microRNAs: role en el metabolismo lipídico y su regulación por componentes de la dieta Alberto Dávalos

Noncoding RNAs siRNAs piRNAs miRNAs Regulatory noncoding 76% RNAs is transcribed lincRNAs circRNAs pseudogenes lncRNAs

miRNAs Posttranscriptional regulation of the heterochronic gene lin-14 by lin-4 mediates temporal pattern formation in C. elegans. Cell. 1993 Dec 3;75(5):855-62. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell. 1993 Dec 3;75(5):843-54. The 21-nucleotide let-7 RNA regulates developmental timing in Caenorhabditis elegans. Nature. 2000 Feb 24;403(6772):901-6 MicroRNAs in plants. Genes Dev. 2002 Jul 1;16(13):1616-26. Bartel DP. Identification of novel genes coding for small expressed RNAs. Science. 2001 Oct 26;294(5543):853-8. Lagos-Quintana M

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miRNAs: function A systematic-analysis of predicted miR-21 targets identifies a signature for lung cancer. Biomed Pharmacother. 2012 Feb;66(1):21-8. Epub 2011 Dec 28. www.targetscan.org

Cholesterol and lipid metabolism Statins Ezetimibe Fibrates Niacin PCSK9 ASO DHA Dietary fat Bile acids and cholesterol Liver rLDL Gut LRP HL CLA-1/ SR-B1 rLDL TICE ??? Peripheral cells B-100 LDL CE Intestinal epithelium ABCA1 FC Lipid poor ApoA-I B-100* LPL HL HDL3 CE RCT B-48 ox-LDL CE* E B-100 Chylomicrons TG/CE A-I LCAT rQ TG/CE VLDL TG/CE SR-A CD36 E HDL2 CE/TG HDL2 CE C-II Remnants lipoproteins C-II LPL TG Capillary LPL CETP macrophage E FFA IDL TG/CE CE FFA Adipose tissue Muscle Atherosclerosis

` Caveolae MVB Endo-Lysosome EE SR-BI ABCG1 ABCA1 SREBPs Lysosome VLDL SOAT CEH HMGR VLDL LD Autophagosome Fusion Autophagy Cholesterol efflux oxysterols Coactivators LXR RXR SREBPs NPC1 NPC2 LDLR Endo-Lysosome Lysosome Golgi Nucleus ER Acetyl CoA LAL Lipoprotein secretion

Reverse cholesterol transport (RCT) High-density lipoproteins: a new potential therapeutic target for the prevention of cardiovascular disease. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2004 Mar;24(3):387-91. Update on strategies to increase HDL quantity and function. Nat Rev Cardiol. 2009 Jul;6(7):455-63.

miRNAs and cholesterol efflux: miR-758 Log2 Mean Intensity ac-LDL Log2 Mean Intensity Control miR-33 miR-122 miR-758 miR-144 miR-291b-5p miR-672 miR-673-5p Log2 Mean Intensity ac-LDL Log2 Mean Intensity Control miR-33 miR-122 miR-758 miR-144 miR-291b-5p miR-672 miR-673-5p E 120 MicroRNA-758 regulates cholesterol efflux through posttranscriptional repression of ATP-binding cassette transporter A1. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2011 Nov;31(11):2707-14.

miRNAs and cholesterol efflux: miR-33

miR-33 inhibition increase HDL

miR-33 inh. increase RCT and reduce atherosclerosis Antagonism of miR-33 in mice promotes reverse cholesterol transport and regression of atherosclerosis. J Clin Invest. 2011 Jul;121(7):2921-31. Therapeutic silencing of microRNA-33 inhibits the progression of atherosclerosis in Ldlr-/- mice--brief report. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2013 Aug;33(8):1973-7.

