БИОХИМИЯ, 2022, том 87, вып. 7, с. 843 - 850

УДК 577.29

SMAD-СИГНАЛЬНЫЙ ПУТЬ -

ОБЪЕКТ РЕГУЛЯТОРНЫХ ЭФФЕКТОВ микроРНК,

АССОЦИИРОВАННЫХ С ФИБРОЗОМ МИОКАРДА:

in silico АНАЛИЗ СЕТЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГЕНОВ-МИШЕНЕЙ

¹ ФГБУ НМИЦ Кардиологии имени академика Е.И. Чазова Минздрава России,

121552 Москва, Россия; электронная почта: pisklova_maria@mail.ru

² РНИМУ имени Н.И. Пирогова Минздрава России, 117997 Москва, Россия

Поступила в редакцию 03.06.2022

После доработки 07.06.2022

Принята к публикации 07.06.2022

Гипертрофическая кардиомиопатия (ГКМП) - наследственная патология сердца, обусловленная

мутациями в генах саркомеров, которая сопровождается фиброзом миокарда в сочетании с про-

грессирующей сердечной недостаточностью и аритмиями. Исследования последних лет позволяют

предполагать, что в развитие ГКМП вовлечены также нарушения в механизмах регуляции экспрес-

сии генов. МикроРНК - короткие некодирующие РНК - относятся к одному из типов таких ре-

гуляторов. Как правило, одна молекула микроРНК регулирует на посттранскрипционном уровне

множество генов-мишеней, кодирующих различные белки, в связи с чем установление роли той

или иной микроРНК в патогенезе заболевания затруднено. В представленной работе мы отобрали

в базе данных PubMed 15 микроРНК, экспрессия которых ассоциирована с фиброзом миокарда -

одним из ключевых патологических процессов при ГКМП. При помощи разработанного нами ранее

алгоритма проведён in silico поиск сигнальных путей, регулируемых этими микроРНК. Оказалось,

что 10 микроРНК из их числа вовлечены в регуляцию TGF-b/SMAD-сигнального пути. При этом

среди генов SMAD-сигнального пути мишенью большинства рассматриваемых микроРНК служит

ген MYC, который вовлечён в развитие фиброза в некоторых тканях. Вывод о регуляции того же

TGF-b/SMAD-сигнального пути набором других микроРНК, ассоциированных с гипертрофией мио-

карда при ГКМП, был сделан в нашем предшествующем исследовании. Совпадение результатов двух

независимых биоинформатических исследований свидетельствует о том, что SMAD-сигнальный путь

действительно служит ключевым объектом регуляции патологических процессов при ГКМП. Полу-

ченные результаты вносят существенный вклад в понимание патологических процессов, лежащих в

основе развития ГКМП.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: фиброз, микроРНК, гипертрофическая кардиомиопатия, ГКМП, in silico анализ,

сети взаимодействия генов, TGF-b/SMAD-сигнальный путь.

DOI: 10.31857/S0320972522070016, EDN: AUYHOL

ВВЕДЕНИЕ

смерти, которые неизбежно возникают

при

прогрессировании ГКМП [1]. Сложившееся

Гипертрофическая

кардиомиопа-

представление о ГКМП как о заболевании, воз-

тия (ГКМП) - одна из самых распространён-

никающем вследствие мутаций в генах белков

ных форм наследственных кардиомиопатий.

саркомеров [2], претерпело за последние годы

Замещение ткани сердца соединительной тка-

существенные изменения. Среди пациентов

нью - фиброз миокарда - ведущий патогене-

с ГКМП только в 60% случаев обнаруживаются

тический механизм в развитии сердечной недо-

подобные мутации, что позволяет выдвинуть

статочности, аритмий или внезапной сердечной предположение о вовлечённости в патогенез

заболевания механизмов регуляции экспрес-

сии генов на различных уровнях, в том числе на

Принятые сокращения: ГКМП - гипертрофическая

кардиомиопатия; LCC - самая большая компонента связ-

уровне регуляторных микроРНК [3, 4].

ности (The Largest Connected Component).

МикроРНК представляют собой небольшие

* Адресат для корреспонденции.

некодирующие РНК (средняя длина 22 нуклео-

843

844

ПИСКЛОВА и др.

тида), которые регулируют экспрессию генов

рали микроРНК, которые либо идентичны по

на посттранскрипционном уровне [5]. По дан-

нуклеотидному составу микроРНК человека,

ным 22-го релиза курируемой базы miRBase, в

либо выполняют у человека сходные функции.

организме человека обнаружено 2654 зрелых

В некоторых публикациях не было указано,

микроРНК [6]. Показано, что при различных

какую зрелую микроРНК брали для исследова-

сердечно-сосудистых заболеваниях, и в част-

ния. В таких случаях, используя базу miRBase,

ности при кардиомиопатиях, уровни отдель-

мы выбирали те зрелые микроРНК, для кото-

ных микроРНК могут изменяться и в плазме

рых наименование в графе «Previous IDs» со-

крови, и в миокарде [3, 7, 8]. При этом каждая

впадало с наименованием в рассматриваемой

микроРНК имеет большое количество ге-

статье.

