Charakterisierung eines miR-144-5p Knockout-Mausmodells im Hinblick auf strukturelle Remodelingprozesse bei Vorhofflimmern

Volz, Lina-Sophie (2026): Charakterisierung eines miR-144-5p Knockout-Mausmodells im Hinblick auf strukturelle Remodelingprozesse bei Vorhofflimmern. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine

Abstract

Vorhofflimmern (VHF) stellt die häufigste persistierende Herzrhythmusstörung des Menschen dar. Trotz der weltweit hohen Prävalenz sind die komplexen zugrundeliegenden pathophysiologischen Mechanismen bislang noch unzureichend verstanden. Häufig treten irreversible Remodeling-Prozesse im Herzgewebe auf und es kommt zu Komplikationen, die sowohl die Morbidität als auch die Mortalität signifikant erhöhen. Innovative diagnostische Verfahren sowie kausale Behandlungsansätze könnten maßgeblich zur Verbesserung der Prognose bei VHF beitragen. Der Grundlagenforschung kommt dabei eine zentrale Bedeutung zu, da sie wesentlich dazu beiträgt das Verständnis der Erkrankung zu vertiefen. MicroRNAs (miRNAs) fungieren als zentrale Mediatoren der Translation und beeinflussen zahlreiche strukturelle und elektrische Remodeling-Prozesse bei VHF. Insbesondere die miR-144-5p hat sich als potenzieller Biomarker für VHF herauskristallisiert, da sie bei Patienten mit VHF signifikant herabreguliert ist. Im Rahmen einer bisher unveröffentlichten Pilotstudie führte die Herabregulation der miR-144-5p durch die Verabreichung eines miR-144-5p-Inhibitors bei Mäusen mit C57BL/6-Hintergrund zu einer erhöhten Anfälligkeit für atriale tachykarde Rhythmusstörungen sowie zu einer Dilatation des linken Atriums. Darüber hinaus wurde in humanen embryonalen Stammzellen (H7 hESC-CMs12), die mit einem miR-144-5p-Inhibitor transfiziert wurden, eine signifikante Verlängerung der Aktionspotentialdauer (APD) festgestellt. Die genaue Rolle der miR-144-5p im Kontext von VHF sowie die zugrundeliegenden Mechanismen sind jedoch bislang noch kaum erforscht. Ziel dieser Arbeit war es, die Auswirkungen eines in vivo Knockouts (KO) der miR-144-5p in einem transgenen Mausmodell zu untersuchen. Dabei wurde der Fokus insbesondere auf die atriale Elektrophysiologie und Arrhythmogenität sowie auf strukturelle Remodeling-Prozesse im Herzgewebe gelegt. Für die Untersuchungen wurden C57BL/6-Wildtyp-Mäuse, sowie heterozygote- und homozygote miR-144-5p Knockout-Mäuse eingesetzt. Diese wurden mittels Elektrokardiogramm (EKG), Echokardiographie und elektrophysiologischer Untersuchung (EPU) in vivo phänotypisiert. Das Herzgewebe wurde mittels Masson-Trichrom-Färbung auf Fibrose untersucht. Mithilfe einer in silico Targetscan-Analyse konnten verschiedene Zielgene der miR-144-5p identifiziert werden, welche mittels Luciferase Reporter Assays in vitro validiert und anschließend im Rahmen einer qPCR auf Expressionsunterschiede im murinen Herzgewebe untersucht wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Knockout der miR-144-5p bei transgenen Mäusen zu einer erhöhten Anfälligkeit für atriale tachykarde Rhythmusstörungen nach Burst-Stimulationen führt. Zudem konnte bei Knockout-Tieren eine atriale Fibrose sowie eine signifikante Dilatation des linken Atriums beobachtet werden - zwei charakteristische Kennzeichen des strukturellen Remodelings bei VHF. In der echokardiographischen Untersuchung stellte sich eine unbeeinträchtigte Herzfunktion bei unveränderten Wanddicken dar. Weder die EKG-Untersuchung noch die Messung der Refraktärzeiten im Rahmen der EPU ergaben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen. Es konnten verschiedene Zielgene der miR-144-5p validiert werden, welche mit kardialen Remodeling-Prozessen assoziiert sind. Bei den Zielgenen WNT5A, Smad6, NOS1AP und MARCKS wurde zudem eine signifikant gesteigerte mRNA-Expression jeweils auf atrialer oder ventrikulärer Ebene festgestellt, welche mit hoher Wahrscheinlichkeit auf einen fehlenden miRNA-bedingten mRNA-Abbau zurückzuführen ist. Auch TGFBR1 wies, trotz fehlender Interaktion mit der miR-144-5p, eine verstärkte mRNA-Expression im rechten Atrium auf, was möglicherweise auf eine Beteiligung des TGF-beta1-Signalwegs hinweist. Die vorliegenden Daten deuten insgesamt darauf hin, dass ein Knockout der miR-144-5p bei transgenen Mäusen mit einer erhöhten Anfälligkeit für atriale tachykarde Rhythmusstörungen assoziiert ist. Die Ergebnisse legen zudem nahe, dass eine erhöhte mRNA-Expression von WNT5A, Smad6 und NOS1AP durch die Induktion struktureller Remodelingprozesse im atrialen Herzgewebe eine Rolle in diesem Kontext spielen könnte. Um einen direkten Zusammenhang zu belegen und die Auswirkungen des Knockouts auf die mRNA-Translation zu untersuchen, sind jedoch weitere Experimente erforderlich. Zukünftige Studien, die auf den Erkenntnissen dieser Arbeit aufbauen, könnten den Weg für innovative pharmakologische Behandlungsmöglichkeiten ebnen, die eine gezielte Regulation der miR-144-5p ermöglichen. Dies könnte einen entscheidenden Beitrag zum Krankheitsmanagement bei VHF leisten und die Prognose der Erkrankung möglicherweise signifikant verbessern.

