Διερεύνηση καρδιοπροστατευτικών μηχανισμών σε πειραματικά πρότυπα καρδιακής δυσλειτουργίας

Abstract

Cardiovascular disease and its major manifestations leading to heart failure, is one of the leading causes of death worldwide. The pathogenesis of heart failure is multifactorial and involves a series of interconnected mechanisms that lead to reduced cardiac output and the development of disease symptoms. One of the factors leading to heart failure is oxidative stress. During ischemia and reperfusion, the excessive generation of reactive oxygen species leads to myocardial cell hypertrophy or cell death. This response activates complex signalling pathways including activation of kinases, transcription factors, and gene transcription. The kinase MSK1 is localized in the nucleus of various cell types and although the physiological role of the kinase is not fully elucidated, evidence suggest its involvement in myocardial hypertrophy, inflammatory responses and cell survival. In this thesis, the role of MSK1 in the response of cardiomyocytes to oxidative stress is investigated. Previous data indicated that MSK1 is activated during ischemia through the ERK1/2 and p38 MAPK signalling pathways. Inhibition of MSK1 resulted in decreased cardiomyocyte survival, increased apoptosis, and decreased Bcl2 expression when cardiomyocytes exposed to simulated ischemia buffer. This fact led to the investigation of the role of MSK1 during ex vivo ischemia and reperfusion of the rat heart. Inhibition of MSK1 leads to an increase in autophagic markers and possible activation of autophagic death via Beclin1 during reperfusion but does not appear to participate in the cardioprotective autophagy activated via AMPK during ischemia. The cardioprotective mechanism of MSK1 may involve Bcl2 activation by phosphorylation of the transcription factor CREB, but the involvement of other kinases cannot be excluded. Another factor leading to heart failure is mitochondrial dysfunction, as the inability of the mitochondria to produce enough energy leads to heart failure and cell death. Mutations in various genes cause mitochondrial dysfunction, among other things. Lack of Desmin gene in mice (Des-/-) initially cause an inflammatory response in the heart, cardiac hypertrophy, ventricular wall tension, reduced ventricular contractility, and a disorganized mitochondrial network. Therefore, another aim of the thesis was to test whether pharmacological activation of the nuclear receptor PPARβ/δ could ameliorate cardiac injury induced in Des-/- mice and to examine its effect on mitochondrial homeostasis. The results showed that PPARβ/δ activation resulted in significant reduction in cardiac inflammation markers, fibrosis, and cardiac remodelling in Des-/- myocardium. In addition, oxidative stress was reduced, mitochondrial biogenesis was stimulated, the balance between fission/fusion markers was promoted, and autophagy and mitophagy levels were reduced. These results imply that PPARβ/δ could serve as a promising therapeutic target for heart failure, however, additional research is necessary to elucidate the molecular mechanisms involved.