нов-мишеней, что затрудняет поиск и интер-

Анализ возможной функции микроРНК. Для

претацию функций и роли в патогенезе даже

предсказания функций микроРНК использо-

тех микроРНК, для которых уже была показана

вали обобщённый алгоритм, подробно описан-

ассоциация с заболеванием. Ранее мы предло-

ный в работах Osmak et al. [9, 10]. Программ-

жили алгоритм для предсказания регуляторной

ный код, которым проведён анализ отобранных

функции отдельно взятых микроРНК, осно-

микроРНК, доступен по ссылке (онлайн-репо-

ванный на in silico анализе структуры сети их

зиторий, https://github.com/GJOsmak/miRNET_

генов-мишеней [9]; впоследствии он получил

fibrosis).

обобщение для предсказания функции сово-

Вкратце, сначала мы строим отдельную

купности нескольких микроРНК [10]. В пред-

сеть взаимодействий продуктов генов-мише-

ставляемой работе проведён отбор и после-

ней каждой из отобранных микроРНК, ко-

дующий in silico анализ функций микроРНК,

торые экспрессируются в ткани сердца. Узлы

связанных с фиброзом миокарда, как ключе-

сети представлены белковыми продуктами

вым патогенетическим процессом при ГКМП.

этих генов. Любая пара узлов имеет связь,

если «минимальная необходимая оценка вза-

имодействия» по базе данных STRING (база

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

данных белок-белковых взаимодействий,

https://string-db.org/, по состоянию на 18 де-

Отбор микроРНК, ассоциированных с фи-

кабря 2020 г.) оценивается не менее 0,9 с на-

брозом миокарда. В базе данных PubMed прове-

стройками по умолчанию. Из каждой по-

дён поиск публикаций, содержащих индексиру-

строенной сети извлекается самая большая

емые в MeSH-базе термины «cardiomyopathies»,

компонента связности (The Largest Connected

«miRNA» и «fibrosis», в период с 2008 г. до фев-

Component, LCC). Для каждого узла в LCC

раля 2022 г., и составлен перечень обнаружен-

рассчитывается нормализованная степенная

ных микроРНК.

центральность и центральность по посредни-

Дальнейший отбор микроРНК из числа

честву. Далее мы удаляем узлы из каждой LCC

упомянутых в этих работах проводили следую-

один за другим в порядке от наибольшей сум-

щим образом. Среди публикаций выбирали те, в

мы обеих центральностей к наименьшей. По

которых для микроРНК была показана ассоци-

мере удаления узлов LCC постепенно распа-

ация и/или корреляция с фиброзом миокарда и

дается на отдельные связанные компоненты,

проведены эксперименты с изменением уров-

а её мощность (количество входящих в неё

ня микроРНК (подавление и сверхэкспрессия

узлов) падает. В тот момент, когда LCC пере-

микроРНК). Если в работе изучали лишь одно-

стаёт активно распадаться, а мощность LCC

направленное изменение уровня микроРНК,

выходит на плато, мы останавливаем процесс

среди таких публикаций мы отбирали те, в

и рассматриваем все удалённые узлы как клю-

которых были проведены дополнительные

чевые гены, необходимые для связности по-

эксперименты по изучению роли микроРНК,

строенной сети. (Более подробное описание

такие как поиск потенциальных мишеней

можно найти в статье Osmak et al. [9].) Далее,

микроРНК, оценка связывания микроРНК с

используя два набора, «микроРНК» и «сиг-

мишенью, изучение влияния взаимодействия

нальные пути» онлайн-базы данных биологи-

микроРНК с мишенью на различные показа-

ческих путей Reactome (далее - сигнальные

тели фиброза. Работы, посвящённые изучению

пути Reactome), связанные через отобранные

циркулирующих микроРНК, были исключены

ключевые гены, получаем инъективную функ-

из рассмотрения, так как уровни микроРНК

цию: «ключевые гены микроРНК → сигналь-

в плазме крови могут не отражать их уровни

ные пути Reactome». Рассматривая наборы

в тканях. В случае, когда исследование было

«микроРНК» и «сигнальные пути Reactome»

проведено на клетках мышей или крыс, отби-

в качестве узлов сети, а набор сопоставлений

БИОХИМИЯ том 87 вып. 7 2022

ФУНКЦИИ микроРНК ПРИ ФИБРОЗЕ МИОКАРДА

845

«ключевые гены микроРНК → сигнальные

Для поиска сигнальных путей Reactome,

пути Reactome» в качестве рёбер, мы строим

связанных с большинством из оставшихся

двудольный неориентированный граф, или

12 микроРНК через их ключевые гены, мы,

сеть «микроРНК-сигнальные пути Reactome».

как и ранее [10], использовали жадный алго-

Если построенная сеть содержит не менее двух

ритм (рис. 1, а).

