miRNA-146aの欠失はミクログリアの機能とプロテオームを分化的に変化させる

Absence of miRNA-146a Differentially Alters Microglia Function and Proteome.

• Nellie A Martin
• Kirsten H Hyrlov
• Maria L Elkjaer
• Eva K Thygesen
• Agnieszka Wlodarczyk
• Kirstine J Elbaek
• Christopher Aboo
• Justyna Okarmus
• Eirikur Benedikz
• Richard Reynolds
• Zoltan Hegedus
• Allan Stensballe
• Åsa Fex Svenningsen
• Trevor Owens
• Zsolt Illes

抄録

miR-146aは自然炎症反応の重要な制御因子であり、細胞死や生存にも関与している。 CNSの常駐細胞を選別すると、マイクログリアがmiR-146aの主な細胞源となっていた。そこで我々は、miR-146aノックアウト（KO）マウスを用いてミクログリアの機能と表現型を調べ、LC-MS/MSを用いてKO型とWT型のミクログリアのプロテオームを解析し、多発性硬化症（MS）患者の様々な脳病変におけるmiR-146aの発現を調べた。 KOマウスのミクログリアをLPSまたはミエリンで刺激すると、IL-1β、TNF、IL-6、IL-10、CCL3、CCL2がWTマウスに比べて高レベルで発現した。刺激を与えることでWTのミクログリアの遊走とファゴサイトーシスが増加したが、KOマウスのミクログリアは増加しなかった。CD11cマイクログリアはキュプリゾン(CPZ)によってWTマウスでは誘導されたが、KOマウスでは誘導されなかった。ミクログリアのプロテオームは、miR-146a KOマウスではWTマウスに比べて変化しなかったが、CPZ処理により、KOマウスではGOT1、COX5b、CRYL1、シスタチン-Cが特異的に変化し、タンパク質応答が低下した。また、ミクログリアのプロテオームの識別性を調べたところ、スパース偏最小二乗-判別分析では、対照とCPZ処理条件を比較したときに最も識別性が高いことがわかった。その中には、環境を知覚するセンソーム、CD11cミクログリアのシグネチャーに属するAtp1a3、炎症反応に関連するタンパク質（S100A9、Ppm1g）が含まれていた。最後に、MS患者の異なる脳病変におけるmiR-146aとその有効な標的遺伝子の発現を調べた。miR-146はすべての病変タイプで発現が上昇しており、最も発現が高いのは活動性病変であった。88の有効な標的遺伝子のうち19の遺伝子が活動期病変で有意に変化したが、NAWM病変では変化しなかった。 これらのデータは、中枢神経系におけるmiR-146aの主要な供給源はミクログリアであることを示唆している。miR-146aの欠失はミクログリアの機能とプロテオームに異なる影響を与え、miR-146aは活動性MS病変の遺伝子制御に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。

MiR-146a is an important regulator of innate inflammatory responses and is also implicated in cell death and survival. By sorting CNS resident cells, microglia were the main cellular source of miR-146a. Therefore, we investigated microglia function and phenotype in miR-146a knock-out (KO) mice, analyzed the proteome of KO and wild-type (WT) microglia by LC-MS/MS, and examined miR-146a expression in different brain lesions of patients with multiple sclerosis (MS). When stimulated with LPS or myelin , microglia from KO mice expressed higher levels of IL-1β, TNF, IL-6, IL-10, CCL3, and CCL2 compared to WT. Stimulation increased migration and phagocytosis of WT but not KO microglia. CD11c microglia were induced by cuprizone (CPZ) in the WT mice but less in the KO. The proteome of microglia was not different in miR-146a KO compared to WT mice, but CPZ treatment induced differential and reduced protein responses in the KO: GOT1, COX5b, CRYL1, and cystatin-C were specifically changed in KO microglia. We explored discriminative features of microglia proteomes: sparse Partial Least Squares-Discriminant Analysis showed the best discrimination when control and CPZ-treated conditions were compared. Cluster of ten proteins separated WT and miR-146a KO microglia after CPZ: among them were sensomes allowing to perceive the environment, Atp1a3 that belongs to the signature of CD11c microglia, and proteins related to inflammatory responses (S100A9, Ppm1g). Finally, we examined the expression of miR-146a and its validated target genes in different brain lesions of MS patients. MiR-146 was upregulated in all lesion types, and the highest expression was in active lesions. Nineteen of 88 validated target genes were significantly changed in active lesions, while none were changed in NAWM. Our data indicated that microglia is the major source of miR-146a in the CNS. The absence of miR-146a differentially affected microglia function and proteome, and miR-146a may play an important role in gene regulation of active MS lesions.

Copyright © 2020 Martin, Hyrlov, Elkjaer, Thygesen, Wlodarczyk, Elbaek, Aboo, Okarmus, Benedikz, Reynolds, Hegedus, Stensballe, Svenningsen, Owens and Illes.