Bbeta-adrenergic receptor kinase-1 levels in catecholamine-induced myocardial hypertrophy: regulation by beta- but not alpha1-adrenergic stimulation.

Pressure overload ventricular hypertrophy is accompanied by dysfunctional beta-adrenergic receptor signaling due to increased levels of the beta-adrenergic receptor kinase-1, which phosphorylates and desensitizes beta-adrenergic receptors. In this study, we examined whether increased beta-adrenergic receptor kinase 1 expression is associated with myocardial hypertrophy induced by adrenergic stimulation. With use of implanted mini-osmotic pumps, we treated mice with isoproterenol, phenylephrine, or vehicle to distinguish between alpha1- and beta-adrenergic stimulation. Both treatments resulted in cardiac hypertrophy, but only isoproterenol induced significant increases in beta-adrenergic receptor kinase-1 protein levels and activity. Similarly, in isolated adult rat cardiac myocytes, 24 hours of isoproterenol stimulation resulted in a significant 2.8-fold increase in beta-adrenergic receptor kinase-1 protein levels, whereas 24 hours of phenylephrine treatment did not alter beta-adrenergic receptor kinase-1 expression. Our results indicate that increased beta-adrenergic receptor kinase-1 is not invariably associated with myocardial hypertrophy but apparently is controlled by the state of beta-adrenergic receptor activation.

Expression of a beta-adrenergic receptor kinase 1 inhibitor prevents the development of myocardial failure in gene-targeted mice.

Heart failure is accompanied by severely impaired beta-adrenergic receptor (betaAR) function, which includes loss of betaAR density and functional uncoupling of remaining receptors. An important mechanism for the rapid desensitization of betaAR function is agonist-stimulated receptor phosphorylation by the betaAR kinase (betaARK1), an enzyme known to be elevated in failing human heart tissue. To investigate whether alterations in betaAR function contribute to the development of myocardial failure, transgenic mice with cardiac-restricted overexpression of either a peptide inhibitor of betaARK1 or the beta2AR were mated into a genetic model of murine heart failure (MLP-/-). In vivo cardiac function was assessed by echocardiography and cardiac catheterization. Both MLP-/- and MLP-/-/beta2AR mice had enlarged left ventricular (LV) chambers with significantly reduced fractional shortening and mean velocity of circumferential fiber shortening. In contrast, MLP-/-/betaARKct mice had normal LV chamber size and function. Basal LV contractility in the MLP-/-/betaARKct mice, as measured by LV dP/dtmax, was increased significantly compared with the MLP-/- mice but less than controls. Importantly, heightened betaAR desensitization in the MLP-/- mice, measured in vivo (responsiveness to isoproterenol) and in vitro (isoproterenol-stimulated membrane adenylyl cyclase activity), was completely reversed with overexpression of the betaARK1 inhibitor. We report here the striking finding that overexpression of this inhibitor prevents the development of cardiomyopathy in this murine model of heart failure. These findings implicate abnormal betaAR-G protein coupling in the pathogenesis of the failing heart and point the way toward development of agents to inhibit betaARK1 as a novel mode of therapy.

Ligand-induced overexpression of a constitutively active beta2-adrenergic receptor: pharmacological creation of a phenotype in transgenic mice.

Transgenic overexpression (40- to 100-fold) of the wild-type human beta2-adrenergic receptor in the hearts of mice leads to a marked increase in cardiac contractility, which is apparently due to the low level of spontaneous (i.e., agonist-independent) activity inherent in the receptor. Here we report that transgenic mice expressing a mutated constitutively active form of the receptor (CAM) show no such phenotype, owing to its modest expression (3-fold above endogenous cardiac beta-adrenergic receptor levels). Surprisingly, treatment of the animals with a variety of beta-adrenergic receptor ligands leads to a 50-fold increase in CAM beta2-adrenergic receptor expression, by stabilizing the CAM beta2-adrenergic receptor protein. Receptor up-regulation leads in turn to marked increases in adenylate cyclase activity, atrial tension determined in vitro, and indices of cardiac contractility determined in vivo. These results illustrate a novel mechanism for regulating physiological responses, i.e., ligand-induced stabilization of a constitutively active but inherently unstable protein.

