Efeito do envelhecimento sobre a homeostase redox e perfil de microRNAs em vesículas extracelulares circulantes : modulação das vias canônicas de sinalização associadas à idade

Abstract

O envelhecimento é o principal fator de risco para diversas doenças; nesse contexto, o envolvimento de vesículas extracelulares (VEs) no estresse oxidativo relacionado à idade foi proposto. Além disso, os microRNAs (miRNAs) parecem desempenhar um papel fundamental nas doenças associadas à idade, como nas doenças cardiovasculares. As VEs podem proteger os miRNAs de RNAses endógenas e a internalização dessas vesículas nas células está envolvida na comunicação celular. No entanto, a relação entre o conteúdo das VEs (maquinaria pró e antioxidante e os miRNAs) e doenças relacionadas à idade não foi estudada. Nossa hipótese é de que o processo de envelhecimento seja capaz de impactar a homeostase redox e o perfil de miRNA das VEs circulantes totais e que estes miRNAs tenham alvos nas vias canônicas de estresse oxidativo e relacionadas à idade. O objetivo foi investigar o conteúdo de miRNAs e perfil oxidativo das VEs circulantes totais obtidas de animais adultos jovens e envelhecidos. O plasma foi obtido de ratos Wistar machos (3 e 21 meses de idade) e as VEs totais foram isoladas. Foram avaliados o perfil dos miRNA das VEs circulantes totais para determinar os alvos específicos e também o perfil oxidativo das VEs, através da quantificação das enzimas nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADPH) oxidase 2, mieloperoxidase (MPO), catalase (CAT) e xantina oxidase (XO). As análises de microarray detectaram 48 miRNAs diferentemente expressos entre animais envelhecidos e adultos jovens (p <0,05; fold change de | 1,1 |). Após a aplicação de um filtro conservador, 25 miRNAs maduros foram mapeados. As análises in silico mostraram que a via canônica da hipertrofia cardíaca foi classificada como a principal via regulada positivamente pelos miRNAs diferentemente expressos em animais idosos quando comparados aos adultos jovens. Além disso, outras vias canônicas relevantes, relacionadas à idade, como a endotelina-1 e a ativação intrínseca da protrombina são alvos destes miRNAs. As vias canônicas da ação antioxidante da vitamina C e da produção de espécies reativas em macrófagos também foram identificadas como alvo dos miRNAs no processo de envelhecimento. Ainda, let-7a-5-p foi o principal regulador das vias canônicas e moléculas alvo. Além disso, as VEs circulantes totais obtidas de animais envelhecidos apresentaram níveis significativamente elevados de NADPH oxidase e atividade de MPO; a atividade da catalase foi significativamente reduzida nas VEs circulantes totais dos animais idosos. Os dados aqui apresentados demonstram que o conteúdo de VEs circulantes totais, especificamente NADPH oxidase, MPO e os miRNAs, foram alterados pelo processo de envelhecimento. Nossos resultados indicam que o perfil do miRNA pode ter um papel relevante no envelhecimento cardiovascular e consequentemente nas doenças cardíacas devido ao envolvimento destes com o desequilíbrio redox no processo de envelhecimento.

Aging represents a central risk factor for many non-communicable diseases, in this context, the involvement of extracellular vesicles (EVs) on age-related oxidative stress has been raised. microRNAs (miRNA) have been attracting a lot of attention, since they might have a key role in age-induced pathology, such as in cardiovascular diseases. EVs can protect miRNAs from endogenous RNAses and internalization of these vesicles into cells is involved with cell communication. However, the relationship between EVs content, namely pro- and antioxidant machineries as well as miRNAs, and chronic age-related diseases were not evaluated. We hypothesized that aging process is able to impact the redox homeostasis and miRNA profile from circulating total EVs have predicted targets on oxidative stress and age-related canonical pathways. Our aim was to investigate EVs microRNA profiles and predict their downstream signaling effects as well as evaluate pro- and antioxidant machineries (NADPH oxidase 2, myeloperoxidase, xanthine oxidase and catalase) of circulating total EVs from aged and young-adult animals. Plasma was obtained from male Wistar rats (3 and 21 months-old) and total EVs were isolated. EV miRNA expression was performed to determine the predicted regulation of targeted mRNAs. Microarray analyses detected 48 differentially expressed miRNAs between aged and young-adult animals (p<0.05; fold change of |1.1|). After a conservative target filter was applied, the differentially expressed miRNAs mapped to 25 mature miRNAs based on currently available target annotation. Bioinformatic analyses showed that cardiac hypertrophy signaling is ranked as the top canonical pathway upregulated by the differentially expressed microRNAs in aged animals when compared to young adult ones. In addition, other relevant age-related canonical pathways, such as endothelin 1 and intrinsic prothrombin activation have predicted targets. Moreover, antioxidant action of vitamin C and production reactive species in macrophages are ranked as significantly canonical pathway impacted miRNAs in aging process. let-7a-5-p was the top upstream regulator impacting main predicted canonical pathway targets. In addition, circulating total EVs obtained from aged rats had significantly higher NADPH oxidase levels and MPO activity; catalase activity was significantly reduced in EVs obtained from aged animals. The results presented here show that circulating total EVs cargo, specifically NADPH oxidase and MPO activities and miRNAs targeting different canonical pathways were altered by aging process. Our results indicate that the miRNA profile may have a potential role to drive cardiovascular aging and consequent cardiac diseases due to involvement with redox imbalance in aging process.