Study of the microRNA expression profile dysregulation by hydrogen peroxide on the retinal pigment epithelium cells: role of miR-205-5p

Abstract

Age related macular degeneration (ADM) and diabetic retinopathy (DR) are common retina-related diseases leading to blindness. The retinal pigment epithelium (RPE) is essential for the vision, in fact is well documented that oxidative stress (OS) generated in RPE and choroid neovascularization are related to the origin of these disorders. The study of circulating miRNAs, small non-codding RNA, is opening new possibilities in terms of diagnosis and therapeutics. miRNAs can travel inside small Extracellular Vesicles (sEVs) playing an important role in intracellular communication. Concretely, miR205-5p is involved in VEGF-related angiogenesis and seems to regulate associated cell signaling pathways. One of the aims of the present work is to establish a miRNA expression profile of ARPE-19 cells and sEVs released from ARPE-19 cells under oxidative conditions (H2O2). Moreover, we want to evaluate the role of the identified miRNAs and sEVs in the progression of pathological processes related to retinal disorders. The miRNA expression profile was carried out using SeraMir Profiler that includes 384 miRNAs whose expression was analyzed in ARPE-19 cells and sEVs released by ARPE-19 cells, both in control conditions and treated with 600 M H2O2 for 24 hours. Additionally, the role of miRNAs and sEVs in angiogenic processes was studied using matrigel assays with HUVEC cells. We identify a different miRNA expression profile between oxidative stressed and control ARPE-19 cells (Cell miRNAs) and the sEVs (sEV miRNAs) released by them. As a result, 306 out of 384 Cell miRNAs were detected by the array and 7 were significantly overexpressed in H2O2-treated cells. Moreover, 218 miRNAs could be detected in control and H2O2-induced sEVs and only 2 of them were significantly under-expressed in H2O2-induced sEVs. Among the dysregulated Cell miRNAs we found the miR-205-5p. Our results indicate that miR-205-5p is modulated by OS and regulates VEGFAangiogenesis. We also found the role of 600 M H2O2-sEVs on oxidative stress induction, cell death increasing and angiogenesis stimulation in healthy ARPE-19 cells. The miRNA dysregulation observed suggest their implication in retinal disorders after oxidative challenge. Among the dysregulated miRNAs, miR-205-5p is proposed as a candidate against eye-related proliferative diseases. Therefore, results herein suggest the influence of sEV in neighboring cells and the possible utility of sEV miRNAs as biomarkers.

La degeneración macular asociada con la edad (AMD) y la retinopatía diabética (RD) son alteraciones de la retina que llevan a la perdida de la visión. El epitelio pigmentario de la retina (RPE) es esencial para la visión, de hecho está bien documentado que el estrés oxidativo (OS) generado en el RPE y la neovascularización de la coroides están relacionados con el origen de estas alteraciones. El estudio de los microRNAs (miRNAs) circulantes, pequeños RNAs no codificantes, está abriendo nuevas posibilidades en el campo del diagnostico y de la terapia. Los miRNAs pueden viajar en el interior de pequeñas vesículas extracelulares (sEVs) jugando un papel importante en la comunicación intracelular. Concretamente, el miR-205-5p está involucrado en los procesos de angiogenesis relacionados con el VEGF y además parece regular las vías de señalización asociadas. Uno de los objetivos de este trabajo es determinar los perfiles de expresión de los miRNAs de las células ARPE-19 y de las sEVs liberadas por las ARPE-19 bajo condiciones oxidantes (H2O2). Además, queremos evaluar el papel de los miRNAs identificados y de las sEVs en la progresión de los procesos patológicos relacionados con las alteraciones de la retina. El perfil de expresión de los miRNAs se llevo a cabo utilizando SeraMir Profiler que incluye 384 miRNAs, cuya expresión se analizó en las células ARPE-19 y en las sEVs liberadas por estas células, tanto en condiciones control como sometidas a 600 M H2O2 durante 24 horas. Por otro lado, el papel de los miRNAs y las sEVs en los procesos angiogenicos se determino mediante el uso de ensayos de matrigel con células HUVEC.Identificamos un perfil de expresión de miRNAs diferente entre células ARPE-19 sometidas a estrés oxidativo y control (Cell miRNAs) y entre las sEVs liberadas por estas (sEV miRNAs). Como resultado, se detectaron 306 de los 384 Cell miRNAs analizados y 7 de ellos estaban significativamente sobrexpresados en las células tratadas con H2O2. Además, se detectaron 218 miRNAs en las sEVs liberadas por células controles y sometidas a H2O2 y solamente 2 de ellos estaban significativamente infraexpresados en las sEVs sometidas a H2O2. Entre los Cell miRNA desregulados encontramos el miR-205-5p. Nuestros resultados indican que el miR-205-5p está modulado por el OS y regula la angiogenesis mediada por el VEGFA. También determinamos el papel de las sEVs - H2O2 en la inducción del OS, el aumento de la muerte celular y la estimulación de la angiogenesis en células ARPE-19 sanas. Los miRNAs desregulados sugieren su implicación en los desordenes de la retina tras la exposición a OS. Entre los miRNAs desregulados, el miR-205-5p se propone como un candidato contra los procesos proliferativos relacionada con las alteraciones de la retina. Por otra parte, nuestros resultados demuestran la influencia de las sEVs en las células vecinas y la posible utilidad de los sEV miRNAs como biomarcadores.