miR-1 as a Key Epigenetic Regulator in Early Differentiation of Cardiac Sinoatrial Region

Abstract

Una gran diversidad de factores epigenéticos, como modificaciones de microARN e histonas, son capaces de regular la expresión genética sin alterar la secuencia del ADN. En particular, miR-1 se considera el primer microARN esencial en el desarrollo cardíaco. En este estudio,se analizó el papel potencial de miR-1 en la diferenciación temprana de las cámaras cardíacas mediante específicas vías de señalización. Para ello, realizamos en embriones de pollo experimentos funcionales mediante microinyecciones de miR-1 en los precursores cardíacos posteriores, de ambos tubos endocárdicos primitivos, que forman la región sinoauricular. Posteriormente, los embriones se sometieron a hibridación in situ de montaje completo, inmunohistoquímica y análisis RT-qPCR. Como novedad relevante, nuestros resultados revelaron que miR-1 aumentó Amhc1, Tbx5 y Gata4, mientras que este microARN disminuyó las expresiones de Mef2c y Cripto durante la diferenciación temprana de la región sinoauricular cardíaca. Además, observamos que miR-1 reguló positivamente a CrabpII y Rarß y reguló negativamente a CrabpI, los cuales son tres factores cruciales en la vía de señalización del ácido retinoico. Curiosamente, también observamos que miR-1 directamente interactuó con Hdac4 y Calm1/Calmodulin, así como con Erk2/Mapk1, que son tres factores implicados activamente en la regulación de Mef2c. Nuestro estudio muestra, por primera vez, un papel clave de miR-1 como regulador epigenético en la diferenciación temprana de la región sinoauricular cardíaca mediante la orquestación de acciones opuestas entre el ácido retinoico y Mef2c, fundamentales para asignar adecuadamente las células cardíacas a sus respectivas cámaras cardíacas. Una mejor comprensión de los mecanismos moleculares modulados por miR-1 definitivamente ayudará en los campos aplicados a la terapia y la regeneración y reparación cardíaca.

Abstract: A large diversity of epigenetic factors, such as microRNAs and histones modifications, are known to be capable of regulating gene expression without altering DNA sequence itself. In particular, miR-1 is considered the first essential microRNA in cardiac development. In this study, miR-1 potential role in early cardiac chamber differentiation was analyzed through specific signaling pathways. For this, we performed in chick embryos functional experiments by means of miR-1 microinjections into the posterior cardiac precursors—of both primitive endocardial tubes—committed to sinoatrial region fates. Subsequently, embryos were subjected to whole mount in situ hybridization, immunohistochemistry and RT-qPCR analysis. As a relevant novelty, our results revealed that miR-1 increased Amhc1, Tbx5 and Gata4, while this microRNA diminished Mef2c and Cripto expressions during early differentiation of the cardiac sinoatrial region. Furthermore, we observed in this developmental context that miR-1 upregulated CrabpII and Rarß and downregulated CrabpI, which are three crucial factors in the retinoic acid signaling pathway. Interestingly, we also noticed that miR-1 directly interacted with Hdac4 and Calm1/Calmodulin, as well as with Erk2/Mapk1, which are three key factors actively involved in Mef2c regulation. Our study shows, for the first time, a key role of miR-1 as an epigenetic regulator in the early differentiation of the cardiac sinoatrial region through orchestrating opposite actions between retinoic acid and Mef2c, fundamental to properly assign cardiac cells to their respective heart chambers. A better understanding of those molecular mechanisms modulated by miR-1 will definitely help in fields applied to therapy and cardiac regeneration and repair.