Changes in muscle sympathetic nerve activity and vascular responses evoked in the spinotrapezius muscle of the rat by systemic hypoxia.

Responses evoked in muscle sympathetic nerve activity (MSNA) by systemic hypoxia have received relatively little attention. Moreover, MSNA is generally identified from firing characteristics in fibres supplying whole limbs: their actual destination is not determined. We aimed to address these limitations by using a novel preparation of spinotrapezius muscle in anaesthetised rats. By using focal recording electrodes, multi-unit and discriminated single unit activity were recorded from the surface of arterial vessels. This had cardiac- and respiratory-related activities expected of MSNA, and was increased by baroreceptor unloading, decreased by baroreceptor stimulation and abolished by autonomic ganglion blockade. Progressive, graded hypoxia (breathing sequentially 12, 10, 8% O2 for 2 min each) evoked graded increases in MSNA. In single units, mean firing frequency increased from 0.2 ± 0.04 in 21% O2 to 0.62 ± 0.14 Hz in 8% O2, while instantaneous frequencies ranged from 0.04–6 Hz in 21% O2 to 0.09–20 Hz in 8% O2. Concomitantly, arterial pressure (ABP), fell and heart rate (HR) and respiratory frequency (RF) increased progressively, while spinotrapezius vascular resistance (SVR) decreased (Spinotrapezius blood flow/ABP), indicating muscle vasodilatation. During 8% O2 for 10 min, the falls in ABP and SVR were maintained, but RF, HR and MSNA waned towards baselines from the second to the tenth minute. Thus, we directly show that MSNA increases during systemic hypoxia to an extent that is mainly determined by the increases in peripheral chemoreceptor stimulation and respiratory drive, but its vasoconstrictor effects on muscle vasculature are largely blunted by local dilator influences, despite high instantaneous frequencies in single fibres.

GLUT4, AMP kinase, but not the insulin receptor, are required for hepatoportal glucose sensor-stimulated muscle glucose utilization.

Recent evidence suggests the existence of a hepatoportal vein glucose sensor, whose activation leads to enhanced glucose use in skeletal muscle, heart, and brown adipose tissue. The mechanism leading to this increase in whole body glucose clearance is not known, but previous data suggest that it is insulin independent. Here, we sought to further determine the portal sensor signaling pathway by selectively evaluating its dependence on muscle GLUT4, insulin receptor, and the evolutionarily conserved sensor of metabolic stress, AMP-activated protein kinase (AMPK). We demonstrate that the increase in muscle glucose use was suppressed in mice lacking the expression of GLUT4 in the organ muscle. In contrast, glucose use was stimulated normally in mice with muscle-specific inactivation of the insulin receptor gene, confirming independence from insulin-signaling pathways. Most importantly, the muscle glucose use in response to activation of the hepatoportal vein glucose sensor was completely dependent on the activity of AMPK, because enhanced hexose disposal was prevented by expression of a dominant negative AMPK in muscle. These data demonstrate that the portal sensor induces glucose use and development of hypoglycemia independently of insulin action, but by a mechanism that requires activation of the AMPK and the presence of GLUT4.

Artificial muscle: the human chimera is the future.

Severe heart failure and cerebral stroke are broadly associated with the impairment of muscular function that conventional treatments struggle to restore. New technologies enable the construction of "smart" materials that could be of great help in treating diseases where the main problem is muscle weakness. These materials "behave" similarly to biological systems, because the material directly converts energy, for example electrical energy into movement. The extension and contraction occur silently like in natural muscles. The real challenge is to transfer this amazing technology into devices that restore or replace the mechanical function of failing muscle. Cardiac assist devices based on artificial muscle technology could envelope a weak heart and temporarily improve its systolic function, or, if placed on top of the atrium, restore the atrial kick in chronic atrial fibrillation. Artificial sphincters could be used to treat urinary incontinence after prostatectomy or faecal incontinence associated with stomas. Artificial muscles can restore the ability of patients with facial paralysis due to stroke or nerve injury to blink. Smart materials could be used to construct an artificial oesophagus including peristaltic movement and lower oesophageal sphincter function to replace the diseased oesophagus thereby avoiding the need for laparotomy to mobilise stomach or intestine. In conclusion, in the near future, smart devices will integrate with the human body to fill functional gaps due to organ failure, and so create a human chimera.