miR-33 target insulin signaling and FA oxidation Pathway Studio 7 software 1.5 Con-inh inh-33b Con-miR miR-33b 2.0 Con miR miR-33b Con-inh inh-33b * IRS2 IRS2 * * * 1.5 1.0 * AMPK1a AMPK1a CROT Relative expression (a.u) CROT 1.0 * Relative expression (a.u) * CPT1a CPT1a 0.5 * * HADHB 0.5 * HADHB HSP90 HSP90 IRS2 AMPK1 CROT CPT1a HADHB IRS2 AMPK1 CROT CPT1a HADHB miR-33a/b contribute to the regulation of fatty acid metabolism and insulin signaling. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 May 31;108(22):9232-7

Inh. miR-33 raises plasma HDL and lowers VLDL triglycerides in non-human primates Inhibition of miR-33a/b in non-human primates raises plasma HDL and lowers VLDL triglycerides. Nature. 2011 Oct 19;478(7369):404-7. Pharmacological inhibition of a microRNA family in nonhuman primates by a seed-targeting 8-mer antimiR. Sci Transl Med. 2013 Nov 20;5(212):212ra162.

Is really inhibition of miR-33 beneficial? Long-term therapeutic silencing of miR-33 increases circulating triglyceride levels and hepatic lipid accumulation in mice. EMBO Mol Med. 2014 Jul 18;6(9):1133-41. MicroRNA-33 regulates sterol regulatory element-binding protein 1 expression in mice. Nat Commun. 2013;4:2883.

Nuclear receptors and microRNA-144 coordinately regulate cholesterol efflux Control of cholesterol metabolism and plasma high-density lipoprotein levels by microRNA-144. Circ Res. 2013 Jun 7;112(12):1592-601 MicroRNA-144 regulates hepatic ATP binding cassette transporter A1 and plasma high-density lipoprotein after activation of the nuclear receptor farnesoid X receptor.. Circ Res. 2013 Jun 7;112(12):1602-12

` Caveolae MVB Endo-Lysosome EE SR-BI ABCG1 ABCA1 SREBPs Lysosome VLDL Lipoprotein secretion miR-33a/b miR-26 CEH ` Golgi miR-144 SREBPs Autophagosome Nucleus LD SOAT Coactivators Several miRNAs target CAV1 LXR RXR ER Fusion HMGR LAL Caveolae Lysosome Acetyl CoA Several miRNAs target Autophagy Autophagy MVB NPC1 NPC2 Endo-Lysosome miR-322a miR-33a/b miR-758 oxysterols miR-144 miR-145 EE miR-26 miR-223 miR-128-2 miR-106b miR-125 miR-27a miR-455 miR-33 miR-148 N C SR-BI miR-10b ABCG1 ABCA1 LDLR miR-128-2 Cholesterol efflux C C Cholesterol efflux

miR-122 and lipid metabolism Silencing of microRNAs in vivo with 'antagomirs'. Nature. 2005 Dec 1;438(7068):685-9. Epub 2005 Oct 30. miR-122 regulation of lipid metabolism revealed by in vivo antisense targeting. Cell Metab. 2006 Feb;3(2):87-98.

First miRNA-based therapeutic: miR-122 Treatment of HCV infection by targeting microRNA.N Engl J Med. 2013 May 2;368(18):1685-94.

Exert a biological effect Can our diet modulate the expression of miRNAs? Exert a biological effect miRNA lincRNA

Dietary polyphenols and miRNAs Epigallocatechin gallate up-regulation of miR-16 and induction of apoptosis in human cancer cells. J Nutr Biochem. 2010 Feb;21(2):140-6. Epub 2009 Mar 9. One-year supplementation with a grape extract containing resveratrol modulates inflammatory-related microRNAs and cytokines expression in peripheral blood mononuclear cells of type 2 diabetes and hypertensive patients with coronary artery disease. Pharmacol Res. 2013 Jun;72:69-82.

Diet and miRNAs: lipids Docosahexaenoic acid modulates the enterocyte Caco-2 cell expression of microRNAs involved in lipid metabolism. J Nutr. 2014 May;144(5):575-85.