связанных микроРНК (т.е. микроРНК, сое-

На первой итерации алгоритма мы опреде-

динённых друг с другом через последователь-

лили SMAD-модуль, показанный на рис. 1, б,

ность рёбер и других узлов), ищем минималь-

который содержит участок SMAD-сигналь-

ное количество узлов из набора «сигнальных

ного пути (в сигнальных путях Reactome он

путей Reactome», связанных с наибольшим ко-

обозначен как SMAD2/SMAD3:SMAD4-гете-

личеством микроРНК, используя жадный ал-

ротример). Он перепредставлен ключевыми

горитм (greedy algorithm), подробное описание

генами-мишенями 10 микроРНК, а именно:

которого дано в статье Osmak et al. [10].

hsa-miR-21-5p, hsa-miR-24-3p, hsa-miR-25-3p,

Оценку статистической значимости из-

hsa-miR-29-3p, hsa-miR-30a-5p, hsa-miR-130a-

влекаемых модулей проводили, исходя из би-

3p, hsa-miR-150-5p, hsa-miR-155-5p, hsa-miR-

номиального распределения степеней узлов,

203a-3p и hsa-let-7d-5p. Для случайного набора

соответственно, p-value задавалось как вероят-

из 12 микроРНК вероятность получения такого

ность того, что выбранный узел-ген (или груп-

модуля, содержащего не менее 10 микроРНК,

па узлов-генов) будет иметь такое или большее

нацеленных на этот путь, составляет 9,41 × 10^-5

число связей с узлами-микроРНК. Поправку

c поправкой на множественные сравнения по

на множественные сравнения вводили по Бон-

феррони, как это описано ранее [10].

Далее для получения конкретных генов-ми-

шеней строили двудольный граф микроРНК и

их генов-мишеней, которые относятся к ото-

бранным сигнальным путям. Гены-мишени с

наибольшей входящей степенью узла считали

главными акцепторами регуляторных эффек-

тов микроРНК.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В результате поиска в базе данных PubMed

по запросам, приведённым в разделе «Мате-

риалы и методы», найдено 58 публикаций. Из

составленного перечня обнаруженных в этих

публикациях микроРНК, согласно критери-

ям, описанным в разделе «Материалы и ме-

тоды», было выбрано 15 микроРНК, ассоци-

ированных с фиброзом миокарда. Из них для

девяти - hsa-miR-24-3p, hsa-miR-29b-3p, hsa-

miR-30a-5p, hsa-miR-150-5p, hsa-miR-203-3p,

hsa-miR-214-3p, hsa-miR-325, hsa-miR-891a-

3р, hsa-let-7d-5p - описано антифибротиче-

ское действие; а для шести - hsa-miR-21-5р,

Рис. 1. Предсказание функции отобранных микроРНК

hsa-miR-25-3p, hsa-miR-130a-3p, hsa-miR-145-

при помощи жадного алгоритма. Каждая сеть представля-

3р, hsa-miR-155-5p, hsa-miR-223-3p - профи-

ет собой двудольный граф, содержащий два набора узлов:

набор микроРНК (отмечены красным) и набор сигналь-

бротическое действие (таблица).

ных путей Reactome. Узлы из набора микроРНК и набо-

Построение сетей взаимодействия генов-

ра сигнальных путей Reactome соединяются ребром, если

мишеней и извлечение из них ключевых ге-

ключевые гены-мишени микроРНК перепредставлены

в наборе сигнальных путей Reactome. a - Две итерации

нов оказалось невозможным для всех 15 вы-

жадного поиска сигнальных путей Reactome, связанных

бранных микроРНК; из их числа пришлось

с выбранными микроРНК в исходной сети. б - Модуль,

исключить hsa-miR-325, hsa-miR-145-3p и hsa-

выявленный после первой итерации жадного алгоритма,

который содержит участок SMAD-сигнального пути и свя-

miR-891a-3p в связи с недостатком надёжных

занные с ним 10 микроРНК. в - Модуль, выявленный по-

данных о взаимодействии белковых продуктов

сле второй итерации, содержащий один сигнальный путь

их генов-мишеней.

«Клеточное старение», связанный с двумя микроРНК.

БИОХИМИЯ том 87 вып. 7 2022

846

ПИСКЛОВА и др.

Выбранные для анализа сетей взаимодействий генов-мишеней микроРНК, которые, по данным литературы,

ассоциированы с фибротическим процессом в тканях миокарда, культурах кардиомиоцитов или фибробластов

микроРНК

Объект исследования

Наблюдаемый эффект

Ссылка

Антифибротические микроРНК

снижает уровни экспрессии коллагена I и III типов, α-SMA

миокард мыши; культура

и фибронектина; улучшает гистологическую картину

miR-24

[11]

фибробластов сердца крысы

фиброза миокарда; подавляет миграцию и пролиферацию

фибробластов

миокард мыши; культура

подавляет экспрессию коллагена I типа и α-SMA;

miR-29b

[12]

фибробластов сердца мыши

замедляет фиброз миокарда

миокард крыс; культура

подавляет накопление коллагена и пролиферацию

miR-30a-5p

[13]

фибробластов сердца крысы

фибробластов

ингибирует пролиферацию и миграцию фибробластов,

миокард мыши; культура

регулирует их дифференцировку в миофибробласты;

miR-150-5p

[14]

фибробластов сердца мыши

понижает уровни коллагена I типа и α-SMA; нокаут miR-

150-3p резко усугубляет гистологическую картину фиброза

миокард мыши; культура

улучшает гистологическую картину фиброза миокарда;

miR-203-3p

[15]

кардиомиоцитов мыши

снижает уровни экспрессии коллагенов I и III типов

миокард мыши; культура

улучшает гистологическую картину фиброза миокарда;

miR-214-3p

[16]

