Dietary plant microRNAs as potential regulators of cellular cholesterol efflux

Abstract

Aim

Epidemiological evidence suggests adherence to vegetable-rich diets is associated to atheroprotective effects and bioactive components are most likely to play a relevant role. The notion of inter-kingdom regulation has opened a new research paradigm and perhaps microRNAs (miRNAs) from edible vegetables could influence consumer gene expression and lead to biological effects. We aimed to investigate the potential impact of broccoli-derived miRNAs on cellular cholesterol efflux in vitro.

Methods

Four miRNAs (miR159a, miR159b, miR166a and miR403) from Brassica oleracea var. italica (broccoli), a widely consumed cruciferous vegetable, were selected for further investigation, based on their high abundancy in this vegetable and their presence in other plants. Selected miRNAs were synthesized with a 3′-terminal 2′-O-methylation and their cellular toxicity, in vitro gastrointestinal resistance and cellular uptake were evaluated. Potential target genes within the mammalian transcriptome were assessed in silico following pathway analysis. In vitro cholesterol efflux was assessed in human THP-1-derived macrophages.

Results

miRNAs survival to in vitro GI digestion was around 1%, although some variation was seen between the four candidates. Cellular uptake by mammalian cells was confirmed, and an increase in cholesterol efflux was observed. Pathway analysis suggested these miRNAs are involved in biological processes related to phosphorylation, phosphatidylinositol and Wnt signaling, and to the insulin/IGF pathway.

Conclusions

Health-promoting properties attributed to cruciferous vegetables, might be mediated (at least in part) through miRNA-related mechanisms.

Resumen

Objetivo

La evidencia epidemiológica sugiere que la adherencia a dietas ricas en vegetales está asociada con efectos ateroprotectores y probablemente los componentes bioactivos desempeñen un papel relevante. La noción de regulación entre reinos ha abierto un nuevo paradigma de investigación y tal vez los micro-ARN (miARN) de vegetales comestibles podrían influir en la expresión genética de los consumidores y provocar efectos biológicos. Nuestro objetivo fue investigar el impacto potencial de los miARN derivados del brócoli sobre la exportación de colesterol celular in vitro.

Métodos

Cuatro miARN (miR159a, miR159b, miR166a y miR403) de Brassica oleracea var. italica (brócoli), un vegetal crucífero muy consumido, fueron seleccionados para su caracterización, en base a su alta abundancia en este vegetal y su presencia en otras plantas. Los miARN seleccionados se sintetizaron con una 2’-O-metilación 3′-terminal y se evaluaron su toxicidad celular, resistencia gastrointestinal in vitro y absorción celular. Los posibles genes diana dentro del transcriptoma de mamíferos se evaluaron in silico después del análisis de rutas. Se evaluó la exportación de colesterol in vitro en macrófagos humanos derivados de THP-1.

Resultados

La supervivencia de los miARN a la digestión GI in vitro fue de alrededor del 1%, aunque se observó cierta variación entre los 4 candidatos. Se confirmó la absorción celular por células de mamíferos y se observó un aumento en la exportación de colesterol. El análisis de las vías de señalización sugirió que estos miARN están involucrados en procesos biológicos relacionados con la fosforilación, el fosfatidilinositol y la señalización Wnt, y con la vía insulina/IGF.

Conclusiones

Las propiedades beneficiosas sobre la salud atribuidas a las crucíferas podrían estar mediadas (al menos en parte) a través de mecanismos relacionados con los miARN de la dieta.