Οι καρδιαγγειακές παθήσεις και οι σημαντικότερες εκδηλώσεις τους όπως το έμφραγμα του μυοκαρδίου και η υπερτροφία με τελικό αποτέλεσμα την καρδιακή ανεπάρκεια, είναι μια από τις κύριες αιτίες θανάτου παγκοσμίως. Η παθογένεια της καρδιακής ανεπάρκειας είναι πολυπαραγοντική και περιλαμβάνει μια σειρά από αλληλοσυνδεόμενους μηχανισμούς που οδηγούν σε μείωση της καρδιακής απόδοσης. Ένας από τους παράγοντες που οδηγούν στην καρδιακή ανεπάρκεια είναι το οξειδωτικό στρες. Κατά την ισχαιμία και την επαναιμάτωση, η παραγωγή ενεργών ειδών οξυγόνου οδηγεί στην υπερτροφία ή τον κυτταρικό θάνατο των καρδιομυοκυττάρων. Αυτή η αντίδραση ενεργοποιεί πολύπλοκα σηματοδοτικά μονοπάτια που περιλαμβάνουν την ενεργοποίηση κινασών, μεταγραφικών παραγόντων και μεταγραφή γονιδίων. Η κινάση MSK1 εντοπίζεται στον πυρήνα διαφόρων κυτταρικών τύπων και παρόλο που ο φυσιολογικός ρόλος της δεν έχει αποσαφηνιστεί πλήρως, υπάρχουν δεδομένα που υποδηλώνουν την εμπλοκή της στην ανάπτυξη καρδιακής υπερτροφίας στη φλεγμονώδη απόκριση και στην κυτταρική επιβίωση. Στην παρούσα διατριβή εξετάζεται ο ρόλος της κινάσης MSK1 στην απόκριση των καρδιομυοκυττάρων στο οξειδωτικό στρες. Προηγούμενα δεδομένα έδειξαν ότι η MSK1 ενεργοποιείται κατά την ισχαιμία μέσω των σηματοδοτικών μονοπατιών ERK1/2 και p38 MAPK. Η αναστολή της MSK1 οδήγησε σε μείωση της επιβίωσης των καρδιομυοκυττάρων, αύξηση της απόπτωσης και μείωση της έκφρασης της Bcl2 κατά την έκθεση τους σε διάλυμα προσομοίωσης ισχαιμίας. Το γεγονός αυτό οδήγησε στην διερεύνηση του ρόλου της MSK1 κατά την ex vivo ισχαιμία και επανεμποτισμό της καρδιάς επίμυων. Η αναστολή της MSK1 οδηγεί σε αύξηση αυτοφαγικών δεικτών και πιθανή ενεργοποίηση του αυτοφαγικού θανάτου μέσω της Beclin1 κατά τον επανεμποτισμό, αλλά δεν φαίνεται να συμμετέχει στην καρδιοπροστατευτική αυτοφαγία που ενεργοποιείται μέσω της AMPK κατά την ισχαιμία. Ο μηχανισμός καρδιοπροστασίας της MSK1, σχετίζεται πιθανώς με την ενεργοποίηση της Bcl2 μέσω φωσφορυλίωσης του μεταγραφικού παράγοντα CREB, χωρίς ωστόσο να αποκλείεται η συμμετοχή άλλων κινασών. Ένας άλλος παράγοντας που οδηγεί σε καρδιακή ανεπάρκεια είναι η μιτοχονδριακή δυσλειτουργία , καθώς η ανικανότητα των μιτοχονδρίων να παράγουν επαρκή ενέργεια οδηγεί σε συσταλτική δυσλειτουργία και κυτταρικό θάνατο. Μεταλλάξεις διαφόρων γονιδίων προκαλούν μεταξύ άλλων και μιτοχονδριακή δυσλειτουργία. Απαλοιφή του γονιδίου της δεσμίνης σε μύες (Des-/-) προκαλεί αρχικά μια φλεγμονώδη απόκριση στην καρδιά, καρδιακή υπερτροφία, διάταση των κοιλιακών τοιχωμάτων, μειωμένη κοιλιακή συσταλτικότητα και αποδιοργανωμένο μιτοχονδριακό δίκτυο. Έτσι, δεύτερος στόχος της διατριβής ήταν να διερευνηθεί εάν η φαρμακολογική ενεργοποίηση του πυρηνικού υποδοχέα PPARβ/δ μπορεί να βελτιώσει την καρδιακή βλάβη που προκαλείται στους Des-/- μύες και να εξεταστεί η επίδρασή του στη διαταραγμένη μιτοχονδριακή ομοιόσταση. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ενεργοποίηση του PPARβ/δ οδηγεί σε σημαντική μείωση δεικτών καρδιακής φλεγμονής, της ίνωσης και καρδιακής αναδιαμόρφωσης στο μυοκάρδιο Des-/-. Επιπλέον, μειώνεται το οξειδωτικό στρες, διεγείρεται η μιτοχονδριακή βιογένεση, προάγεται η ισορροπία μεταξύ δεικτών σχάσης/σύντηξης και μειώνονται τα επίπεδα αυτοφαγίας και μιτοφαγίας. Τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι ο PPARβ/δ μπορεί να αποτελέσει έναν υποσχόμενο θεραπευτικό στόχο για την καρδιακή ανεπάρκεια, αλλά απαιτείται περαιτέρω έρευνα για την κατανόηση των υποκείμενων μοριακών μηχανισμών.