Expression of the Myod and T-Box Families of Transcription Factors in the Developing Purkinje Fiber

The coordinated beating of the heart depends on a group ofhighly specialized cells that constitute the cardiac conduction system. Among these cells, the Purkinje fibers are responsible for propagation of the electric impulse into the ventricles. In early stages of development, Purkinje fibers and skeletal muscle fibers originate from similar but separate populations of myocytes. The role of the MyoD family of transcription factors in the development of the myotube is well known, but the role of these factors in the development of the Purkinje fiber is not. Members of the T-Box family of transcription.The coordinated beating of the heart depends on a group ofhighly specialized cells that constitute the cardiac conduction system. Among these cells, the Purkinje fibers are responsible for propagation of the electric impulse into the ventricles. In early stages of development, Purkinje fibers and skeletal muscle fibers originate from similar but separate populations of myocytes. The role of the MyoD family of transcription factors in the development of the myotube is well known, but the role of these factors in the development of the Purkinje fiber is not. Members of the T-Box family of transcription factors are also involved in the development of various cardiac tissues, including the conduction system but little is known about their role in the development of the Purkinje fiber. We explored the expression of members of the MyoD and T-Box families in the developing cardiac conduction system in vivo and in vitro. We showed that the expression of these factors changes as the myocyte differentiates into the Purkinje fiber. We also showed that NRG-1, a secreted protein involved in the development of the Purkinje fiber, features a dose-dependent response in the differentiation of cultured ventricular myocytes.

Les mécanismes sous-jacents aux effets pathologiques cardiaques de l’angiotensine II dans le remodelage électrique et contractile entre les sexes

L’insuffisance cardiaque (IC) est associée à un taux de mortalité et d’hospitalisations élevé causant un fardeau économique important. Les deux causes majeures de décès de l’IC sont les arythmies ventriculaires létales et les sidérations myocardiques. Il est maintenant reconnu que l’angiotensine II (ANGII) est l'un des principaux médiateurs de l’IC. Ses effets délétères découlent de l’activation du récepteur de type 1 de l’ANGII (AT1) et entraînent le développement d’hypertrophie. Toutefois, son rôle dans la genèse d’arythmies demeure incompris. De ce fait, l'étude des mécanismes électriques et contractiles sous-jacents aux effets pathologiques de l’ANGII s’avère essentielle afin de mieux comprendre et soigner cette pathologie. Il est souvent perçu que les femmes sont protégées envers les maladies cardiovasculaires. Cependant, le nombre total de femmes décédant d’IC est plus grand que le nombre d’hommes. Également, l’impact des facteurs de risque diffère entre chaque sexe. Ces différences existent, mais les mécanismes sous-jacents sont encore peu connus. De plus, les femmes reçoivent fréquemment un diagnostic ou un traitement inapproprié en raison d’un manque d’information sur les différences entre les sexes dans la manifestation d’une pathologie. Ce manque de données peut découler du fait que les sujets de sexe féminin sont souvent sous-représentés dans les essais cliniques ou la recherche fondamentale ce qui a grandement limité l’avancement de nos connaissances sur ~50 % de la population. Ainsi, il semble plus que nécessaire d’approfondir notre compréhension des différences entre les sexes, notamment dans la progression de l’IC. L’utilisation d’un modèle de souris transgénique surexprimant le récepteur AT1 (souris AT1R) a permis d’étudier les changements électriques, structurels et contractiles avant et après le développement d’hypertrophie. Premièrement, chez les souris AT1R mâles, un ralentissement de la conduction ventriculaire a été observé indépendamment de l’hypertrophie. Ce résultat était expliqué par une réduction de la densité du courant Na+, mais pas de l’expression du canal. Ensuite, le rôle des protéines kinases C (PKC) dans la régulation du canal Na+ par l’ANGII a été exploré. Les évidences ont suggéré que la PKCα était responsable de la modulation de la diminution du courant Na+ chez les souris AT1R mâles et dans les cardiomyocytes humains dérivés de cellules souches induites pluripotentes (hiPSC-CM) en réponse à un traitement chronique à l’ANGII. Ensuite, les différences entre les sexes ont été comparées chez la souris AT1R. Une plus grande mortalité a été constatée chez les femelles AT1R suggérant qu’elles sont plus sensibles à la surexpression de AT1R. Le remodelage électrique ventriculaire a donc été comparé entre les souris AT1R des deux sexes. Les courants ioniques étaient altérés de façon similaire entre les sexes excluant ainsi leur implication dans la mortalité plus élevée chez les femelles. Ensuite, l’homéostasie calcique et la fonction cardiaque ont été étudiées. Il a été démontré que les femelles développaient une hypertrophie et une dilatation ventriculaire plus sévère que les mâles. De plus, les femelles AT1R avaient de petits transitoires calciques, une extrusion du Ca2+ plus lente ainsi qu’une augmentation de la fréquence des étincelles Ca2+ pouvant participer à des troubles contractiles et à la venue de post-dépolarisations précoces. En conclusion, l’ANGII est impliquée dans le remodelage électrique, structurel et calcique associé à l'émergence de l’IC. De surcroît, ces altérations affectent plus sévèrement les femelles soulignant la présence de différences entre les sexes dans le développement de l’IC.