Association of major and minor ECG abnormalities with coronary heart disease events.

CONTEXT: In populations of older adults, prediction of coronary heart disease (CHD) events through traditional risk factors is less accurate than in middle-aged adults. Electrocardiographic (ECG) abnormalities are common in older adults and might be of value for CHD prediction. OBJECTIVE: To determine whether baseline ECG abnormalities or development of new and persistent ECG abnormalities are associated with increased CHD events. DESIGN, SETTING, AND PARTICIPANTS: A population-based study of 2192 white and black older adults aged 70 to 79 years from the Health, Aging, and Body Composition Study (Health ABC Study) without known cardiovascular disease. Adjudicated CHD events were collected over 8 years between 1997-1998 and 2006-2007. Baseline and 4-year ECG abnormalities were classified according to the Minnesota Code as major and minor. Using Cox proportional hazards regression models, the addition of ECG abnormalities to traditional risk factors were examined to predict CHD events. MAIN OUTCOME MEASURE: Adjudicated CHD events (acute myocardial infarction [MI], CHD death, and hospitalization for angina or coronary revascularization). RESULTS: At baseline, 276 participants (13%) had minor and 506 (23%) had major ECG abnormalities. During follow-up, 351 participants had CHD events (96 CHD deaths, 101 acute MIs, and 154 hospitalizations for angina or coronary revascularizations). Both baseline minor and major ECG abnormalities were associated with an increased risk of CHD after adjustment for traditional risk factors (17.2 per 1000 person-years among those with no abnormalities; 29.3 per 1000 person-years; hazard ratio [HR], 1.35; 95% CI, 1.02-1.81; for minor abnormalities; and 31.6 per 1000 person-years; HR, 1.51; 95% CI, 1.20-1.90; for major abnormalities). When ECG abnormalities were added to a model containing traditional risk factors alone, 13.6% of intermediate-risk participants with both major and minor ECG abnormalities were correctly reclassified (overall net reclassification improvement [NRI], 7.4%; 95% CI, 3.1%-19.0%; integrated discrimination improvement, 0.99%; 95% CI, 0.32%-2.15%). After 4 years, 208 participants had new and 416 had persistent abnormalities. Both new and persistent ECG abnormalities were associated with an increased risk of subsequent CHD events (HR, 2.01; 95% CI, 1.33-3.02; and HR, 1.66; 95% CI, 1.18-2.34; respectively). When added to the Framingham Risk Score, the NRI was not significant (5.7%; 95% CI, -0.4% to 11.8%). CONCLUSIONS: Major and minor ECG abnormalities among older adults were associated with an increased risk of CHD events. Depending on the model, adding ECG abnormalities was associated with improved risk prediction beyond traditional risk factors.

Cost evaluation and comparison of three decision strategies for cardiac revascularization : results of the suspected CAD protocol of the European CMR registry

