Sakari Kauppinen and colleagues report a method for silencing miRNA families in vivo. They find that seed-targeting 8-mer LNA oligonucleotides, termed tiny LNAs, can lead to long-term miRNA silencing in normal tissues and breast tumors in mice. The challenge of understanding the widespread biological roles of animal microRNAs (miRNAs) has prompted the development of genetic and functional genomics technologies for miRNA loss-of-function studies. However, tools for exploring the functions of entire miRNA families are still limited. We developed a method that enables antagonism of miRNA function using seed-targeting 8-mer locked nucleic acid (LNA) oligonucleotides, termed tiny LNAs. Transfection of tiny LNAs into cells resulted in simultaneous inhibition of miRNAs within families sharing the same seed with concomitant upregulation of direct targets. In addition, systemically delivered, unconjugated tiny LNAs showed uptake in many normal tissues and in breast tumors in mice, coinciding with long-term miRNA silencing. Transcriptional and proteomic profiling suggested that tiny LNAs have negligible off-target effects, not significantly altering the output from mRNAs with perfect tiny LNA complementary sites. Considered together, these data support the utility of tiny LNAs in elucidating the functions of miRNA families in vivo.

MicroRNAs (miRNAs) have emerged as important post-transcriptional regulators of gene expression in many developmental and cellular processes. Moreover, there is now ample evidence that perturbations in the levels of individual or entire families of miRNAs are strongly associated with the pathogenesis of a wide range of human diseases. Indeed, disease-associated miRNAs represent a new class of targets for the development of miRNA-based therapeutic modalities, which may yield patient benefits unobtainable by other therapeutic approaches. The recent explosion in miRNA research has accelerated the development of several computational and experimental approaches for probing miRNA functions in cell culture and in vivo. In this review, we focus on the use of antisense oligonucleotides (antimiRs) in miRNA inhibition for loss-of-function studies. We provide an overview of the currently employed antisense chemistries and their utility in designing antimiR oligonucleotides. Furthermore, we describe the most commonly used in vivo delivery strategies and discuss different approaches for assessment of miRNA inhibition and potential off-target effects. Finally, we summarize recent progress in antimiR mediated pharmacological inhibition of disease-associated miRNAs, which shows great promise in the development of novel miRNA-based therapeutics.

MicroRNAs are dysregulated in a setting of heart disease and have emerged as promising therapeutic targets. MicroRNA-34 family members (miR-34a, -34b, and -34c) are up-regulated in the heart in response to stress. In this study, we assessed whether inhibition of the miR-34 family using an s.c.-delivered seed-targeting 8-mer locked nucleic acid (LNA)-modified antimiR (LNA-antimiR-34) can provide therapeutic benefit in mice with preexisting pathological cardiac remodeling and dysfunction due to myocardial infarction (MI) or pressure overload via transverse aortic constriction (TAC). An additional cohort of mice subjected to MI was given LNA-antimiR-34a (15-mer) to inhibit miR-34a alone as a comparison for LNA-antimiR-34. LNA-antimiR-34 (8-mer) efficiently silenced all three miR-34 family members in both cardiac stress models and attenuated cardiac remodeling and atrial enlargement. In contrast, inhibition of miR-34a alone with LNA-antimiR-34a (15-mer) provided no benefit in the MI model. In mice subjected to pressure overload, LNA-antimiR-34 improved systolic function and attenuated lung congestion, associated with reduced cardiac fibrosis, increased angiogenesis, increased Akt activity, decreased atrial natriuretic peptide gene expression, and maintenance of sarcoplasmic reticulum Ca(2+) ATPase gene expression. Improved outcome in LNA-antimiR-34-treated MI and TAC mice was accompanied by up-regulation of several direct miR-34 targets, including vascular endothelial growth factors, vinculin, protein O-fucosyltranferase 1, Notch1, and semaphorin 4B. Our results provide evidence that silencing of the entire miR-34 family can protect the heart against pathological cardiac remodeling and improve function. Furthermore, these data underscore the utility of seed-targeting 8-mer LNA-antimiRs in the development of new therapeutic approaches for pharmacologic inhibition of disease-implicated miRNA seed families.

MicroRNAs inhibit mRNA translation or promote mRNA degradation by binding complementary sequences in 3' untranslated regions of target mRNAs. MicroRNA-21 (miR-21) is upregulated in response to cardiac stress, and its inhibition by a cholesterol-modified antagomir has been reported to prevent cardiac hypertrophy and fibrosis in rodents in response to pressure overload. In contrast, we have shown here that miR-21-null mice are normal and, in response to a variety of cardiac stresses, display cardiac hypertrophy, fibrosis, upregulation of stress-responsive cardiac genes, and loss of cardiac contractility comparable to wild-type littermates. Similarly, inhibition of miR-21 through intravenous delivery of a locked nucleic acid-modified (LNA-modified) antimiR oligonucleotide also failed to block the remodeling response of the heart to stress. We therefore conclude that miR-21 is not essential for pathological cardiac remodeling.

T helper (Th) cells are CD4+ effector T cells that play an instrumental role in immunity by shaping the inflammatory cytokine environment in a variety of physiological and pathological situations. Using a combined chemico-genetic approach we identify histone H3K27 demethylases KDM6A and KDM6B as central regulators of human Th subsets. The prototypic KDM6 inhibitor GSK-J4 increases genome-wide levels of the repressive H3K27me3 chromatin mark and leads to suppression of the key transcription factor RORγt during Th17 differentiation, whereas in mature Th17 cells an altered transcriptional program leads to a profound metabolic reprogramming with concomitant suppression of IL-17 cytokine levels and reduced proliferation. Single cell analysis reveals a specific shift from highly inflammatory cell subsets towards a resting state upon demethylase inhibition. The root cause of the observed anti-inflammatory phenotype in stimulated Th17 cells is reduced expression of key metabolic transcription factors, such as PPRC1 and c-myc. Overall, this leads to reduced mitochondrial biogenesis resulting in a metabolic switch with concomitant anti-inflammatory effects. These data are consistent with an opposing effect of GSK-J4 on Th17 T-cell differentiation pathways directly related to proliferation and effector cytokine profiles.