The effect of the senescence-associated secretory phenotype (SASP) on glucose homeostasis in metabolic cells

Aim: Dysregulated glucose homeostasis is a hallmark of Type 2diabetes. A distinctive feature of ageing is the accumulation ofsenescent cells, defined as cells that have undergone irreversible lossof proliferative capacity. Characteristic of senescent cells is thesenescence-associated secretory phenotype (SASP) involving theproduction of factors which reinforce senescence arrest in neigh-bouring tissue environments. We hypothesise that SASP inducesmetabolic dysfunction in non-senescent cells, impairing glucosemetabolism and propagating insulin resistance. We sought todetermine the effect of SASP on glucose homeostasis in hepatic,adipose and skeletal muscle cell lines. Methods: Human dermal fibroblasts were subjected to a geno-toxic dose of doxorubicin to induce senescence, confirmed using ab-galactosidase assay. Conditioned media containing SASP werecollected post 24h and 48h of inducing senescence and used at20% and 40% concentrations to treat AML-12 hepatocytes, 3T3-L1 adipocytes and C2C12 myocytes for 24h and 48h. Cells andmedia were collected and glucose and lipid concentrations weremeasured before and after the respective incubation periods. Results: Cell media obtained from C2C12 myocytes exposed to40% SASP for 24h and 48h and AML-12 hepatocytes after 48hexhibited significantly higher concentrations of glucose in com-parison to control media (p < 0.0001, p < 0.05) suggesting areduced glucose uptake. Glucose utilisation remained unchanged in3T3-L1 cells. Conclusion: Our data suggest an important role for SASP inaltering glucose homeostasis and identify SASP as a potentialmediator between ageing and the increase in age-related insulinresistance.

Poly(3-hydroxyoctanoate), a promising new material for cardiac tissue engineering

Cardiac tissue engineering (CTE) is currently a prime focus of research due to an enormous clinical need. In this work, a novel functional material, Poly(3-hydroxyoctanoate), P(3HO), a medium chain length polyhydroxyalkanoate (PHA), produced using bacterial fermentation, was studied as a new potential material for CTE. Engineered constructs with improved mechanical properties, crucial for supporting the organ during new tissue regeneration, and enhanced surface topography, to allow efficient cell adhesion and proliferation, were fabricated. Our results showed that the mechanical properties of the final patches were close to that of cardiac muscle. Biocompatibility of the P(3HO) neat patches, assessed using Neonatal ventricular rat myocytes (NVRM), showed that the polymer was as good as collagen in terms of cell viability, proliferation and adhesion. Enhanced cell adhesion and proliferation properties were observed when porous and fibrous structures were incorporated to the patches. Also, no deleterious effect was observed on the adults cardiomyocytes’ contraction when cardiomyocytes were seeded on the P(3HO) patches. Hence, P(3HO) based multifunctional cardiac patches are promising constructs for efficient CTE. This work will provide a positive impact on the development of P(3HO) and other PHAs as a novel new family of biodegradable functional materials with huge potential in a range of different biomedical applications, particularly CTE, leading to further interest and exploitation of these materials.

Cardiomyopathy in Offspring of Pregestational Diabetic Mouse Pregnancy

PURPOSE: To investigate cardiomyopathy in offspring in a mouse model of pregestational type 1 diabetic pregnancy.