Background: The public health burden of coronary artery disease (CAD) is important. Perfusion cardiac magnetic resonance (CMR) is generally accepted to detect and monitor CAD. Few studies have so far addressed its costs and costeffectiveness. Objectives: To compare in a large CMR registry the costs of a CMR-guided strategy vs two hypothetical invasive strategies for the diagnosis and the treatment of patients with suspected CAD. Methods: In 3'647 patients with suspected CAD included prospectively in the EuroCMR Registry (59 centers; 18 countries) costs were calculated for diagnostic examinations, revascularizations as well as for complication management over a 1-year follow-up. Patients with ischemia-positive CMR underwent an invasive X-ray coronary angiography (CXA) and revascularization at the discretion of the treating physician (=CMR+CXA strategy). Ischemia was found in 20.9% of patients and 17.4% of them were revascularized. In ischemia-negative patients by CMR, cardiac death and non-fatal myocardial infarctions occurred in 0.38%/y. In a hypothetical invasive arm the costs were calculated for an initial CXA followed by FFR testing in vessels with ≥50% diameter stenoses (=CXA+FFR strategy). To model this hypothetical arm, the same proportion of ischemic patients and outcome was assumed as for the CMR+CXA strategy. The coronary stenosis - FFR relationship reported in the literature was used to derive the proportion of patients with ≥50% diameter stenoses (Psten) in the study cohort. The costs of a CXA-only strategy were also calculated. Calculations were performed from a third payer perspective for the German, UK, Swiss, and US healthcare systems.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

Rhythmic Masticatory Muscle Activity during Sleep: Etiology and Clinical Perspectives

L’activité rythmique des muscles masticateurs (ARMM) pendant le sommeil se retrouve chez environ 60% de la population générale adulte. L'étiologie de ce mouvement n'est pas encore complètement élucidée. Il est cependant démontré que l’augmentation de la fréquence des ARMM peut avoir des conséquences négatives sur le système masticatoire. Dans ce cas, l'ARMM est considérée en tant que manifestation d'un trouble moteur du sommeil connue sous le nom de bruxisme. Selon la Classification Internationale des Troubles du Sommeil, le bruxisme est décrit comme le serrement et grincement des dents pendant le sommeil. La survenue des épisodes d’ARMM est associée à une augmentation du tonus du système nerveux sympathique, du rythme cardiaque, de la pression artérielle et elle est souvent en association avec une amplitude respiratoire accrue. Tous ces événements peuvent être décrits dans le contexte d’un micro-éveil du sommeil. Cette thèse comprend quatre articles de recherche visant à étudier i) l'étiologie de l’ARMM pendant le sommeil en relation aux micro-éveils, et à évaluer ii) les aspects cliniques du bruxisme du sommeil, du point de vue diagnostique et thérapeutique. Pour approfondir l'étiologie de l’ARMM et son association avec la fluctuation des micro-éveils, nous avons analysé le patron cyclique alternant (ou cyclic alternating pattern (CAP) en anglais), qui est une méthode d’analyse qui permet d’évaluer l'instabilité du sommeil et de décrire la puissance des micro-éveils. Le CAP a été étudié chez des sujets bruxeurs et des sujets contrôles qui ont participé à deux protocoles expérimentaux, dans lesquels la structure et la stabilité du sommeil ont été modifiées par l'administration d'un médicament (la clonidine), ou avec l'application de stimulations sensorielles (de type vibratoire/auditif) pendant le sommeil. Dans ces deux conditions expérimentales caractérisées par une instabilité accrue du sommeil, nous étions en mesure de démontrer que les micro-éveils ne sont pas la cause ou le déclencheur de l’ARMM, mais ils représentent plutôt la «fenêtre permissive» qui facilite l'apparition de ces mouvements rythmiques au cours du sommeil. Pour évaluer la pertinence clinique du bruxisme, la prévalence et les facteurs de risque, nous avons effectué une étude épidémiologique dans une population pédiatrique (7-17 ans) qui était vue en consultation en orthodontie. Nous avons constaté que le bruxisme est un trouble du sommeil très fréquent chez les enfants (avec une prévalence de 15%), et il est un facteur de risque pour l'usure des dents (risque relatif rapproché, RRR 8,8), la fatigue des muscles masticateurs (RRR 10,5), les maux de tête fréquents (RRR 4,3), la respiration bruyante pendant le sommeil (RRR 3,1), et divers symptômes liés au sommeil, tels que la somnolence diurne (RRR 7,4). Ces résultats nous ont amenés à développer une étude expérimentale pour évaluer l'efficacité d'un appareil d'avancement mandibulaire (AAM) chez un groupe d'adolescents qui présentaient à la fois du bruxisme, du ronflement et des maux de tête fréquents. L'hypothèse est que dans la pathogenèse de ces comorbidités, il y a un mécanisme commun, probablement lié à la respiration pendant le sommeil, et que l'utilisation d'un AAM peut donc agir sur plusieurs aspects liés. À court terme, le traitement avec un AAM semble diminuer l'ARMM (jusqu'à 60% de diminution), et améliorer le ronflement et les maux de tête chez les adolescents. Cependant, le mécanisme d'action exact des AAM demeure incertain; leur efficacité peut être liée à l'amélioration de la respiration pendant le sommeil, mais aussi à l'influence que ces appareils pourraient avoir sur le système masticatoire. Les interactions entre le bruxisme du sommeil, la respiration et les maux de tête, ainsi que l'efficacité et la sécurité à long terme des AAM chez les adolescents, nécessitent des études plus approfondies.

