The impact of the pro-atherogenic MRAS gene in smooth muscle cells

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2025-03-07

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Zusammenfassung

Cardiovascular disease (CVDs) including coronary artery disease (CAD), cardiomyopathy, myocardial infarction and stroke, are the leading cause of death globally. The preeminent cause of CVDs is atherosclerosis, an inflammatory thickening of the vessel wall. Numerous risk factors including smoking, alcohol consumption, obesity, hypertension, stress, age, gender and genetic predisposition, contribute to its development. Genome wide association studies (GWAS) have pinpointed more than 393 loci marked by single nucleotide variants significantly associated with CAD. However, the causal mechanisms behind these associations remain unclear for which functional follow-up studies are very essential to identify the causal genetic variation or gene, to better understand the link between these loci and the disease. A study by Erdmann et al. in 2009, revealed a region on 3q22.3, which encompasses the MRAS gene as a risk factor for CAD. In this doctoral dissertation, the CAD-risk gene MRAS was investigated. MRAS encodes muscle Ras, a small GTPase that acts as a signal transducer in tumour necrosis factor (TNF) signalling and other related acute phase response signalling pathways. According to eQTL data, MRAS risk variants for CAD increase MRAS mRNA levels primarily in the arterial tissue. Recently, it has been indicated that functional MRAS variants are specific to vascular smooth muscle cells (SMCs). The exact role of MRAS in atherogenesis, the underlying mechanism of CAD, and the therapeutic potential of targeting MRAS is still elusive. Therefore, we investigated the function of MRAS in vascular SMCs, one of the key cell types in the etiology of atherosclerosis and plaque stabilization. Human primary aortic SMCs transfected with MRAS-specific siRNA and murine aortic SMCs derived from our Mras-/-ApoE-/- double knockout (dKO) mouse model was subjected to functional assays including proliferation, migration and apoptosis. The siRNA mediated knockdown of MRAS in human SMCs increased migration and proliferation with and without stimulation of TNF, IL-6 and IL-1ß. In line with that, the absence of Mras in murine SMCs led to significant increase in proliferation, enhanced migration and reduced apoptotic activity compared to control B6.ApoE-/- SMCs. Stimulation with TNF, IL-6 and IL-1ß enhanced the proliferative effect of Mras deficiency, indicating an interplay of these cytokines and MRAS pathways. Moreover, bulk RNA sequencing revealed that Mras knockout in murine SMCs led to differential gene expression of numerous genes involved in cGMP and cAMP signalling, suggesting that SMCs upregulate cGMP/cAMP signalling to compensate for the loss of Mras. The in vivo atherosclerosis study on plaque characteristic revealed that the impact of Mras deficiency was sex-specific as significant differences in plaque size, collagen content and macrophage staining were only observed in male mice. Male Mras-/-ApoE-/- dKO mice showed significantly higher levels of collagen content, MoMa content and SMC content as compared to B6.ApoE-/- male mice. In conclusion, our data indicates that lower MRAS levels in the vessel wall, particularly in SMCs, provides protection against CAD by stabilizing atherosclerotic plaques, and thereby decreasing the risk of plaque rupture and subsequent hospitalization.