METHODS: Pregestational diabetes was induced with STZ administration in female C57BL6/J mice that were subsequently mated with healthy C57BL6/J males. Offspring were sacrificed at embryonic day 18.5 and 6-week adolescent and 12-week adult stages. The size and number of cardiomyocyte nuclei and also the extent of collagen deposition within the hearts of diabetic and control offspring were assessed following cardiac tissue staining with either haematoxylin and eosin or Picrosirius red and subsequently quantified using automated digital image analysis.

RESULTS: Offspring from diabetic mice at embryonic day 18.5 had a significantly higher number of cardiomyocyte nuclei present compared to controls. These nuclei were also significantly smaller than controls. Collagen deposition was shown to be significantly increased in the hearts of diabetic offspring at the same age. No significant differences were found between the groups at 6 and 12 weeks.

CONCLUSIONS: Our results from offspring of type 1 diabetic mice show increased myocardial collagen deposition in late gestation and have increased myocardial nuclear counts (hyperplasia) as opposed to increased myocardial nuclear size (hypertrophy) in late gestation. These changes normalize postpartum after removal from the maternal intrauterine environment.

Effects of menthol on rat tail artery mediated by TRPM8 and voltage-gated calcium channels

Transient receptor potential melastatin 8 (TRPM8) is the principal cold and menthol receptor channel. Characterized primarily for its cold sensing role in sensory neurons, it is expressed and functional in several non-neuronal tissues, including vasculature. We previously demonstrated that menthol causes vasoconstriction and vasodilatation in isolated arteries, depending on vascular tone. Here we investigated calcium's role in responses mediated by TRPM8 ligands in rat tail artery myocytes using patch-clamp electrophysiology and ratiometric Ca2+ recording. Isometric contraction studies examined actions of TRPM8 ligands in the presence/absence of L-type calcium channel blocker. Menthol (300 μM), a concentration typically used to induce TRPM8 currents, strongly inhibited L-type voltage-dependent Ca2+ current (L-ICa) in myocytes, especially it's sustained component, most relevant for depolarisation-induced vasoconstriction. In contraction studies, with nifedipine present (10 μM) to abolish L-ICa contribution to phenylephrine (PE)-induced vasoconstrictions of vascular rings, a marked increase in tone was observed with menthol. Menthol-induced increases in PE-induced vasoconstrictions were mediated predominantly by Ca2+-release from sarcoplasmic reticulum, since they were significantly inhibited by cyclopiazonic acid. Pre-incubation of vascular rings with a TRPM8 antagonist strongly inhibited menthol-induced increases in PE-induced vasoconstrictions, thus confirming specific role of TRPM8. Finally, two other common TRPM8 agonists, WS-12 and icilin, inhibited L-ICa. Thus, TRPM8 channels are functionally active in rat tail artery myocytes and play a distinct direct stimulatory role in control of vascular tone. However, indirect effects of TRPM8 agonists, which are unrelated to TRPM8, are mediated by inhibition of L-type Ca2+ channels, and largely obscure TRPM8-mediated vasoconstriction.

Intolérence à l'effort en hypertension artérielle pulmonaire : Implication des déterminants périphériques