Genetic association study of plasma creatine kinase levels in the Montreal Heart Institute Hospital Cohort

Il a déjà été démontré que les statines (ou inhibiteurs de la HMG-CoA réductase) sont efficaces pour réduire le LDL-cholestérol et elles se sont depuis établies comme étant le pilier dans le traitement de la dyslipidémie. Toutefois, environ 10 pourcent des utilisateurs de statines souffrent d'effets indésirables, généralement sous forme de myopathie qui est souvent accompagnée d’un taux élevé de la créatine kinase (CK) plasmatique. Il est fréquent que les patients doivent arrêter les statines à cause d’un taux de CK dépassant un seuil de référence. Nous avons examiné le taux de CK de près de 6000 participants de la biobanque de l’ICM, qui ont récemment été génotypés à l'aide de la micropuce d'ADN ExomChip d'Illumina. Des études antérieures ont démontré une association significative entre le taux de CK plasmatique et des polymorphismes génétiques et nous avons cherché à répliquer ces résultats par association génétique et à l'aide du test SKAT pour les polymorphismes rares. Nous avons répliqué les résultats dans le gène CKM (rs11559024, p=1.59x10-23) et le gène LILRB5 (rs12975366, p=1.44x10-26) dans le chromosome 19. Nous espérons que ces résultats seront éventuellement utilisés en clinique pour la prédiction des taux de référence de CK personnalisés selon le profil génétique des patients utilisateurs de statines.

Area and Volume Calculation of Necrotic Tissue regions of heart using Interpolation

This paper attempts to develop an improved tool, which would read two dimensional(2D) cardiac MRI images and compute areas and volume of the scar tissue. Here the computation would be done on the cardiac MR images to quantify the extent of damage inflicted by myocardial infarction on the cardiac muscle (myocardium) using Interpolation

Lymph heart in chick - somitic origin, development and embryonic oedema

The lymph heart is a sac-like structure on either side of avian tail. In some adult birds, it empties the lymph from the copulatory organ; however, during embryonic development, it is thought to circulate extra-embryonic lymph. Very little is known about the origin, innervation and the cellular changes it undergoes during development. Using immunohistochemistry and gene expression profiling we show that the musculature of the lymph heart is initially composed solely of striated skeletal muscle but later develops an additional layer composed of smooth myofibroblasts. Chick-quail fate-mapping demonstrates that the lymph heart originates from the hypaxial compartments of somites 34-41. The embryonic lymph heart is transiently innervated by somatic motoneurons with no autonomic input. In comparison to body muscles, the lymph heart has different sensitivity to neuromuscular junction blockers (sensitive only to decamethonium). Furthermore, its abundant bungarotoxin-positive acetylcholinesterase receptors are unique as they completely lack specific acetylcholinesterase activity. Several lines of evidence suggest that the lymph heart may possess an intrinsic pacing mechanism. Finally, we assessed the function of the lymph heart during embryogenesis and demonstrate that it is responsible for preventing embryonic oedema in birds, a role previously thought to be played by body skeletal muscle contractions.