Diet and miRNAs: lipids Caco-2 miR-30c Caco-2 miR-192 Docosahexaenoic acid modulates the enterocyte Caco-2 cell expression of microRNAs involved in lipid metabolism. J Nutr. 2014 May;144(5):575-85.

Dietary fats, pregnancy and insulin signaling ADULTOS machos Sardinha F et al. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2013

miRNAs in rat pups Expresión de los niveles de microRNAs en tejido hepático de ratas crías en función del tratamiento dietético de las madres. 1 = Aceite de soja 2 = Aceite de oliva 3 = Aceite de pescado 4 = Aceite de lino 5 = Aceite de palma Los datos se expresan como el cambio (media ±DE) relativo al grupo de dieta con aceite de soja. Diferentes letras en un mismo gráfico significa diferencias estadísticas (P < 0.05) entre grupos de dietas. Casas-Agustench et al. Unpublished data

miRNAs in adult rats Expresión de los niveles de microRNAs en tejido hepático de ratas adultas en función del tratamiento dietético de las madres. 1 = Aceite de soja 2 = Aceite de oliva 3 = Aceite de pescado 4 = Aceite de lino 5 = Aceite de palma Los datos se expresan como el cambio (media ±DE) relativo al grupo de dieta con aceite de soja. Diferentes letras en un mismo gráfico significa diferencias estadísticas (P < 0.05) entre grupos de dietas. Casas-Agustench et al. Unpublished data

Target genes ADULTO macho (12 meses) Micro-RNAs: 1 = Aceite de soja 2 = Aceite de oliva 3 = Aceite de pescado 4 = Aceite de lino 5 = Aceite de palma Genes relacionados con la vía de señalización de la insulina: Los datos se expresan como el cambio (media ±DE) relativo al grupo de dieta con aceite de soja. Diferentes letras en un mismo gráfico significa diferencias estadísticas (P < 0.05) entre grupos de dietas. Casas-Agustench et al. 2015 unpublished data

Desarrollo embrionario y lactancia Madre Hijo Niño Adulto Desarrollo embrionario y lactancia … … … + … Micro-RNAs SALUD -

Secreted microRNAs: a new form of intercellular communication microve Secreted microRNAs: a new form of intercellular communication.Trends Cell Biol. 2012 Mar;22(3):125-32. Epub 2012 Jan 17.

miRNAs and physical exercise c-inflammamiRs De Gonzalo et al. unpublished data

miRNAs and physical exercise Davalos et al. unpublished data

SALUD CARDIOVASCULAR Asegurar una herencia epigenética de calidad. Seguir una alimentación variada equilibrada y saludable. Nuestros hábitos alimentarios, de actividad física o el patrón de sueño pueden afectar la salud cardiovascular de nuestros futuros hijos. De hecho una dieta saludable durante el embarazo puede modular la expresión de miRNAs de manera beneficiosa en la etapa adulta de nuestros futuros hijos miR-192 Componentes bioactivos de los alimentos (polifenoles, aceite de pescado, etc.) pueden influir en la función de los microRNAs. Po r el contrario, dietas ricas en grasas y calorias……. miR-30b* miR-122 miR-10b SALUD CARDIOVASCULAR miR-30c miR-150 miR-107 Practicar ejercicio físico de forma regular. Mantener un descanso apropiado. miR-181c Los miRNAs pueden regular el ritmo circadiano, es decir, el reloj biológico humano que regula las funciones fisiológicas del organismo para que sigan un ciclo regular que se repite cada 24 horas, y que coincide con los estados de sueño y vigilia. En respuesta al ejercicio físico la expresión genética se puede regular a través de diferentes microRNAs secretados por el músculo esquelético u otros tejidos

Acknowledgements Flavia S Fernandes Maria G Tavares do Carmo Emilio Herrera Laboratorio de Patologías del Metabolismo Lípídico y Nutrición Molecular Patricia Casas Josune Latasa Carmen Crespo Judith Gil Carlos Fernandez Miguel A. Lasunción Eduardo Iglesias