L’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie caractérisée par l’augmentation progressive des résistances vasculaires pulmonaires causant une augmentation de la pression artérielle pulmonaire qui mène au décès prématuré des patients. Malgré une amélioration rapide ces dernières années des traitements spécifiques, les patients souffrant d’HTAP demeurent dyspnéiques et intolérants à l’effort. L’atteinte vasculaire pulmonaire est actuellement irréversible. Elle est également la source de plusieurs anomalies au niveau des systèmes cardiovasculaires, ventilatoires et musculaires constituant les principaux déterminants physiologiques de la capacité à l’effort des patients. Cette thèse a investigué différentes facettes de la tolérance à l’effort en HTAP : les différents mécanismes ayant un impact sur l’apport musculaire en oxygène, l’altération des voies de signalisation cellulaire impliquées dans l’angiogenèse musculaire et les mécanismes ayant un impact sur la régulation du débit sanguin et l’oxygénation cérébrale en HTAP. Nous avons premièrement documenté une diminution de l’apport en oxygène aux muscles squelettiques à l’effort des patients en relation avec une diminution de la densité capillaire musculaire. Ce défaut d’angiogenèse corrélait d’ailleurs avec la capacité à l’effort des sujets. Par la suite, nous avons étudié les voies de signalisations cellulaires de l’angiogenèse musculaire. Ces résultats ont permis de démontrer une diminution de l’expression de miR-126, unique aux patients HTAP, qui était responsable de la diminution de la densité capillaire et qui contribuait à leur intolérance à l’effort. De plus, il était possible de moduler in vivo l’expression de miR-126. L’expérimentation in vivo, à l’aide d’un modèle murin d’HTAP, a permis de rétablir l’expression de miR-126, d’augmenter la microcirculation musculaire et d’améliorer la tolérance à l’effort des animaux, ce qui met en lumière le potentiel thérapeutique de l’angiogenèse musculaire pour améliorer la capacité à l’effort en HTAP. Notre dernier projet a démontré que les patients HTAP présentaient une diminution de débit sanguin cérébral. Ce projet a également démontré que les changements de pression artérielle sont moins bien amortis par les vaisseaux cérébraux des patients et que leurs vaisseaux cérébraux étaient moins réactifs aux changements de CO2. Les patients présentaient aussi une augmentation de la sensibilité des chémorécepteurs centraux qui contribuait à augmenter leur ventilation au repos, mais aussi à l’exercice. Finalement, à l’effort, nous avons démontré que le débit sanguin cérébral des patients HTAP était principalement influencé par la pression artérielle alors que chez les sujets sains, le débit sanguin cérébral était influencé principalement par la PETCO2. Nous avons également démontré que les patients HTAP présentaient une diminution progressive de leur oxygénation cérébrale, qui corrélait avec leur capacité à l’effort. Les résultats obtenus au cours de ce doctorat démontrent bien que la capacité à l’effort en HTAP est aussi déterminée par plusieurs anomalies physiopathologiques périphériques.

Implantation of mouse embryonic stem cell-derived cardiac progenitor cells preserves function of infarcted murine hearts.

Stem cell transplantation holds great promise for the treatment of myocardial infarction injury. We recently described the embryonic stem cell-derived cardiac progenitor cells (CPCs) capable of differentiating into cardiomyocytes, vascular endothelium, and smooth muscle. In this study, we hypothesized that transplanted CPCs will preserve function of the infarcted heart by participating in both muscle replacement and neovascularization. Differentiated CPCs formed functional electromechanical junctions with cardiomyocytes in vitro and conducted action potentials over cm-scale distances. When transplanted into infarcted mouse hearts, CPCs engrafted long-term in the infarct zone and surrounding myocardium without causing teratomas or arrhythmias. The grafted cells differentiated into cross-striated cardiomyocytes forming gap junctions with the host cells, while also contributing to neovascularization. Serial echocardiography and pressure-volume catheterization demonstrated attenuated ventricular dilatation and preserved left ventricular fractional shortening, systolic and diastolic function. Our results demonstrate that CPCs can engraft, differentiate, and preserve the functional output of the infarcted heart.

Le pore oméga, un défaut biophysique commun aux mutations des canaux Nav1.5 causant le développement des arythmies associées à la cardiomyopathie dilatée

Les canaux sodiques dépendants du voltage (Nav) sont des protéines transmembranaires largement exprimées au sein de l’organisme. Ils sont responsables de l’initiation des potentiels d’action au niveau des cellules excitables et régissent ainsi de nombreuses fonctions physiologiques telles que les fonctions cognitives et sensorielles, les fonctions motrices et la fonction cardiaque. Au niveau du coeur, le sous-type Nav1.5 est majoritairement exprimé à la surface des cardiomyocytes. Leurs dysfonctions sont traditionnellement associées à de nombreux troubles électriques cardiaques. Des mutations de ces canaux ont récemment été reliées au développement d’un phénotype clinique complexe associant diverses arythmies et la cardiomyopathie dilatée (DCM), une atteinte morphologique. L’objectif de mon doctorat a donc été l’identification mais aussi la caractérisation d’un potentiel défaut biophysique commun à l’ensemble des mutations Nav1.5 associées au développement de ce phénotype clinique atypique. Premièrement, nous nous sommes intéressés à deux mutations des canaux Nav1.5 retrouvées chez des patients atteints de DCM, et dont les altérations biophysiques ont été décrites comme divergentes. L’étude parallèle de ces deux mutants nous a amenés à identifier une caractéristique commune : la création d’une nouvelle voie de perméation alternative au sein des canaux Nav1.5, le pore oméga. Dans un second temps, nous avons souhaité consolider l’association entre la création du pore oméga et le développement pathologique. Cette seconde étude portant sur deux autres mutants Nav1.5 a permis de confirmer l’apparition d’un pore oméga et ainsi d’accroître la suspicion du caractère délétère de ce pore oméga. Finalement, à l’aide d’une cinquième mutation des canaux Nav1.5, nous avons investigué les conséquences physiopathologiques de la création d’un pore oméga. Cette étude, a clairement démontré les conséquences néfastes d’un tel pore au niveau de l’homéostasie ionique cellulaire. Ces perturbations se répercutent par la suite sur les signaux électriques, les propriétés morphologiques mais aussi fonctionnelles des cardiomyocytes. Les études menées lors de mon doctorat ont ainsi abouti à l’identification du pore oméga comme étant une caractéristique biophysique commune aux mutations des canaux Nav1.5 associées au développement des arythmies et de la dilatation cardiaque.