Essential role of beta-adrenergic receptor kinase 1 in cardiac development and function.

The beta-adrenergic receptor kinase 1 (beta ARK1) is a member of the G protein-coupled receptor kinase (GRK) family that mediates the agonist-dependent phosphorylation and desensitization of G protein-coupled receptors. We have cloned and disrupted the beta ARK1 gene in mice by homologous recombination. No homozygote beta ARK1-/- embryos survive beyond gestational day 15.5. Prior to gestational day 15.5, beta ARK1-/- embryos display pronounced hypoplasia of the ventricular myocardium essentially identical to the "thin myocardium syndrome" observed upon gene inactivation of several transcription factors (RXR alpha, N-myc, TEF-1, WT-1). Lethality in beta ARK1-/- embryos is likely due to heart failure as they exhibit a > 70% decrease in cardiac ejection fraction determined by direct in utero intravital microscopy. These results along with the virtual absence of endogenous GRK activity in beta ARK1-/- embryos demonstrate that beta ARK1 appears to be the predominant GRK in early embryogenesis and that it plays a fundamental role in cardiac development.

Monoclonal antibodies reveal receptor specificity among G-protein-coupled receptor kinases.

Guanine nucleotide-binding regulatory protein (G protein)-coupled receptor kinases (GRKs) constitute a family of serine/threonine kinases that play a major role in the agonist-induced phosphorylation and desensitization of G-protein-coupled receptors. Herein we describe the generation of monoclonal antibodies (mAbs) that specifically react with GRK2 and GRK3 or with GRK4, GRK5, and GRK6. They are used in several different receptor systems to identify the kinases that are responsible for receptor phosphorylation and desensitization. The ability of these reagents to inhibit GRK- mediated receptor phosphorylation is demonstrated in permeabilized 293 cells that overexpress individual GRKs and the type 1A angiotensin II receptor. We also use this approach to identify the endogenous GRKs that are responsible for the agonist-induced phosphorylation of epitope-tagged beta2- adrenergic receptors (beta2ARs) overexpressed in rabbit ventricular myocytes that are infected with a recombinant adenovirus. In these myocytes, anti-GRK2/3 mAbs inhibit isoproterenol-induced receptor phosphorylation by 77%, while GRK4-6-specific mAbs have no effect. Consistent with the operation of a betaAR kinase-mediated mechanism, GRK2 is identified by immunoblot analysis as well as in a functional assay as the predominant GRK expressed in these cells. Microinjection of GRK2/3-specific mAbs into chicken sensory neurons, which have been shown to express a GRK3-like protein, abolishes desensitization of the alpha2AR-mediated calcium current inhibition. The intracellular inhibition of endogenous GRKs by mAbs represents a novel approach to the study of receptor specificities among GRKs that should be widely applicable to many G-protein-coupled receptors.

Myocardial expression of a constitutively active alpha 1B-adrenergic receptor in transgenic mice induces cardiac hypertrophy.

Transgenic mice were generated by using the alpha-myosin heavy chain promoter coupled to the coding sequence of a constitutively active mutant alpha 1B-adrenergic receptor (AR). These transgenic animals demonstrated cardiac-specific expression of this alpha 1-AR with resultant activation of phospholipase C as shown by increased myocardial diacylglycerol content. A phenotype consistent with cardiac hypertrophy developed in adult transgenic mice with increased heart/body weight ratios, myocyte cross-sectional areas, and ventricular atrial natriuretic factor mRNA levels relative to nontransgenic controls. These transgenic animals may provide insight into the biochemical triggers that induce hypertrophy in cardiac disease and serve as a convenient experimental model for studies of this condition.

A functional polymorphism in the 5HTR2C gene associated with stress responses also predicts incident cardiovascular events.

