Tanaka, et al. Identification of Hypoxia-Inducible Factor-1a as a Novel Target for miR-17-92 MicroRNA Cluster.// Cancer Res 2008;68:5540-5545

33. Goutam Ghosh, Indira V. Subramanian,  Neeta Adhikari, Xiaoxiao Zhang,  Hemant P. Joshi, David Basi, Y.S. Chandrashekhar, Jennifer L. Hall, Sabita Roy, Yan Zeng, Sundaram Ramakrishnan    Hypoxia-induced microRNA-424 expression in human endothelial cells regulates HIF-α isoforms and promotes angiogenesis.// J Clin Invest. 2010;120(11):4141–4154

34. Shusheng Wang, Arin B. Aurora, Brett A. Johnson, Xiaoxia Qi, John McAnally, Joseph A. Hill, James A. Richardson, Rhonda Bassel-Duby, Eric N. Olson An Endothelial-specific microRNA Governs Vascular Integrity and
Angiogenesis.// Dev Cell. 2008 August ; 15(2): 261–271

35. Hu S, Huang M, Li Z, Jia F, Ghosh Z, Lijkwan MA, Fasanaro P, Sun N, Wang X, Martelli F, Robbins RC, Wu JC  MicroRNA-210 as a novel therapy for treatment of ischemic heart disease. // Circulation.2010September 14;122:124-31
36. Yangxin Li, Yao-Hua Song, Fan Li, Tong Yang, Yao Wei Lu, Yong-Jian Geng  microRNA-221 regulates high glucose-induced endothelial dysfunction.//
Biochem Biophys Res Commun. 2009 March 27; 381(1): 81–83

37. Chia-Hui Wang, Daniel Y. Lee, Zhaoqun Deng, Zina Jeyapalan, Shao-Chen Lee, Shireen Kahai, Wei-Yang Lu, Yaou Zhang, Burton B. Yang  MicroRNA miR-328 Regulates Zonation Morphogenesis by Targeting CD44 Expression.//  PLoS One June 2008; Volume 3; Issue 6; 1-14

38. Zhong Hua, Qing Lv, Wenbin Ye, Chung-Kwun Amy Wong, Guoping Cai, Dayong Gu, Yanhong Ji, Chen Zhao, Jifeng Wang, Burton B. Yang, Yaou Zhang. MiRNA-Directed Regulation of VEGF and Other Angiogenic Factors under Hypoxia.// PLoS One December 2006; Issue 1; 1-13

39.Douvaras P, Antonatos DG, Kekou K, Patsilinakos S, Chouliaras G, Christou A, Andrikou A, Kanavakis E. Association of VEGF gene polymorphisms with the development of heart failure in patients after myocardial infarction.// Cardiology. 2009;114(1):11-8