миофибробластов мыши

подавляет экспрессию коллагенов I и III типов, α-SMA

миокард крысы,

подавляет экспрессию коллагена I и III типов, α-SMA,

miR-325-3p

миокард мыши; культура

[17]

фибронектина, пролиферацию и миграцию фибробластов

фибробластов сердца крысы

культура фетальных

подавляет рост фибробластов и экспрессию коллагена

miR-891a-3р

[18]

фибробластов сердца крысы

I типа и CTGF

подавляет фиброгенез, снижает уровни α-SMA,

фибронектина, CTGF, коллагенов I и III типов и

миокард мыши; культура

Let-7d

отложение коллагена в миокарде; подавляет пролиферацию

[19]

фибробластов сердца мыши

фибробластов, а также переход фибробластов в

миофибробласты

Профибротические микроРНК

миокард мыши, человека;

подавление miR-21 уменьшает проявления фиброза

miR-21

культура фибробластов

миокарда и содержание коллагена; способствует

[20, 21]

сердца крысы

пролиферации фибробластов

миокард мыши, миокард

повышает уровни экспрессии генов коллагенов I и III

miR-25-3p

человека; культура

[22]

типов, α-SMA

фибробластов сердца мыши

миокард мыши, миокард

регулирует уровни коллагенов I и III типов, α-SMA, CTGF,

miR-130a-3p

человека; культура

фибронектина, матриксной металлопротеиназы 9, а также

[23]

фибробластов сердца крысы

переход фибробластов в миофибробласты

культура фетальных

стимулирует рост фибробластов и экспрессию коллагена I

miR-145-3р

[18]

фибробластов сердца крысы

типа, CTGF и α-SMA

культура эмбриональных

miR-155

повышает уровни экспрессии коллагена I типа и α-SMA

[24]

кардиомиоцитов крысы

миокард крысы;

регулирует уровни экспрессии коллагенов I и III типов;

miR-223

культура эмбриональных

ингибирование miR-223 улучшает гистологическую

[25]

кардиомиоцитов крысы

картину фиброза миокарда

Примечание. CTGF - фактор роста соединительной ткани; α-SMA - α-актин гладких миоцитов.

БИОХИМИЯ том 87 вып. 7 2022

ФУНКЦИИ микроРНК ПРИ ФИБРОЗЕ МИОКАРДА

847

Бонферрони. На второй итерации работы алго-

ритма был извлечён модуль, содержащий сиг-

нальный путь «Клеточное старение» («Cellular

Senescence»), и две связанных с ним микроРНК,

hsa-miR-223-3p и miR-214-3p (показаны

на рис. 1, в), однако вероятность извлечения

модуля такой структуры мала; она оценивает-

ся нами в 0,62 c поправкой на множественные

сравнения по Бонферрони (расчёты см. в он-

лайн-репозитории по ссылке https://github.com/

GJOsmak/miRNET_fibrosis). По этой причине

второй модуль мы относим к статистическому

шуму и далее не рассматриваем.

Для выяснения конкретных механизмов,

лежащих в основе микроРНК-опосредован-

ной регуляции экспрессии генов выявленного

SMAD-модуля, по данным базы валидирован-

ных мишеней miRTarBase, мы проанализиро-

вали взаимодействия между входящими в него

микроРНК с их ключевыми мРНК-мишеня-

ми (рис. 2). Анализ показал, что miR-24-3p

связывается с мРНК наибольшего количества

генов: MYC, SP1, UBC, TFDP2, RBL1, NEDD4l

и HDAC1. При этом мРНК гена MYC имеет в

своей последовательности сайты связывания

для наибольшего числа микроРНК среди про-

Рис.

2. Двудольный граф микроРНК и их ключе-

анализированных нами: let-7d-5p, miR-25-3p,

вых генов-мишеней, перепредставленных среди генов

miR-29b-3p, miR-21-5p, miR-130a-3p, miR-24-

SMAD-сигнального пути. Размер узла гена-мишени ото-

бражает входящую степень узла (число микроРНК, с ко-

3p и miR-155-5p.

торыми он связан), градиент от синего к красному - ис-

ходящую степень узла (количество генов-мишеней, с

которыми связана микроРНК)

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

hsa-miR-21-5p, hsa-miR-24-3p, hsa-miR-25-3p,

В представленной работе мы провели про-

hsa-miR-29-3p, hsa-miR-30a-5p, hsa-miR-130a-

верку состоятельности предсказаний функций

3p, hsa-miR-150-5p, hsa-miR-155-5p, hsa-miR-

микроРНК, основанных на применении ранее

203a-3p и hsa-let-7d-5p, вероятно, вовлечены

предложенного нами алгоритма, который обоб-

в регуляцию экспрессии генов SMAD-сиг-

щает имеющиеся в открытом доступе данные

нального пути, кодирующих белки семей-

по экспериментально валидированным мише-

ства SMAD - основных передатчиков сигна-

ням микроРНК [9, 10]. Для такой проверки мы

лов для рецепторов суперсемейства TGF-b

использовали набор микроРНК, для которых,

(трансформирующих факторов роста бета),

согласно данным литературы, имеются экспе-

которые критически важны для регуляции раз-

риментальные свидетельства их вовлечённости

вития и роста клеток. При этом выявленные

в регуляцию процессов фиброза - одного из

микроРНК регулируют SMAD-модуль, содер-

ключевых звеньев патогенеза ГКМП.