La concentración de calcio iónico se asocia a la presencia de fibrilación auricular post operatoria en pacientes llevados a revascularización miocardica

Objetivo. Determinar en un grupo de pacientes llevados a revascularización miocárdica si existió asociación entre la presencia de niveles de calcio iónico inferiores a 1,1 en las 24 horas del post operatorio y la ocurrencia de fibrilación auricular post operatoria. Metodología. Estudio observacional, analítico de casos y controles, en donde de manera consecutiva se incluyeron 110 sujetos (57 en el grupo de casos con presencia de fibrilación auricular post operatoria y 54 en el grupo de controles sin evidencia de fibrilación auricular) estos sujetos fueron llevados a revascularización miocárdica en la Fundación Cardioinfantil en los años 2010 a 2015. Resultados. Hubo 13 casos de fibrilación auricular post operatoria en pacientes con niveles de calcio iónico inferiores a 1,1 mmol/l en las primeras 24 horas del post operatorio OR: 0,5, IC (0,2-1,2) p: 0,1. Sin determinarse asociación por limitaciones del estudio, sin embargo un 29% de los pacientes con fibrilación auricular tuvieron niveles de calcio inferiores a 1,1 mmol/l en las primeras 24 horas del post operatorio, este valor aumenta a 31% cuando se analizan por separado los valores de calcio obtenidos a las 12 horas. Conclusiones. Aunque no se logró determinar asociación entre la fibrilación auricular post operatoria y las concentraciones de calcio iónico, de manera exploratoria se pudo establecer que un 29% de los pacientes con fibrilación auricular tuvieron concentraciones de calcio iónico inferiores a 1,1 mmol/l, este valor aumenta a 31% cuando se analizan los niveles de calcio iónico por separado.

Correlations between cardiac magnetic resonance and histologic findings in Anderson Fabry disease

ABSTRACT Background Cardiac magnetic resonance (CMR) has been shown as promising diagnostic tool in Anderson-Fabry disease (AFD) cardiomyopathy due to its ability to detect fat deposits through lower native T1 values. However no histological validation has been provided to date. Objectives To correlate CMR and histologic findings in different cardiac stages of AFD focusing on T1 mapping. Methods Fifteen AFD patients (49 years [IQR 39-63], 60% females) undergoing CMR (cines, native T1 and T2 mapping, LGE and post-contrast T1 imaging) and endomyocardial biopsy (EMB, n=11) or septal myectomy (n=4), were retrospectively evaluated. Tissue specimens were analyzed with light/electron microscopy and vacuolization amount calculated as percentages of vacuolated myocytes and vacuolated myocyte area (%VMA) through a quantitative histomorphometric color-based analysis. Results In patients without increased indexed left ventricular mass (LVMi) at CMR (67%), T1 fell as %VMA increased (r= -0.883; p<0.001), whereas no clear relationship was evident once increased LVMi occurred (r= -0.501; p=0.389). At least 45% of vacuolized myocytes and 10% of VMA were needed for low T1 to occur. %VMA positively correlate with maximal wall thickness (MWT, r=0.860, p<0.0001) and LVMi (r= 0.762; p<0.001). Increased MWT and LVMi were present with at least 45% and 80% of vacuolated myocytes, respectively, and 18% and 22% of VMA. Conclusions This study demonstrated an inverse correlation between native T1 and the vacuolization amount in patients without increased LVMi at CMR, providing a histological validation of low native T1 in AFD. Importantly, a significant vacuolization burden was needed before low T1 and left ventricle hypertrophy occurred.