Beschreibung

Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems, einschließlich Koronarer Herzkrankheit (KHK), Kardiomyopathie, Herzinfarkt (HI) und Schlaganfall, sind weltweit die Haupttodesursache. Die Ursache für KHK ist Atherosklerose, eine entzündliche Verdickung der Gefäßwände. Zahlreiche Risikofaktoren wie Rauchen, Alkoholkonsum, Fettleibigkeit, Bluthochdruck, Stress, Alter, Geschlecht und genetische Veranlagung tragen zu ihrer Entstehung bei. Genomweite Assoziationsstudien (GWAS) haben mehr als 393 Genorte identifiziert, die durch Einzelnukleotid-Polymorphismen gekennzeichnet sind, die signifikant mit KHK assoziiert sind. Die kausalen Mechanismen hinter diesen Assoziationen sind jedoch nach wie vor unklar, weshalb funktionelle Folgestudien sehr wichtig sind, um die kausalen genetischen Variationen oder kausale Gene zu identifizieren, und damit den Zusammenhang zwischen diesen Genorten und der Krankheit besser zu verstehen. In einer Studie von Erdmann et al. aus dem Jahr 2009 wurde die Genregion auf 3q22.3, als Risikofaktor für KHK entdeckt, die das MRAS-Gen beinhaltet. In dieser Dissertation wurde das CAD-Risikogen MRAS untersucht. MRAS kodiert für das muskulären Ras, eine kleine GTPase, die als Signalüberträger in der Tumornekrosefaktor (TNF)-Signalgebung und anderen Akutephase-Signalwegen fungiert. Den eQTL-Daten zufolge erhöhen MRAS-Risikovarianten für KHK die MRAS-mRNA-Spiegel hauptsächlich im arteriellen Gewebe. Kürzlich wurde festgestellt, dass funktionelle MRAS-Varianten spezifisch für vaskuläre glatte Muskelzellen (engl. Smooth Muscle Cells, SMCs) sind. Die genaue Rolle von MRAS bei der Atherogenese, der zugrundeliegende Mechanismus der KHK und das therapeutische Potenzial einer gezielten Beeinflussung von MRAS sind noch nicht geklärt. Daher untersuchten wir die Funktion von MRAS in vaskulären SMCs, einem der wichtigsten Zelltypen bei der Ätiologie der Atherosklerose und der Plaquestabilisierung. Humane primäre Aorten-SMCs, die mit MRAS-spezifischer siRNA transfiziert wurden, und murine Aorten-SMCs, die aus einem Mras-/-ApoE-/--Doppelknockout-Mausmodell stammen, wurden funktionellen Tests unterzogen, darunter Proliferation, Migration und Apoptose. Die siRNA-vermittelte Ausschaltung von MRAS in menschlichen SMCs erhöhte die Migration und Proliferation mit und ohne Stimulation durch TNF, IL-6 oder IL-1ß. In Übereinstimmung damit führte das Fehlen von Mras in murinen SMCs zu einem signifikanten Anstieg der Proliferation, verstärkter Migration und verringerter apoptotischer Aktivität im Vergleich zu B6.ApoE-/- SMCs. Die Stimulation mit TNF, IL-6 und IL-1ß verstärkte die proliferative Wirkung des Mras-Mangels, was auf ein Zusammenspiel dieser Zytokine und MRAS-Signalwege hinweist. Darüber hinaus ergab die RNA-Sequenzierung, dass der Verlust von Mras in murinen SMCs zu einer veränderten Genexpression zahlreicher Gene führte, die an der cGMP- und cAMP-Signalübertragung beteiligt sind. Deutet darauf hin, dass SMCs die cGMP/cAMP-Signalübertragung aktivieren, um den Verlust von Mras zu kompensieren. Die In vivo-Atherosklerose-Studie zeigte, dass der Mras-Mangel geschlechtsspezifische Auswirkungen auf die Plaque-Eigenschaften hat, da nur bei männlichen Mäusen signifikante Unterschiede in der Plaque-Charakteristik zeigten. Männliche Mras-/-ApoE-/- dKO-Mäuse wiesen im Vergleich zu männlichen B6.ApoE-/--Mäusen signifikant höhere Werte des Kollagen-, Monocyten und Magrophagen und SMC-Gehalts auf. Zusammenfassend deuten unsere Daten darauf hin, dass niedrigere MRAS-Spiegel in der Gefäßwand, insbesondere in SMCs, vor KHK schützen, indem sie atherosklerotische Plaques stabilisieren und dadurch das Risiko einer Plaqueruptur und damit eines anschließenden Krankenhausaufenthalts verringern.

Schlagwörter

MRAS, Smooth muscle cells, Atherosclerosis, Coronary Artery Disease

Zitierform

Institut/Klinik

Institut für Kardiogenetik

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