жащий гены для трёх формирующих гетеро-

Исходя из данных научных статей, индек-

тример белков (SMAD2, SMAD3 и SMAD4) из

сируемых в базе NCBI PubMed за 2008-2022 гг.,

8-членного семейства SMAD. Белки SMAD2 и

мы отобрали 15 микроРНК, предположитель-

SMAD3 непосредственно передают сигналы от

но, вовлечённых в развитие фиброза миокар-

TGF-b-рецепторного комплекса, а SMAD4 вы-

да (таблица). Однако для генов-мишеней трёх

полняет вспомогательную роль. Связываясь

микроРНК (hsa-miR-325, hsa-miR-145-3p и

с двумя молекулами SMAD (SMAD2 и/или

hsa-miR-891a-3p) из-за недостатка данных

SMAD3), SMAD4 формирует гетеротример,

не удалось построить сети взаимодействия, и

который направляется в ядро для регуляции

эти микроРНК были исключены из рассмот-

экспрессии генов [26].

рения. Анализ возможной функции осталь-

Обобщение экспериментальных данных,

ных 12 микроРНК по предложенному нами

которое было достигнуто с помощью нашего

алгоритму показал, что 10 из них, а именно:

алгоритма, хорошо согласуется с представле-

БИОХИМИЯ том 87 вып. 7 2022

848

ПИСКЛОВА и др.

ниями, согласно которым TGF-b-сигналинг

дованный фиброз почек [37, 38]. Кроме того,

занимает центральное место в развитии таких

показано, что экспрессия гена MYC повыше-

патологий сердца, как сердечная недостаточ-

на при гипертрофии миокарда, в частности,

ность, гипертрофия и фиброз миокарда, ремо-

при гипертрофической кардиомиопатии ещё

делирование камер сердца [27]. Действительно,

до появления основных симптомов заболе-

было показано, что активация TGF-b-рецеп-

вания [39-41]. Таким образом, выявленная

торного комплекса и последующая передача

нами роль MYC как ключевого гена-мишени

сигналов посредством SMAD2/SMAD3 регу-

микроРНК, ассоциированных с фиброзом

лирует экспрессию генов, связанных с фибро-

миокарда, хорошо согласуется с описанными

зом - генов металлопротеиназ, коллагенов,

свойствами этого гена.

протеогликанов, интегринов и фактора роста

Ранее

[10] мы показали, что набор

соединительной ткани (CTGF) [27]. SMAD2

микроРНК, участвующих в гипертрофии

отвечает за подавление экспрессии этих генов,

миокарда, регулирует гены SMAD-сигналь-

а SMAD3 - за их активацию [27].

ного пути и предположили, что это может

В результате детализации возможных регу-

вносить свой вклад в прогрессирование ре-

ляторных механизмов, достигнутой при анали-

моделирования миокарда при ГКМП. Среди

зе сети взаимодействий молекул микроРНК с

12 микроРНК, анализируемых в цитируемой

их экспериментально валидированными гена-

работе, только три оказались общими с теми

ми-мишенями, мы установили, что miR-24-3p

микроРНК, которые были отобраны как ассо-

регулирует наибольшее число генов, относя-

циированные с фиброзом для настоящего ис-

щихся к обнаруженному нами SMAD-модулю;

следования - hsa-miR-21-5p, hsa-miR-29-3p и

c другой стороны, мРНК гена MYC из этого

hsa-miR-155-5p. Тот факт, что выводы о регу-

модуля имеет наибольшее количество сай-

ляции TGF-b/SMAD-сигнального пути двумя

тов связывания разных микроРНК. Эти дан-

различными, мало пересекающимися набора-

ные хорошо согласуются с представлениями о

ми микроРНК, из которых один ассоциирован

плейотропности и вырожденности регуляции

с гипертрофией миокарда, а другой - с фибро-

посредством микроРНК. При этом miR-24-3p

зом, были сделаны нами в двух независимых

имеет сайты связывания не только на мРНК

биоинформатических исследованиях, свиде-

гена MYC, но и на мРНК других генов выяв-

тельствует о том, что SMAD-сигнальный путь

ленного нами SMAD-модуля, в частности, SP1,

действительно служит ключевым объектом

UBC, TFDP2, RBL1, NEDD4l и HDAC1 (рис. 2).

микроРНК-опосредованной регуляции пато-

Это наблюдение хорошо согласуется с данны-

логических процессов при ГКМП. Получен-

ми о разнонаправленной регуляции посред-

ные нами данные, после их эксперименталь-

ством этой микроРНК TGF-b/SMAD-сиг-

ного подтверждения, могли бы лечь в основу

нального пути в процессах, связанных с

разработки новых терапевтических подходов

фиброзом и дифференцировкой клеток [28-

для ГКМП.

31]. При этом мы обнаружили, что ген MYC

регулируется наибольшим числом рассматри-

ваемых микроРНК. Этот ген относится к се-

Вклад авторов. О.О. Фаворова, Г.Ж. Ось-

мейству регуляторных онкогенов, кодирую-

мак - концепция и руководство работой;

щих транскрипционные факторы; возрастание

Г.Ж. Осьмак,

М.В. Писклова - проведение

его экспрессии ассоциировано с опухолевыми

анализа;

О.О. Фаворова,

Г.Ж. Осьмак,

заболеваниями, поскольку при этом повыша-

М.В. Писклова - обсуждение результатов ис-

ется экспрессия генов, участвующих в проли-

следования; Г.Ж. Осьмак, М.В. Писклова - на-

ферации клеток (база данных NCBI, https://

писание текста; О.О. Фаворова - редактиро-

www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/17869).