Previously we have shown that a functional nonsynonymous single nucleotide polymorphism (rs6318) of the 5HTR2C gene located on the X-chromosome is associated with hypothalamic-pituitary-adrenal axis response to a stress recall task, and with endophenotypes associated with cardiovascular disease (CVD). These findings suggest that individuals carrying the rs6318 Ser23 C allele will be at higher risk for CVD compared to Cys23 G allele carriers. The present study examined allelic variation in rs6318 as a predictor of coronary artery disease (CAD) severity and a composite endpoint of all-cause mortality or myocardial infarction (MI) among Caucasian participants consecutively recruited through the cardiac catheterization laboratory at Duke University Hospital (Durham, NC) as part of the CATHGEN biorepository. Study population consisted of 6,126 Caucasian participants (4,036 [65.9%] males and 2,090 [34.1%] females). A total of 1,769 events occurred (1,544 deaths and 225 MIs; median follow-up time = 5.3 years, interquartile range = 3.3-8.2). Unadjusted Cox time-to-event regression models showed, compared to Cys23 G carriers, males hemizygous for Ser23 C and females homozygous for Ser23C were at increased risk for the composite endpoint of all-cause death or MI: Hazard Ratio (HR) = 1.47, 95% confidence interval (CI) = 1.17, 1.84, p = .0008. Adjusting for age, rs6318 genotype was not related to body mass index, diabetes, hypertension, dyslipidemia, smoking history, number of diseased coronary arteries, or left ventricular ejection fraction in either males or females. After adjustment for these covariates the estimate for the two Ser23 C groups was modestly attenuated, but remained statistically significant: HR = 1.38, 95% CI = 1.10, 1.73, p = .005. These findings suggest that this functional polymorphism of the 5HTR2C gene is associated with increased risk for CVD mortality and morbidity, but this association is apparently not explained by the association of rs6318 with traditional risk factors or conventional markers of atherosclerotic disease.

Intracardiac acoustic radiation force impulse (ARFI) and shear wave imaging in pigs with focal infarctions.

Four pigs, three with focal infarctions in the apical intraventricular septum (IVS) and/or left ventricular free wall (LVFW), were imaged with an intracardiac echocardiography (ICE) transducer. Custom beam sequences were used to excite the myocardium with focused acoustic radiation force (ARF) impulses and image the subsequent tissue response. Tissue displacement in response to the ARF excitation was calculated with a phase-based estimator, and transverse wave magnitude and velocity were each estimated at every depth. The excitation sequence was repeated rapidly, either in the same location to generate 40 Hz M-modes at a single steering angle, or with a modulated steering angle to synthesize 2-D displacement magnitude and shear wave velocity images at 17 points in the cardiac cycle. Both types of images were acquired from various views in the right and left ventricles, in and out of infarcted regions. In all animals, acoustic radiation force impulse (ARFI) and shear wave elasticity imaging (SWEI) estimates indicated diastolic relaxation and systolic contraction in noninfarcted tissues. The M-mode sequences showed high beat-to-beat spatio-temporal repeatability of the measurements for each imaging plane. In views of noninfarcted tissue in the diseased animals, no significant elastic remodeling was indicated when compared with the control. Where available, views of infarcted tissue were compared with similar views from the control animal. In views of the LVFW, the infarcted tissue presented as stiff and non-contractile compared with the control. In a view of the IVS, no significant difference was seen between infarcted and healthy tissue, whereas in another view, a heterogeneous infarction was seen to be presenting itself as non-contractile in systole.

Diminishment of respiratory sinus arrhythmia foreshadows doxorubicin-induced cardiomyopathy.

BACKGROUND: The development of a microcomputer-based device permits quick, simple, and noninvasive quantification of the respiratory sinus arrhythmia (RSA) during quiet breathing. METHODS AND RESULTS: We prospectively and serially measured the radionuclide left ventricular ejection fraction and the RSA amplitude in 34 cancer patients receiving up to nine monthly bolus treatments with doxorubicin hydrochloride (60 mg/m2). Of the eight patients who ultimately developed symptomatic doxorubicin-induced congestive heart failure, seven (87.5%) demonstrated a significant decline in RSA amplitude; five of 26 subjects without clinical symptoms of cardiotoxicity (19.2%) showed a similar RSA amplitude decline. On average, significant RSA amplitude decline occurred 3 months before the last planned doxorubicin dose in patients destined to develop clinical congestive heart failure. CONCLUSION: Overall, RSA amplitude abnormality proved to be a more specific predictor of clinically significant congestive heart failure than did serial resting radionuclide ejection fractions.