Gene expression profiling of human hibernating myocardium: Increased expression of B-type natriuretic peptide and proenkephalin in hypocontractile vs normally-contracting regions of the heart

A greater understanding of the molecular basis of hibernating myocardium may assist in identifying those patients who would most benefit from revascularization. Paired heart biopsies were taken from hypocontractile and normally-contracting myocardium (identified by cardiovascular magnetic resonance) from 6 patients with chronic stable angina scheduled for bypass grafting. Gene expression profiles of hypocontractile and normally-contracting samples were compared using Affymetrix microarrays. The data for patients with confirmed hibernating myocardium were analysed separately and a different, though overlapping, set (up to 380) of genes was identified which may constitute a molecular fingerprint for hibernating myocardium. The expression of B-type natriuretic peptide (BNP) was increased in hypocontractile relative to normally-contracting myocardium. The expression of BNP correlated most closely with the expression of proenkephalin and follistatin 3, which may constitute additional heart failure markers. Our data illustrate differential gene expression in hypocontractile and/hibernating myocardium relative to normally-contracting myocardium within individual human hearts. Changes in expression of these genes, including increased relative expression of natriuretic and other factors, may constitute a molecular signature for hypocontractile and/or hibernating myocardium.

Lipoma preferred partner is a mechanosensitive protein regulated by nitric oxide in the heart

Adaptor proteins play an important role in signaling pathways by providing a platform on which many other proteins can interact. Malfunction or mislocalization of these proteins may play a role in the development of disease. Lipoma preferred partner (LPP) is a nucleocytoplasmic shuttling adaptor protein. Previous work shows that LPP plays a role in the function of smooth muscle cells and in atherosclerosis. In this study we wanted to determine whether LPP has a role in the myocardium. LPP expression increased by 56% in hearts from pressure overload aortic-banded rats (p < 0.05 n = 4), but not after myocardial infarction, suggesting hemodynamic load regulates its expression. In vitro, LPP expression was 87% higher in cardiac fibroblasts than myocytes (p < 0.05 n = 3). LPP expression was downregulated in the absence of the actin cytoskeleton but not when microtubules were disassembled. We mechanically stretched cardiac fibroblasts using the Flexcell 4000 for 48 h (1 Hz, 5% maximum strain), which decreased total LPP total expression and membrane localization in subcellular fractions (p < 0.05, n = 5). However, L-NAME, an inhibitor of nitric oxide synthase (NOS), significantly upregulated LPP expression. These findings suggest that LPP is regulated by a complex interplay between NO and mechanical cues and may play a role in heart failure induced by increased hemodynamic load.

Targeting myocardial remodelling to develop novel therapies for heart failure: a position paper from the Working Group on Myocardial Function of the European Society of Cardiology

The failing heart is characterized by complex tissue remodelling involving increased cardiomyocyte death, and impairment of sarcomere function, metabolic activity, endothelial and vascular function, together with increased inflammation and interstitial fibrosis. For years, therapeutic approaches for heart failure (HF) relied on vasodilators and diuretics which relieve cardiac workload and HF symptoms. The introduction in the clinic of drugs interfering with beta-adrenergic and angiotensin signalling have ameliorated survival by interfering with the intimate mechanism of cardiac compensation. Current therapy, though, still has a limited capacity to restore muscle function fully, and the development of novel therapeutic targets is still an important medical need. Recent progress in understanding the molecular basis of myocardial dysfunction in HF is paving the way for development of new treatments capable of restoring muscle function and targeting specific pathological subsets of LV dysfunction. These include potentiating cardiomyocyte contractility, increasing cardiomyocyte survival and adaptive hypertrophy, increasing oxygen and nutrition supply by sustaining vessel formation, and reducing ventricular stiffness by favourable extracellular matrix remodelling. Here, we consider drugs such as omecamtiv mecarbil, nitroxyl donors, cyclosporin A, SERCA2a (sarcoplasmic/endoplasmic Ca(2 +) ATPase 2a), neuregulin, and bromocriptine, all of which are currently in clinical trials as potential HF therapies, and discuss novel molecular targets with potential therapeutic impact that are in the pre-clinical phases of investigation. Finally, we consider conceptual changes in basic science approaches to improve their translation into successful clinical applications.