Известно

вание текста статьи.

также, что MYC контролирует транскрипцию

Финансирование. Работа выполнена при

генов при поляризации резидентных макро-

финансовой поддержке Российского научного

фагов в макрофаги типа М2 [32], которые

фонда (грант № 20-15-00353).

запускают и поддерживают репарационные

Конфликт интересов. Авторы заявляют об

процессы, связанные с накоплением колла-

отсутствии конфликта интересов.

гена - главного компонента внеклеточночно-

Соблюдение этических норм. Настоящая

го матрикса соединительной ткани [33-35].

статья не содержит описания каких-либо ис-

Описано, что сверхэкспрессия MYC прово-

следований с участием людей или животных в

цирует фиброз печени [36] и TGF-b-опосре-

качестве объектов.

БИОХИМИЯ том 87 вып. 7 2022

ФУНКЦИИ микроРНК ПРИ ФИБРОЗЕ МИОКАРДА

849

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Angelopoulos, A., Oikonomou, E., Vogiatzi, G.,

cardiac fibroblasts by regulating c-Myb, Cell. Physiol.

Antonopoulos, A., Tsalamandris, S., et al.

(2021)

Biochem., 38, 2103-2122, doi: 10.1159/000445568.

MicroRNAs as biomarkers in hypertrophic cardiomy-

15.

Yang, X., Li, X., Lin, Q., and Xu, Q. (2019) Up-

opathy: current state of the art, Curr. Med. Chem., 28,

regulation of microRNA-203 inhibits myocardial

7400-7412, doi: 10.2174/0929867328666210405122703.

fibrosis and oxidative stress in mice with diabetic

Marian, A. J., Salek, L., and Lutucuta, S.

(2001)

cardiomyopathy through the inhibition of PI3K/Akt

Molecular genetics and pathogenesis of hypertrophic

signaling pathway via PIK3CA, Gene, 715, e143995.

cardiomyopathy, Minerva Med., 92, 435-451.

16.

Zhu, W. S., Tang, C. M., Xiao, Z., Zhu, J. N., Lin,

Chiti, E., Di Paolo, M., Turillazzi, E., and Rocchi, A.

Q. X., et al.

(2016) Targeting EZH1 and EZH2

(2021) MicroRNAs in hypertrophic, arrhythmogenic

contributes to the suppression of fibrosis-associated

and dilated cardiomyopathy, Diagnostics, 11, 1720,

genes by miR-214-3p in cardiac myofibroblasts,

doi: 10.3390/diagnostics11091720.

Oncotarget,

78331-78342,

doi: 10.18632/

Maron, B. J., Maron, M. S., Maron, B. A., and

oncotarget.13048.

Loscalzo, J. (2019) Moving beyond the sarcomere to

17.

Wang, C. C., Shang, B. B., Yang, C. W., Liu, Y. F.,

explain heterogeneity in hypertrophic cardiomyopathy:

Li, X. D., et al.

(2018) MicroRNA-325 alleviates

JACC review topic of the week, J. Am. Coll. Cardiol.,

myocardial fibrosis after myocardial infarction via

73, 1978-1986, doi: 10.1016/j.jacc.2019.01.061.

downregulating GLI1, Eur. Rev. Med. Pharmacol. Sci.,

Filipowicz, W., Bhattacharyya, S. N., and

22, 5339-5346, doi: 10.26355/eurrev_201808_15735.

Sonenberg, N.

(2008)

Mechanisms of post-

18.

Verjans, R., Derks, W. J. A., and Korn, K.

(2019)

transcriptional regulation by microRNAs: are the

Functional screening identifies microRNAs as multi-

answers in sight? Nat. Rev. Genet.,

102-114,

cellular regulators of heart failure, Sci. Rep., 9, e6055,

doi: 10.1038/nrg2290.

doi: 10.1038/s41598-019-41491-9.

Kozomara, A., Birgaoanu, M., and Griffiths-

19.

Liang, H., Pan, Z., Zhao, X., Liu, L., Sun, J., et al.

Jones, S. (2019) miRBase: from microRNA sequences

(2018) LncRNA PFL contributes to cardiac fibrosis

to function, Nucleic Acids Res.,

47, D155-D162,

by acting as a competing endogenous RNA of let-7d,

doi: 10.1093/nar/gky1141.

Theranostics, 8, 1180-1194.

Scolari, F. L., Faganello, L. S., Garbin, H. I.,

20.

Thum, T., Gross, C., Fiedler, J., Fischer, T.,

Mattos, B. P. E., and Biolo, A. (2021) A systematic

Kissler, S., et al.

(2008) MicroRNA-21 contributes

review of microRNAs in patients with hypertrophic

to myocardial disease by stimulating MAP kinase

cardiomyopathy, Int. J. Cardiol.,

327,

146-154,

signalling in fibroblasts, Nature,

456,

980-984,

doi: 10.1016/j.ĳ card.2020.11.004.

doi: 10.1038/nature07511.