CB1 cannabinoid receptor deficiency promotes cardiac remodeling induced by pressure overload in mice

Background: The endocannabinoid system is known to play a role in regulating myocardial contractility, but the influence of cannabinoid receptor 1 (CB1) deficiency on chronic heart failure (CHF) remains unclear. In this study we attempted to investigate the effect of CB1 deficiency on CHF induced by pressure overload and the possible mechanisms involved. Methods and results: A CHF model was created by transverse aortic constriction (TAC) in both CB1 knockout mice and wild-type mice. CB1 knockout mice showed a marked increase of mortality due to CHF from 4 to 8 weeks after TAC (p = 0.021). Five weeks after TAC, in contrast to wild-type mice, CB1 knockout mice had a higher left ventricular (LV) end-diastolic pressure, lower rate of LV pressure change (± dp/dt max), lower LV contractility index, and a larger heart weight to body weight ratio and lung weight to body weight ratio compared with wild-type mice (all p < 0.05-0.001). Phosphorylation of the epidermal growth factor receptor (EGFR) and mitogen-activated protein kinases (P38 and ERK) was higher in CB1 knockout mice than that in wild-type mice. In cultured neonatal rat cardiomyocytes, a CB1 agonist reduced cAMP production stimulated by isoproterenol or forskolin, and suppressed phosphorylation of the EGFR, P38, and ERK, while the inhibitory effect of a CB1 agonist on EGFR phosphorylation was abrogated by CB1 knockdown. Conclusion: These findings indicate that cannabinoid receptor 1 inactivation promotes cardiac remodeling by enhancing the activity of the epidermal growth factor receptor and mitogen-activated protein kinases. © 2012 Elsevier Ireland Ltd.

Experiencias asociativas de tipo cooperativo como estrategia de inserción de la pequeña y mediana producción citrícola familiar en el mercado internacional de frutas frescas

En los últimos años asistimos a un proceso de transformación constante de la estructura agrícola, en el cual la naturaleza de los sistemas productivos y la producción de alimentos han pasado de un modelo tradicional basado en la producción para mercados locales y nacionales, a la internacionalización de los complejos agroalimentarios. Dicho proceso plantea situaciones de naturaleza compleja para la pequeña y mediana producción agrícola familiar y a la vez genera interrogantes respecto a sus posibilidades de persistencia como productores, especialmente en los circuitos de exportación. Teniendo en cuenta lo arriba expuesto y poniendo especial atención a la asociatividad como estrategia de articulación/integración de este tipo de productores a los mercados globales, en esta tesis se partió de un análisis general que puso énfasis en el complejo citrícola agroexportador de Monte Caseros (Corrientes), y en la situación de pequeña y mediana producción citrícola familiar en él inserta (incluyendo sus estrategias productivas y de inserción en los mercados), para luego, a través del estudio de caso de una cooperativa exportadora citrícola, profundizar en los factores determinantes para la conformación de este tipo de emprendimientos, las estrategias implementadas en las fases de producción agrícola, agroindustrial y comercial, así como la incidencia de dichas estrategias en el carácter del vínculo establecido con los asociados, y sobre sus unidades productivas. Para tal fin se aplicaron técnicas de análisis de tipo cualitativo a entrevistas semiestructuradas y en profundidad realizadas a informantes calificados seleccionados en función del papel desempeñado dentro del complejo, productores citrícolas de la zona bajo estudio, directivos y asociados de la cooperativa seleccionada. Al tiempo se recopiló y analizó información secundaria proveniente de artículos científicos, libros, revistas, páginas web de organismos públicos y privados, estadísticas sectoriales, entre otros. Las conclusiones más relevantes se focalizan en la importancia de la estrategia asociativa a través de cooperativas para el acceso de la pequeña y mediana producción citrícola en los mercados externos, no obstante parece existir una tendencia hacía la homogeneización del perfil de los productores asociados, prevaleciendo aspectos como el nivel económico-productivo, un adecuado conocimiento de los mercados y un mayor grado de compromiso con la organización. Lo cual lleva a plantear que la membrecía estaría permitiendo a aquellos productores de perfil familiar-empresarial y empresarial, que han implementado los cambios necesarios y que cumplen con los requisitos públicos y privados en términos de sanidad y calidad, la colocación de su fruta en el mercado internacional. En contraste, no estaría asegurando la inserción exportadora para aquellos productores familiares puros con capacidades limitadas en cuanto al acceso a capital e información tecnológica y de mercados, dada su mayor dificultad para realizar las inversiones necesarias y afrontar los costos inherentes.

