MicroRNAs (miRNAs) are a class of small noncoding RNAs that have gained status as important regulators of gene expression. Here, we investigated the function and molecular mechanisms of the miR-208 family of miRNAs in adult mouse heart physiology. We found that miR-208a, which is encoded within an intron of α-cardiac muscle myosin heavy chain gene (Myh6), was actually a member of a miRNA family that also included miR-208b, which was determined to be encoded within an intron of β-cardiac muscle myosin heavy chain gene (Myh7). These miRNAs were differentially expressed in the mouse heart, paralleling the expression of their host genes. Transgenic overexpression of miR-208a in the heart was sufficient to induce hypertrophic growth in mice, which resulted in pronounced repression of the miR-208 regulatory targets thyroid hormone–associated protein 1 and myostatin, 2 negative regulators of muscle growth and hypertrophy. Studies of the miR-208a Tg mice indicated that miR-208a expression was sufficient to induce arrhythmias. Furthermore, analysis of mice lacking miR-208a indicated that miR-208a was required for proper cardiac conduction and expression of the cardiac transcription factors homeodomain-only protein and GATA4 and the gap junction protein connexin 40. Together, our studies uncover what we believe are novel miRNA-dependent mechanisms that modulate cardiac hypertrophy and electrical conduction.

Long noncoding RNAs (lncRNAs) have recently been implicated in many biological processes and diseases. Atherosclerosis is a major risk factor for cardiovascular disease. However, the functional role of lncRNAs in atherosclerosis is largely unknown.We identified lincRNA-p21 as a key regulator of cell proliferation and apoptosis during atherosclerosis. The expression of lincRNA-p21 was dramatically downregulated in atherosclerotic plaques of ApoE(-/-) mice, an animal model for atherosclerosis. Through loss- and gain-of-function approaches, we showed that lincRNA-p21 represses cell proliferation and induces apoptosis in vascular smooth muscle cells and mouse mononuclear macrophage cells in vitro. Moreover, we found that inhibition of lincRNA-p21 results in neointimal hyperplasia in vivo in a carotid artery injury model. Genome-wide analysis revealed that lincRNA-p21 inhibition dysregulated many p53 targets. Furthermore, lincRNA-p21, a transcriptional target of p53, feeds back to enhance p53 transcriptional activity, at least in part, via binding to mouse double minute 2 (MDM2), an E3 ubiquitin-protein ligase. The association of lincRNA-p21 and MDM2 releases MDM2 repression of p53, enabling p53 to interact with p300 and to bind to the promoters/enhancers of its target genes. Finally, we show that lincRNA-p21 expression is decreased in patients with coronary artery disease.Our studies identify lincRNA-p21 as a novel regulator of cell proliferation and apoptosis and suggest that this lncRNA could serve as a therapeutic target to treat atherosclerosis and related cardiovascular disorders.

Rationale: Cardiomyocytes in adult mammalian hearts are terminally differentiated cells that have exited from the cell cycle and lost most of their proliferative capacity. Death of mature cardiomyocytes in pathological cardiac conditions and the lack of regeneration capacity of adult hearts are primary causes of heart failure and mortality. However, how cardiomyocyte proliferation in postnatal and adult hearts becomes suppressed remains largely unknown. The miR-17–92 cluster was initially identified as a human oncogene that promotes cell proliferation. However, its role in the heart remains unknown. Objective: To test the hypothesis that miR-17–92 participates in the regulation of cardiomyocyte proliferation in postnatal and adult hearts. Methods and Results: We deleted miR-17–92 cluster from embryonic and postnatal mouse hearts and demonstrated that miR-17–92 is required for cardiomyocyte proliferation in the heart. Transgenic overexpression of miR-17–92 in cardiomyocytes is sufficient to induce cardiomyocyte proliferation in embryonic, postnatal, and adult hearts. Moreover, overexpression of miR-17–92 in adult cardiomyocytes protects the heart from myocardial infarction-induced injury. Similarly, we found that members of miR-17–92 cluster, miR-19 in particular, are required for and sufficient to induce cardiomyocyte proliferation in vitro. We identified phosphatase and tensin homolog, a tumor suppressor, as an miR-17–92 target to mediate the function of miR-17–92 in cardiomyocyte proliferation. Conclusions: Our studies therefore identify miR-17–92 as a critical regulator of cardiomyocyte proliferation, and suggest this cluster of microRNAs could become therapeutic targets for cardiac repair and heart regeneration.

The adult heart is composed primarily of terminally differentiated, mature cardiomyocytes that express signature genes related to contraction. In response to mechanical or pathological stress, the heart undergoes hypertrophic growth, a process defined as an increase in cardiomyocyte cell size without an increase in cell number. However, the molecular mechanism of cardiac hypertrophy is not fully understood.To identify and characterize microRNAs that regulate cardiac hypertrophy and remodeling.Screening for muscle-expressed microRNAs that are dynamically regulated during muscle differentiation and hypertrophy identified microRNA-22 (miR-22) as a cardiac- and skeletal muscle-enriched microRNA that is upregulated during myocyte differentiation and cardiomyocyte hypertrophy. Overexpression of miR-22 was sufficient to induce cardiomyocyte hypertrophy. We generated mouse models with global and cardiac-specific miR-22 deletion, and we found that cardiac miR-22 was essential for hypertrophic cardiac growth in response to stress. miR-22-null hearts blunted cardiac hypertrophy and cardiac remodeling in response to 2 independent stressors: isoproterenol infusion and an activated calcineurin transgene. Loss of miR-22 sensitized mice to the development of dilated cardiomyopathy under stress conditions. We identified Sirt1 and Hdac4 as miR-22 targets in the heart.Our studies uncover miR-22 as a critical regulator of cardiomyocyte hypertrophy and cardiac remodeling.

Abstract The primary cause of heart failure is the loss of cardiomyocytes in the diseased adult heart. Previously, we reported that the miR-17-92 cluster plays a key role in cardiomyocyte proliferation. Here, we report that expression of miR-19a/19b, members of the miR-17-92 cluster, is induced in heart failure patients. We show that intra-cardiac injection of miR-19a/19b mimics enhances cardiomyocyte proliferation and stimulates cardiac regeneration in response to myocardial infarction (MI) injury. miR-19a/19b protected the adult heart in two distinctive phases: an early phase immediately after MI and long-term protection. Genome-wide transcriptome analysis demonstrates that genes related to the immune response are repressed by miR-19a/19b. Using an adeno-associated virus approach, we validate that miR-19a/19b reduces MI-induced cardiac damage and protects cardiac function. Finally, we confirm the therapeutic potential of miR-19a/19b in protecting cardiac function by systemically delivering miR-19a/19b into mice post-MI. Our study establishes miR-19a/19b as potential therapeutic targets to treat heart failure.

Cardiac hypertrophy is an adaptive response to pressure overload aimed at maintaining cardiac function. However, prolonged hypertrophy significantly increases the risk of maladaptive cardiac remodeling and heart failure. Recent studies have implicated long noncoding RNAs in cardiac hypertrophy and cardiomyopathy, but their significance and mechanism(s) of action are not well understood.