Romaine, S. P. R., Tomaszewski, M., Condorelli, G.,

21.

Liu, S., Li, W., Xu, M., Huang, H., Wang, J.,

and Samani, N. J.

(2015)

MicroRNAs in

et al.

(2014) Micro-RNA

21Targets dual specific

cardiovascular

disease:

an introduction for

phosphatase 8 to promote collagen synthesis in high

clinicians, Heart,

101,

921-928, doi: 10.1136/

glucose-treated primary cardiac fibroblasts, Can. J.

heartjnl-2013-305402.

Cardiol., 30, 1689-1699.

Osmak, G., Kiselev, I., Baulina, N., and Favorova, O.

22.

Zeng, N., Wen, Y. H., Pan, R., Yang, J., Yan, Y. M.,

(2020) From miRNA target gene network to miRNA

et al. (2021) Dickkopf 3: a novel target gene of miR-

function: miR-375 might regulate apoptosis and actin

25-3p in promoting fibrosis-related gene expression

dynamics in the heart muscle via Rho-GTPases-

in myocardial fibrosis, J. Cardiovasc. Transl. Res., 14,

dependent pathways, Int. J. Mol. Sci., 21, e9670,

1051-1062, doi: 10.1007/s12265-021-10116-w.

doi: 10.3390/ĳ ms21249670.

23.

Li, L., Bounds, K. R., Chatterjee, P., and Gupta, S.

10.

Osmak, G., Baulina, N., Kiselev, I., and Favorova, O.

(2017) MicroRNA-130a, a potential antifibrotic target

(2021) MiRNA-regulated pathways for hypertrophic

in cardiac fibrosis, J. Am. Heart Assoc., 6, e006763,

cardiomyopathy:

network-based

approach to

doi: 10.1161/JAHA.117.006763.

insight into pathogenesis, Genes (Basel), 12, e2016,

24.

Li, Y., Duan, J. Z., He, Q., and Wang, C. Q. (2020)

doi: 10.3390/genes12122016.

miR155 modulates high glucoseinduced cardiac

11.

Wang, J., Huang, W., Xu, R., Nie, Y., Cao, X., et al.

fibrosis via the Nrf2/HO-1 signaling pathway,

(2012) MicroRNA-24 regulates cardiac fibrosis after

Mol. Med. Rep.,

22,

4003-4016, doi: 10.3892/

myocardial infarction, J. Cell. Mol. Med., 16, 2150-2160.

mmr.2020.11495.

12.

Zhang, Y., Huang, X. R., Wei, L. H., Chung, A. C.,

25.

Xu, D., Zhang, X., Chen, X., Yang, S., and Chen, H.

Yu, C. M., et al. (2014) miR-29b as a therapeutic agent

(2020) Inhibition of miR-223 attenuates the NLRP3

for angiotensin II-induced cardiac fibrosis by targeting

inflammasome activation, fibrosis, and apoptosis

TGF-β/Smad3 signaling, Mol. Ther., 22, 974-985.

in diabetic cardiomyopathy, Life Sci., 256, e117980,

13.

Yang, X. X., and Zhao, Z. Y. (2022) miR-30a-5p

doi: 10.1016/j.lfs.2020.117980.

inhibits the proliferation and collagen formation of

26.

Massagué, J. (1998) TGF-beta signal transduction,

cardiac fibroblasts in diabetic cardiomyopathy, Can. J.

Annu. Rev. Biochem.,

67,

753-791, doi: 10.1146/

Physiol. Pharmacol.,

100,

167-175, doi: 10.1139/

annurev.biochem.67.1.753.

cjpp-2021-0280.

27.

Saadat, S., Noureddini, M., Mahjoubin-Tehran, M.,

14.

Deng, P., Chen, L., Liu, Z., Ye, P., Wang, S., et al.

Nazemi, S., Shojaie, L., et al. (2021) Pivotal role of

(2016) MicroRNA-150 inhibits the activation of

TGF-β/Smad signaling in cardiac fibrosis: non-coding

БИОХИМИЯ том 87 вып. 7 2022

850

ПИСКЛОВА и др.

RNAs as effectual players, Front. Cardiovasc. Med., 7,

signaling pathways, Mol. Biol. Rep., 48, 6443-6456,

е588347, doi: 10.3389/fcvm.2020.588347.

doi: 10.1007/s11033-021-06646-w.

28. Ono, K. (2017) Translating MicroRNAs to the Clinic

35. Wynn, T. A., and Vannella, K. M. (2016) Macrophages

(Laurence, J., ed.) Acad. Press, pp. 259-281.

in tissue repair, regeneration, and fibrosis, Immunity,

29. Chen, Z., Lu, S., Xu, M., Liu, P., Ren, R., et al.

44, 450-462, doi: 10.1016/j.immuni.2016.02.015.

(2017) Role of miR-24, furin, and transforming growth

36. Nevzorova, Y. A., Hu, W., Cubero, F. J., Haas, U.,

factor-β1 signal pathway in fibrosis after cardiac

Freimuth, J., et al. (2013) Overexpression of c-myc in

infarction, Med. Sci. Monit., 23, 65-70.

hepatocytes promotes activation of hepatic stellate cells

30. Sun, Y., Wang, H., Li, Y., Liu, S., Chen, J., et al.

and facilitates the onset of liver fibrosis, Biochim. Biophys.