La simbiosis con endófitos del género Neotyphodium y su impacto en la interacción del pasto hospedante con otros hongos

En los pastizales naturales se encuentran muchas especies de gramíneas asociadas a endófitos asexuales del género Neotyphodium. La persistencia de la simbiosis en las comunidades ha sido asociada a los beneficios que el endófito le confiere al hospedante frente a situaciones de herbivoría y estrés abiótico. El objetivo general de esta tesis es evaluar el impacto de la presencia del endófito sobre el desarrollo de otros hongos que forman asociaciones patogénicas con el mismo pasto hospedante y estudiar de qué manera esta triple interacción se relaciona con el resto de la comunidad y el ambiente abiótico. Como sistema de estudio se utilizó a la gramínea anual Lolium multiflorum, su endófito Neotyphodium occultans y hongos con estrategias de vida contrastantes que colonizan distintos tejidos en distintos estadios del hospedante y generan cambios diversos en su demografía y ecología. La hipótesis general de esta tesis es que la presencia de endófitos altera tanto de manera directa como indirecta la interacción entre la planta hospedante y la comunidad de patógenos, y que estos cambios impactan sobre la permanencia de la simbiosis y su interacción con el resto de la comunidad vegetal. A través de un meta-análisis y experimentos manipulativos en laboratorio, invernáculo y a campo demostramos que el mutualismo reduce la infección por diversos hongos patógenos a través de mecanismos tanto fisiológicos como ecológicos, e impacta sobre otras especies de pastos. La conclusión general de esta tesis es que esta triple interacción está lejos de ser simple como fue planteado en sus inicios. Esta interacción es compleja e incluye a otros organismos de la comunidad, tanto como mediadores de la infección o como beneficiarios de los efectos de la simbiosis.

Una alternativa de desarrollo sericícola en la Argentina

p.93-101

Experiencias asociativas de tipo cooperativo como estrategia de inserción de la pequeña y mediana producción citrícola familiar en el mercado internacional de frutas frescas

En los últimos años asistimos a un proceso de transformación constante de la estructura agrícola, en el cual la naturaleza de los sistemas productivos y la producción de alimentos han pasado de un modelo tradicional basado en la producción para mercados locales y nacionales, a la internacionalización de los complejos agroalimentarios. Dicho proceso plantea situaciones de naturaleza compleja para la pequeña y mediana producción agrícola familiar y a la vez genera interrogantes respecto a sus posibilidades de persistencia como productores, especialmente en los circuitos de exportación. Teniendo en cuenta lo arriba expuesto y poniendo especial atención a la asociatividad como estrategia de articulación/integración de este tipo de productores a los mercados globales, en esta tesis se partió de un análisis general que puso énfasis en el complejo citrícola agroexportador de Monte Caseros (Corrientes), y en la situación de pequeña y mediana producción citrícola familiar en él inserta (incluyendo sus estrategias productivas y de inserción en los mercados), para luego, a través del estudio de caso de una cooperativa exportadora citrícola, profundizar en los factores determinantes para la conformación de este tipo de emprendimientos, las estrategias implementadas en las fases de producción agrícola, agroindustrial y comercial, así como la incidencia de dichas estrategias en el carácter del vínculo establecido con los asociados, y sobre sus unidades productivas. Para tal fin se aplicaron técnicas de análisis de tipo cualitativo a entrevistas semiestructuradas y en profundidad realizadas a informantes calificados seleccionados en función del papel desempeñado dentro del complejo, productores citrícolas de la zona bajo estudio, directivos y asociados de la cooperativa seleccionada. Al tiempo se recopiló y analizó información secundaria proveniente de artículos científicos, libros, revistas, páginas web de organismos públicos y privados, estadísticas sectoriales, entre otros. Las conclusiones más relevantes se focalizan en la importancia de la estrategia asociativa a través de cooperativas para el acceso de la pequeña y mediana producción citrícola en los mercados externos, no obstante parece existir una tendencia hacía la homogeneización del perfil de los productores asociados, prevaleciendo aspectos como el nivel económico-productivo, un adecuado conocimiento de los mercados y un mayor grado de compromiso con la organización. Lo cual lleva a plantear que la membrecía estaría permitiendo a aquellos productores de perfil familiar-empresarial y empresarial, que han implementado los cambios necesarios y que cumplen con los requisitos públicos y privados en términos de sanidad y calidad, la colocación de su fruta en el mercado internacional. En contraste, no estaría asegurando la inserción exportadora para aquellos productores familiares puros con capacidades limitadas en cuanto al acceso a capital e información tecnológica y de mercados, dada su mayor dificultad para realizar las inversiones necesarias y afrontar los costos inherentes.

