Μηχανισμοί αλληλεπίδρασης του α αδρενεργικού συστήματος με το σύστημα της θυρεοειδικής ορμόνης - θυρεοειδικών υποδοχέων σε μοντέλο απομονωθέντων νεογνικών καρδιομυοκυττάρων

Abstract

Thyroid hormone receptor alpha1 (TR alpha 1) is predominantly expressed in the myocardium but its biological function under physiological or pathological conditions remains largely unknown. The present study investigated possible interactions between alpha1 adrenergic and thyroid hormone signaling at the level of TR alpha 1, potential underlying mechanisms and physiological consequences, as well as the role of TR alpha 1 in cell differentiation. This may be of physiological relevance since both thyroid hormone and adrenergic signalling are implicated in the pathophysiology of cardiac remodelling. Neonatal cardiomyocytes obtained from newborn rats (0-72 hours) were exposed to 20μΜ phenylephrine (PE, an alpha1 adrenergic agonist) for 8 min., 60 min. and 5 days, in the absence or excess of Τ₃ in the culture medium. PE administration, in the absence of Τ₃, resulted in disoriented, dense myofibrils and undefined shape. This response was accompanied by an increase in phospho-p44 (20.0 fold in 8 min., 3.0 fold in 60 min.), phospho-p42 (16.0 fold in 8 min., 4.0 fold in 60 min.), phospho-Akt (1.5 fold in 8 min.), in phospho-JNK (3.0 fold in 8 min.) and phospho-p38MAPK (2.2 fold in 8 min.), p<0.05. Furthermore, a 5.0 fold increase in TR alpha 1 expression in nucleus and 2.0 fold decrease in TR alpha 1 expression in cytosol, p<0.05 were observed. As a result, a fetal pattern of myosin isoform expression with marked expression of beta-MHC was observed in PE treated vs the untreated cells, p<0.05. PD98059 (an ERK signaling inhibitor) abrogated this response. Rapamycine (an m-TOR inhibitor) abrogated the response, without affecting the myosin isoform expression, while the inhibition of either JNK or p38MAPK signaling caused no changes. In the presence of 100nM Τ₃ in the culture medium, the cardiomyocytes had an elongated shape with a filamentous actin pattern organized into orderly arrays. This response was accompanied by a 1.6 fold increase in TR alpha 1 expression in nucleus and 2.0 fold in cytosol in PE-Τ₃ vs PE treated cells, p<0.05, and the fetal pattern of myosin isoform expression was prevented. In conclusion, in neonatal cardiomyocytes, nuclear TR alpha 1 is overexpressed after prolonged activation of the alpha 1- adrenergic signalling by PE. This response seems to be an ERK kinase and/or m-TOR dependent process. Over-expression of TR alpha 1 may lead to fetal cardiac phenotype in the absence of thyroid hormone availability.

Ο θυρεοειδικός υποδοχέας α1 (TRa1) εκφράζεται κυρίως στο μυοκάρδιο, αλλά η βιολογική του λειτουργία υπό φυσιολογικές ή παθολογικές καταστάσεις παραμένει σε μεγάλο βαθμό άγνωστη. Η μελέτη αυτή πραγματεύεται τις πιθανές αλληλεπιδράσεις μεταξύ της σηματοδοτικής οδού των α1 αδρενεργικών υποδοχέων και της θυρεοειδικής ορμόνης στο επίπεδο του TRa1 τους πιθανούς μηχανισμούς και τις φυσιολογικές συνέπειες. Αυτό μπορεί να έχει θεραπευτική σημασία, δεδομένου ότι τόσο η θυρεοειδική ορμόνη όσο και οι αδρενεργικοί υποδοχείς εμπλέκονται στην παθοφυσιολογία της καρδιακής αναδιαμόρφωσης. Νεογνικά καρδιομυοκύτταρα απομονώθηκαν από επίμυες 0-72 ωρών και εκτέθηκαν σε 20μΜ φαινυλεφρίνης (ΡΕ, ένας α1 αδρενεργικός αγωνιστής) για 8 λεπτά, 60 λεπτά και 5 ήμερες, με παρουσία ή μη τριιωδοθυρονίνης (Τ₃) στο καλλιεργητικό μέσο. Η χορήγηση ΡΕ, απουσία Τ₃, αποδιοργάνωσε τα κύτταρα προσδίδοντάς τους ακανόνιστο σχήμα. Αυτή η απόκριση συνοδεύτηκε από αύξηση των φωσφο-p44 (20 φορές στα 8 και 3 φορές στα 60 λεπτά), φωσφο-p42 (16 φορές στα 8 και 4 φορές στα 60 λεπτά), φωσφο-Akt (1.5 φορές στα 8 λεπτά), φωσφο-JNK (3 φορές στα 8 λεπτά) και φωσφο-p38ΜΑΡΚ (2.2 φορές στα 8 λεπτά), p<0.05. Επιπρόσθετα, παρατηρήθηκε αύξηση της έκφρασης του TRa1 κατά 5 φορές στον πυρήνα και μείωση του κατά 2 φορές στο κυτταρόπλασμα, p<0.05. Συνεπώς, παρατηρήθηκε ένα εμβρυϊκό πρότυπο έκφρασης των ισόμορφων της μυοσίνης με σημαντική αύξηση της έκφρασης της β-MHC στην ομάδα ΡΕ σε σχέση με την ομάδα CONT. Το PD98059 (ένας αναστολέας της ERK σηματοδοτικής οδού) ανέστειλε αυτή την απόκριση. Η ραπαμυκίνη (ένας αναστολέας του m-TOR) ανέστειλε επίσης αυτή την απόκριση, χωρίς να επηρεάσει την έκφραση των ισομορφών της μυοσίνης. Η αναστολή των σηματοδοτικών μονοπατιών των JNK και p38ΜΑΡΚ δεν προκάλεσε καμία αλλαγή. Τα κύτταρα απέκτησαν επίμηκες σχήμα με καλά οργανωμένο κυτταροσκελετό, παρουσία 100nM Τ₃ στο θρεπτικό μέσο. Αυτή η απόκριση συνοδεύτηκε από αύξηση της έκφρασης του TRa1 κατά 1.6 φορές στον πυρήνα και 2 φορές στο κυτταρόπλασμα στην ομάδα ΡΕ-Τ₃ συγκρινόμενη με την ομάδα ΡΕ, p<0.05 και κατάργηση του εμβρυϊκού προτύπου έκφρασης των ισομορφών της μυοσίνης. Εν κατακλείδι, ο πυρηνικός υποδοχέας TRa1 υπερεκφράζεται σε νεογνικά καρδιομυοκύτταρα μετά από διέγερση της αδρενεργικής σηματοδότησης από την ΡΕ. Αυτή η απόκριση φαίνεται να εξαρτάται από τα σηματοδοτικά μονοπάτια των κινασών ERK ή/και m-TOR. Η υπερέκφραση του TRa1 ίσως οδηγεί στον εμβρυϊκό καρδιακό φαινότυπο απουσία θυρεοειδικής ορμόνης.