(2018) miR-24 and miR-122 negatively regulate the

Acta, 1832, 1765-1775, doi: 10.1016/j.bbadis.2013.06.001.

transforming growth factor-β/Smad signaling pathway

37. Shen, Y., Miao, N., Wang, B., Xu, J., Gan, X., et al.

in skeletal muscle fibrosis, Mol. Ther. Nucleic Acids, 11,

(2017) c-Myc promotes renal fibrosis by inducing

528-537, doi: 10.1016/j.omtn.2018.04.005.

integrin αv-mediated transforming growth factor-β

31. Roy, L., Bikorimana, E., Lapid, D., Choi, H.,

signaling, Kidney Int., 92, 888-899, doi: 10.1016/j.

Nguyen, T., et al.

(2015) MiR-24 is required for

kint.2017.03.006.

hematopoietic differentiation of mouse embryonic

38. Zhou, Z., Ni, J., Li, J., Huo, C., Miao, N., et al. (2020)

stem cells, PLoS Genet., 11, e1004959, doi: 10.1371/

RIG-I aggravates interstitial fibrosis via c-Myc-mediated

journal.pgen.1004959.

fibroblast activation in UUO mice, J. Mol. Med. (Berl.),

32. Pello, O. M., De Pizzol, M., Mirolo, M., Soucek, L.,

98, 527-540, doi: 10.1007/s00109-020-01879-x.

Zammataro, L., et al.

(2012) Role of c-MYC in

39. Wolfram, J. A., Lesnefsky, E. J., Hoit, B. D., Smith,

alternative activation of human macrophages and

M. A., and Lee, H. G. (2011) Therapeutic potential

tumor-associated macrophage biology, Blood, 119,

of c-Myc inhibition in the treatment of hypertrophic

411-421, doi: 10.1182/blood-2011-02-339911.

cardiomyopathy, Ther. Adv. Chronic Dis., 2, 133-144,

33. Wermuth, P. J., and Jimenez, S. A. (2015) The significance

doi: 10.1177/2040622310393059.

of macrophage polarization subtypes for animal models

40. Teare, D. (1958) Asymmetrical hypertrophy of the heart

of tissue fibrosis and human fibrotic diseases, Clin. Transl.

in young adults, Heart, 20, 1-8, doi: 10.1136/hrt.20.1.1.

Med., 4, e2, doi: 10.1186/s40169-015-0047-4.

41. Zhong, W., Mao, S., Tobis, S., Angelis, E., Jordan,

34. Zhang, S. M., Wei, C. Y., Wang, Q., Wang, L.,

M. C., et al. (2006) Hypertrophic growth in cardiac

Lu, L., et al.

(2021) M2-polarized macrophages

myocytes is mediated by Myc through a Cyclin

mediate wound healing by regulating connective

D2-dependent pathway, EMBO J.,

25,

3869-3879,

tissue growth factor via AKT, ERK1/2, and STAT3

doi: 10.1038/sj.emboj.7601252.

REGULATION OF SMAD SIGNALING PATHWAY

BY miRNAs ASSOCIATED WITH MYOCARDIAL FIBROSIS:

In silico ANALYSIS OF TARGET GENE NETWORKS

M. Pisklova^1,2*, G. Osmak^1,2, and O. Favorova^1,2

¹ E. I. Chazov National Medical Research Center of Cardiology,

121552 Moscow, Russia; e-mail: pisklova_maria@mail.ru

² Pirogov Russian National Research Medical University, 117997 Moscow, Russia

Hypertrophic cardiomyopathy (HCM) is a hereditary heart disease caused by mutations in sarcomere genes,

which is accompanied by myocardial fibrosis in combination with progressive heart failure and arrhythmias.

Recent studies suggest that disturbances in the mechanisms of regulation of gene expression are also involved

in the development of HCM. MiRNAs, short non-coding RNAs, belong to one of the types of such regulators.

Usually, one miRNA regulates at the post-transcriptional level many target genes encoding various proteins,

and therefore it is difficult to determine the role of particular miRNA in the disease pathogenesisIn this study,

using the PubMed database, we selected 15 miRNAs whose expression is associated with myocardial fibrosis,

one of the critical pathological processes in HCM. We then used an earlier developed algorithm to search

in silico for the signaling pathways regulated by these miRNAs and found that 10 of them participate in the

regulation of the TGF-β/SMAD signaling pathway. At the same time, among the genes of the SMAD signaling

pathway, the target of most of the microRNAs under consideration is the MYC gene, which is involved in

the development of fibrosis in some tissues. The conclusion about the regulation of the same TGF-b/SMAD

signaling pathway by a set of other microRNAs associated with myocardial hypertrophy in HCM was made

in our previous study. The coincidence of the results of two independent bioinformatic studies indicates that

the SMAD signaling pathway is indeed a key object of the regulation of pathological processes in HCM. The

results obtained make a substantial contribution to understanding the pathological processes underlying the

development of HCM.

Keywords: fibrosis, miRNA, hypertrophic cardiomyopathy, HCM, in silico analysis, gene interaction network,

TGF-b/SMAD signaling pathway

БИОХИМИЯ том 87 вып. 7 2022