Identification of MicroRNAs to promote cell survival for the treatment of ischemic diseases

Dissertação de Mestrado em Bioquímica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.Cardiovascular Diseases (CVDs) are the primary cause of global mortality and morbidity. Functional recovery of ischemic tissues and organs is dependent on establishing collateral networks that supply oxygenated blood. Cell-based therapies for the prevention and treatment of cardiac dysfunction offer the potential to significantly modulate cardiac function and improve outcomes in patients with CVD. Stem cell therapy arise as an encouraging treatment for myocardial infarction but the low survival of the transplanted cells in the infarcted myocardium is possibly the primary reason for failure of long-term improvement. The leading causes of reduced survival of stem cells in vivo are connected to anoikis, possible immune rejection and oxidative damage interceding apoptosis. Hence, the development of innovative pro-survival approaches to increase stem cell survival will be a major benefit to this field. The survival depends on the specific cell type, the quantity and the quality of transplanted cells, and the status of the host tissue. In this thesis, we proposed methods (ischemic conditions) and potential molecular mechanisms for cell preconditioning in vitro to increase their retention after transplantation in damaged tissues in vivo. Approximately 1 billion cardiomyocytes are lost upon myocardial infarction, but the regeneration capacity of these cells is massively low and it is difficult to rely entirely on the heart´s naturally healing potential to overcome this. Recent studies suggested that transplantation of endothelial cells can significantly improve the efficacy of cell based heart repair. Endothelial cells play imperative physical and functional roles in vascular homoeostasis. Destabilization in endothelial cell amount and function are strictly involved with the beginning and evolution of several CVDs. Lately, microRNAs (miRNAs) have emerged as novel switch controllers of cardiovascular functioning and pathology. Diverse microRNAs are able to control stemand progenitor cell functions, regulating cell survival and homing or monitoring differentiation and maturation. Moreover, experimental reports show that microRNAs can also regulate endogenous repair and possibly be valuable to increase the regeneration of the heart. The purpose of this study was to identify microRNAs that enhance cell survival and study the role of these miRNAs in the biology of endothelial cells in order to promote cell survival after transplantation.Doenças cardiovasculares (DCVs) são a principal causa de mortalidade e morbidade a nível global. A recuperação dos órgãos e tecidos isquémicos depende do estabelecimento de redes funcionais que possam bombear o sangue para que este chegue a todos os órgãos, a fim de fornecer o oxigénio e nutrientes necessários. Terapias celulares para a prevenção e tratamento de disfunções cardíacas, oferecem a possibilidade de modular significativamente a função cardíaca e melhorar os resultados em pacientes com doenças cardiovasculares. O uso de células estaminais em terapias celulares surgem como um possível tratamento para pós enfarte do miocárdio, porém a baixa sobrevivência das células transplantadas para o tecido isquémico é possivelmente a principal razão para o fracasso destas terapias. As principais causas de sobrevivência reduzida são a possível rejeição imunológica, “anoikis” e danos oxidativos intercedendo apoptose. Posto a isto, o desenvolvimento de abordagens inovadoras que permitam aumentar a sobrevivência das células estaminais após transplante podem vir a ser um grande benefício para estas terapêuticas. A sobrevivência celular depende do tipo específico de células a utilizar, da quantidade e da qualidade das células transplantadas e o estado do tecido hospedeiro. Neste estudo propomos alguns mecanismos a serem usados no pré-condicionamento de células in vitro para aumentar a sua retenção após a injecção para os tecidos danificados in vivo. Aproximadamente 1 bilião de cardiomiócitos são perdidos após enfarte do miocárdio, porém a capacidade de regeneração dessas células é extremamente baixa e por isso, o coração por si só não tem um potencial regenerativo que o permita ultrapassar um insulto isquémico. Estudos recentes sugeriram que a transplantação de células endoteliais pode melhorar significativamente a eficácia da reparação de células do coração. As células endoteliais desempenham um papel fundamental na manutenção da homeostasia vascular. Qualquer desestabilização na quantidade ou na função das células endoteliaisencontra-se estritamente envolvida com o aparecimento de várias doenças cardiovasculares. Recentemente, os microRNAs surgiram como novos controladores no funcionamento de patologias vasculares. Diferentes microRNAs são capazes de ditar as funções de células endoteliais progenitoras, regulando a sua sobrevivência, “homing” e/ou monitorizar processos de maturação/diferenciação. Alem disso, relatórios experimentais sugerem que os microRNAs podem também regular a reparação endógena a fim de aumentar a regeneração vascular e cardíaca. O objectivo deste estudo será identificar microRNAs que aumentam a sobrevivência das células endoteliais, a fim de promover a sobrevivência celular após transplante