Abstract

Atrial fibrillation (AF) is the most common cardiac arrhythmia in humans. However, effective therapeutic approaches are lacking, which is partly due to an incomplete understanding of the complex underlying pathophysiological mechanisms. As the disease progresses, it often comes to irreversible remodelling in the cardiac tissue and complications that increase morbidity and mortality. Innovative diagnostic means and new causal therapeutic approaches could improve the prognosis of AF significantly. Therefore, basic scientific research is of fundamental importance. MicroRNAs (miRNAs) serve as central mediators of translation and influence numerous structural and electrical remodelling processes in AF. Notably, miR-144-5p has emerged as a potential biomarker for AF, as it is downregulated in patients with AF. In a preliminary study the treatment with a miR-144-5p-inhibitor lead to an arrhythmogenic phenotype with left atrial (LA) enlargement in a mouse model with C57BL/6-background. Human embryonic stem cells (H7 hESC-CMs12) further showed a prolongation of action potential duration (APD) after transfection with a miR-144-5p-inhibitor. However, the exact role of miR-144-5p in AF and its underlying mechanisms remain incompletely understood. The aim of this study was to investigate the effects of an in vivo knockout (KO) of miR-144-5p on atrial electrophysiology, arrhythmogenesis and structural remodelling in a transgenic mouse model. C57BL/6-wildtype, heterozygous and homozygous miR-144-5p knockout mice were phenotyped in vivo by electrocardiography, echocardiography and electrophysiological studies. Tissue samples were examined for fibrosis using Masson’s trichrome staining. MiR-144-5p target genes were identified through an in silico Targetscan analysis, validated in vitro using luciferase reporter assays and analysed for differential expressions in murine cardiac tissue samples by qPCR. The results indicate that knockout of miR-144-5p in mice leads to increased susceptibility for atrial arrhythmias after burst stimulation during EPS, accompanied by significant LA enlargement and atrial fibrosis, which are two hallmarks of structural remodelling in AF. Echocardiographic analysis revealed no change of wall thickness and no impairment of left ventricular function. Neither the ECG parameters nor the measurement of refractory periods showed significant differences between groups. Several target genes of miR-144-5p that are associated with remodelling were validated by luciferase reporter assays. For the target genes WNT5A, Smad6, NOS1AP and MARCKS a significant increase of mRNA expression was observed on either the atrial or ventricular level, most likely attributed to the absence of miRNA mediated mRNA degradation. Additionally, TGFBR1 mRNA was upregulated in the right atrium, despite TGFBR1 not being identified as a target gene of miR-144-5p, suggesting involvement of the TGF-beta1 signalling pathway. Overall, the findings indicate that a knockout of miR-144-5p leads to increased vulnerability for atrial arrhythmias in transgenic mice. The data of this study suggests that elevated mRNA-expression levels of WNT5A, Smad6 and NOS1AP may play a role in this context by induction of structural remodelling in atrial heart tissue. However, further experimental investigations are necessary to prove a causal relationship and to investigate the effects of miR-144-5p knockout on mRNA translation. Future studies building upon these results may pave the way for novel pharmacological interventions, which allow for targeted regulation of miR-144-5p. This could significantly enhance the management and prognosis of AF.

• Item Type: Theses (Dissertation, LMU Munich)
• Keywords: miR-144-5p, atrial fibrillation, structural remodeling, knockout mouse model
• Subjects: 600 Technology, Medicine; 600 Technology, Medicine > 610 Medical sciences and medicine
• Faculties: Faculty of Medicine
• Language: German
• Date of oral examination: 12. May 2026
• 1. Referee: Clauß, Sebastian
• Signature of the printed copy: 0700/UMD 22905