Construcción de actividades basadas en los acercamientos de la civilización China a la noción de aproximación

A partir de la historia de la matemática se pueden diseñar actividades que favorezcan la formación humanística y matemática de nuestros estudiantes. En este caso se presentan algunos acercamientos de la civilización China a la noción de aproximación, y con base en estos se muestra parte de una actividad que busca fortalecer la comprensión de esta noción básica del cálculo. Este trabajo es un producto parcial del grupo de estudio en Historia de la Matemática del Departamento de Matemáticas del Colegio Gimnasio Moderno. En este momento el grupo centra su atención en el estudio de desarrollos históricos que estén relacionados con nociones básicas del Cálculo como aproximación, variación, optimización y predicción; así como en el diseño de actividades que favorezcan la comprensión de estas nociones. La razón por la cual nos interesa el Cálculo, es porque es una de las áreas de la matemática que mayor dificultad presenta a los estudiantes, ya que sus conceptos se basan en nociones de inexactitud y cambio que evidentemente chocan con la concepción tradicional de la matemática como una ciencia exacta. Por ejemplo, la comprensión del concepto de límite en un sentido riguroso es extremadamente difícil y casi imposible para los estudiantes debido a que la noción en la que se sustenta, la aproximación, produce tal incertidumbre que los mismos profesores la han expulsado de aquella variedad de nociones básicas que deben ser enseñadas en la escuela. Pero además, la estructura conceptual de ésta noción es tan compleja, que requiere de un tiempo prolongado y del uso de diferentes vías didácticas para ser plenamente comprendida (García et al., 2002). Haciendo un estudio de los desarrollos matemáticos de la civilización China nos encontramos con que en ella se establecieron algunos procedimientos de aproximación para calcular áreas de regiones curvilíneas, así como un método para aproximar tanto como se quiera la raíz cuadrada de un número; también obtuvieron la fórmula del volumen de la esfera por un método que antecede a la técnica de Cavalieri en doce siglos aproximadamente. Este taller pretende por una parte, mostrar los acercamientos de la civilización China a algunas nociones básicas del cálculo, específicamente la aproximación y la variación; así como hacer evidente la presencia de procesos infinitos en algunos desarrollos matemáticos de esta civilización. Por otra parte, busca presentar algunas actividades diseñadas desde una perspectiva histórica, es decir, un diseño que resalta la dimensión humana del conocimiento matemático, sus conexiones con otros ámbitos de la cultura, el contexto en el que nace y evoluciona, y por supuesto, que busca fortalecer la formación matemática de nuestros estudiantes. En la primera sesión, mostraremos los acercamientos a las nociones básicas de aproximación y/o variación de la civilización China. En la segunda sesión presentaremos algunas actividades inspiradas en los desarrollos de las civilizaciones anteriormente mencionadas.