miR-16-5p mediates amyloid β-induced neurotoxicity by targeting BCL-2 in Alzheimer’s disease

Abstract

알츠하이머병은 비가역적인 신경변성을 일으키는 가장 빈번한 치매이다. 뇌에서 아밀로이드 베타의 축적은 알츠하이머병에서의 신경세포 사멸을 일으키는 주요 원인으로 알려졌지만, 아밀로이드 베타에 의한 신경독성의 기전은 아직 완전히 밝혀지지 않고 있다. 나는 아밀로이드 베타의 유발되는 신경세포 사멸에 있어 마이크로라이보핵산(microRNAs)의 역할에 초점을 맞췄다. 알츠하이머병 관련 유전자 돌연변이가 있는 5xFAD 생쥐와 야생형 생쥐로부터 얻는 혈장을 이용한 미세배열(microarray) 및 역전사-실시간 중합효소연쇄반응(RT-qPCR) 분석에서 miR-16-5p는 신경세포 사멸과 동반하여 노화관련 유의미한 증가를 보인다. 5xFAD 생쥐의 뇌 조직에서도 miR-16-5p는 노화와 관련한 유의미한 증가를 보이며, 이런 변화는 아밀로이드 베타 침착부위에서 두드러진다. 일차 배양된 마우스 피질 신경 세포와 SH-SY5Y 인간 신경 모세포종 세포주에 아밀로이드 베타 처리를 하였을 때 miR-16-5 증가와 함께 신경세포 사멸이 일어난다. 생물정보학 분석 및 정보제공유전자 평가에서 miR-16-5p는 세포 사멸 억제 인자인 BCL-2의 전령라이보핵산(mRNA)을 직접적으로 표적한다는 것이 나타난다. 또한, SH-SY5Y 세포에서 miR-16-5p의 과발현은 BCL-2 발현을 억제하고 세포 사멸을 유도한다. 임상적으로 miR-16-5p는 알츠하이머병 환자의 혈장에서 높게 발현한다. 이런한 결과를 종합해 보면 알츠하이머병에서 miR-16-5p/BCL-2 축이 신경세포 사멸에 중요한 역할을 하며 miR-16-5p는 알츠하이머병의 혈장 생체표지자라고 할 수 있다.|Alzheimer’s disease (AD) is the most common form of dementia with irreversible neurodegeneration. Accumulation of amyloid beta (Aβ) in the brain is considered to be a major cause of neuronal cell death in AD, but the neurotoxic mechanism of Aβ is not yet fully understood. Here, I focused on the role of microRNAs (miRNAs) in Aβ-induced neuronal cell death. In microarray and RT-qPCR analysis of plasma miRNAs obtained from 5 familiar AD mutations (5xFAD) and wild-type (WT) mice of various ages, miR-16-5p showed a significant age-related upregulation that was accompanied by neuronal cell death in the brain tissue of 5xFAD mice. In addition, increased miR-16-5p was prominent near Aβ plaque-deposition sites in 5xFAD mouse brains. Aβ treatment induced miR-16-5p upregulation and apoptosis in primary cultured mouse cortical neurons and the SH-SY5Y human neuroblastoma cell line. In silico analysis and reporter gene assays indicated that miR-16-5p directly targets the mRNA encoding the anti-apoptotic factor, B cell lymphoma-2 (BCL-2), in the neuronal cell line. Overexpression of miR-16-5p in SH-SY5Y cells downregulated BCL-2 expression and induced apoptosis. Clinically, miR-16-5p was highly expressed in plasma of AD patients. These results collectively suggest that the miR-16-5p/BCL-2 axis plays an important role for neuronal cell apoptosis in AD and that miR-16-5p is a potential plasma biomarker for AD.