Nuclear accumulation of myocyte muscle LIM protein is regulated by heme oxygenase 1 and correlates with cardiac function in the transition to failure

Impaired mechanosensing leads to heart failure and we have previously shown that a decreased ratio of cytoplasmic to nuclear CSRP3/Muscle LIM protein (MLP ratio) is associated with a loss of mechanosensitivity. Here we tested whether passive or active stress/strain was important in modulating the MLP ratio and determined whether this correlated with heart function during the transition to failure. We exposed cultured neonatal rat myocytes to 10% cyclic mechanical stretch at 1 Hz, or electrically paced myocytes at 6.8 V (1 Hz) for 48 h. The MLP ratio decreased 50% (P < 0.05, n = 4) only in response to electrical pacing, suggesting impaired mechanosensitivity. Inhibition of contractility with 10 μM blebbistatin resulted in a ∼3 fold increase in the MLP ratio (n = 8, P < 0.05), indicating that myocyte contractility regulates nuclear MLP. Inhibition of histone deacetylase (HDAC) signaling with trichostatin A increased nuclear MLP following passive stretch, suggesting that HDACs block MLP nuclear accumulation. Inhibition of heme-oxygenase1 (HO-1) activity with PPZII blocked MLP nuclear accumulation. To examine how mechanosensitivity changes during the transition to heart failure, we studied a guinea pig model of angiotensin II infusion (400 ng/kg/min) over 12 weeks. Using subcellular fractionation we showed that the MLP ratio increased 88% (n = 4, P < 0.01) during compensated hypertrophy, but decreased significantly during heart failure (P < 0.001, n = 4). The MLP ratio correlated significantly with the E/A ratio (r = 0.71, P < 0.01 n = 12), a clinical measure of diastolic function. These data indicate for the first time that myocyte mechanosensitivity as indicated by the MLP ratio is regulated primarily by myocyte contractility via HO-1 and HDAC signaling.

Retinoic Acid and VEGF Delay Smooth Muscle Relative to Endothelial Differentiation to Coordinate Inner and Outer Coronary Vessel Wall Morphogenesis

Rationale: Major coronary vessels derive from the proepicardium, the cellular progenitor of the epicardium, coronary endothelium, and coronary smooth muscle cells (CoSMCs). CoSMCs are delayed in their differentiation relative to coronary endothelial cells (CoEs), such that CoSMCs mature only after CoEs have assembled into tubes. The mechanisms underlying this sequential CoE/CoSMC differentiation are unknown. Retinoic acid (RA) is crucial for vascular development and the main RA-synthesizing enzyme is progressively lost from epicardially derived cells as they differentiate into blood vessel types. In parallel, myocardial vascular endothelial growth factor (VEGF) expression also decreases along coronary vessel muscularization. Objective: We hypothesized that RA and VEGF act coordinately as physiological brakes to CoSMC differentiation. Methods and Results: In vitro assays (proepicardial cultures, cocultures, and RALDH2 [retinaldehyde dehydrogenase-2]/VEGF adenoviral overexpression) and in vivo inhibition of RA synthesis show that RA and VEGF act as repressors of CoSMC differentiation, whereas VEGF biases epicardially derived cell differentiation toward the endothelial phenotype. Conclusion: Experiments support a model in which early high levels of RA and VEGF prevent CoSMC differentiation from epicardially derived cells before RA and VEGF levels decline as an extensive endothelial network is established. We suggest this physiological delay guarantees the formation of a complex, hierarchical, tree of coronary vessels. (Circ Res. 2010;107:204-216.)