Cardiac cell fate control by the imidazoline I1 receptor/nischarin : application in cardiac pathology

La moxonidine, un médicament antihypertenseur sympatholytique de type imidazolinique, agit au niveau de la médulla du tronc cérébral pour diminuer la pression artérielle, suite à l’activation sélective du récepteur aux imidazolines I1 (récepteur I1, aussi nommé nischarine). Traitement avec de la moxonidine prévient le développement de l’hypertrophie du ventricule gauche chez des rats hypertendus (SHR), associé à une diminution de la synthèse et une élévation transitoire de la fragmentation d’ADN, des effets antiprolifératifs et apoptotiques. Ces effets se présentent probablement chez les fibroblastes, car l’apoptose des cardiomyocytes pourrait détériorer la fonction cardiaque. Ces effets apparaissent aussi avec des doses non hypotensives de moxonidine, suggérant l’existence d’effets cardiaques directes. Le récepteur I1 se trouvé aussi dans les tissus cardiaques; son activation ex vivo par la moxonidine stimule la libération de l’ANP, ce qui montre que les récepteurs I1 cardiaques sont fonctionnels malgré l’absence de stimulation centrale. Sur la base de ces informations, en plus du i) rôle des peptides natriurétiques comme inhibiteurs de l’apoptose cardiaque et ii) des études qui lient le récepteur I1 avec la maintenance de la matrix extracellulaire, on propose que, à part les effets sympatholytiques centrales, les récepteurs I1 cardiaques peuvent contrôler la croissance-mort cellulaire. L’activation du récepteur I1 peut retarder la progression des cardiopathies vers la défaillance cardiaque, en inhibant des signaux mal adaptatifs de prolifération et apoptose. Des études ont été effectuées pour : 1. Explorer les effets in vivo sur la structure et la fonction cardiaque suite au traitement avec moxonidine chez le SHR et le hamster cardiomyopathique. 2. Définir les voies de signalisation impliquées dans les changements secondaires au traitement avec moxonidine, spécifiquement sur les marqueurs inflammatoires et les voies de signalisation régulant la croissance et la survie cellulaire (MAPK et Akt). 3. Explorer les effets in vitro de la surexpression et l’activation du récepteur I1 sur la survie cellulaire dans des cellules HEK293. 4. Rechercher la localisation, régulation et implication dans la croissance-mort cellulaire du récepteur I1 in vitro (cardiomyocytes et fibroblastes), en réponse aux stimuli associés au remodelage cardiaque : norépinephrine, cytokines (IL-1β, TNF-α) et oxydants (H2O2). Nos études démontrent que la moxonidine, en doses hypotensives et non-hypotensives, améliore la structure et la performance cardiaque chez le SHR par des mécanismes impliquant l’inhibition des cytokines et des voies de signalisation p38 MAPK et Akt. Chez le hamster cardiomyopathique, la moxonidine améliore la fonction cardiaque, module la réponse inflammatoire/anti-inflammatoire et atténue la mort cellulaire et la fibrose cardiaque. Les cellules HEK293 surexprimant la nischarine survivent et prolifèrent plus en réponse à la moxonidine; cet effet est associé à l’inhibition des voies ERK, JNK et p38 MAPK. La surexpression de la nischarine protège aussi de la mort cellulaire induite par le TNF-α, l’IL-1β et le H2O2. En outre, le récepteur I1 s’exprime dans les cardiomyocytes et fibroblastes, son activation inhibe la mort des cardiomyocytes et la prolifération des fibroblastes induite par la norépinephrine, par des effets différentiels sur les MAPK et l’Akt. Dans des conditions inflammatoires, la moxonidine/récepteur aux imidazolines I1 protège les cardiomyocytes et facilite l’élimination des myofibroblastes par des effets contraires sur JNK, p38 MAPK et iNOS. Ces études démontrent le potentiel du récepteur I1/nischarine comme cible anti-hypertrophique et anti-fibrose à niveau cardiaque. L’identification des mécanismes cardioprotecteurs de la nischarine peut amener au développement des traitements basés sur la surexpression de la nischarine chez des patients avec hypertrophie ventriculaire. Finalement, même si l’effet antihypertenseur des agonistes du récepteur I1 centraux est salutaire, le développement de nouveaux agonistes cardiosélectifs du récepteur I1 pourrait donner des bénéfices additionnels chez des patients non hypertendus.

L’effet de la surexpression du récepteur de type 1 à l’angiotensine II sur les courants potassiques et calciques au niveau des oreillettes

Le système rénine-angiotensine est impliqué dans le remodelage structurel et électrique caractérisant la fibrillation auriculaire (FA). L’angiotensine II (ANG II) induit le développement de fibrose et d’hypertrophie au niveau des oreillettes, prédisposant à la FA. Or, les mécanismes électrophysiologiques par lesquels l’ANG II pourrait promouvoir la FA sont peu connus. L’objectif de ce projet de recherche est d’évaluer l’effet de l’ANG II sur les courants potassiques et calciques au niveau auriculaire indépendamment du remodelage structurel. Pour ce faire, nous avons utilisé la technique de patch-clamp avec un modèle de souris surexprimant le récepteur de type 1 à l’angiotensine II (AT1R) spécifiquement au niveau cardiaque. Pour distinguer les effets directs de la surexpression d’AT1R des effets induits par le remodelage cardiaque, nous avons étudié des souris âgées de 180 jours, qui présentent du remodelage structurel, et des souris âgées de 50 jours, qui n’en présentent pas. Des études précédentes sur ce modèle ont montré qu’au niveau des myocytes ventriculaires, l’ANG II réduit le courant potassique global (Ipeak) et rectifiant entrant (IK1) ainsi que le courant calcique de type L (ICaL). Ainsi, notre hypothèse est que l’ANG II modulera aussi ces courants au niveau auriculaire, pouvant ainsi augmenter l’hétérogénéité de repolarisation auriculaire et de ce fait le risque de développer et maintenir la FA. Nous avons observé une diminution significative de la densité d’IK1 dans l’oreillette gauche des souris transgéniques sans changement d’Ipeak. De plus, la densité d’ ICaL n’est pas réduite chez les souris transgéniques âgées de 50 jours. En conclusion, l’effet de l’ANG II sur les courants potassiques et calciques semble dépendre de la chambre cardiaque. En effet, nous savions que l’ANGII réduisait Ipeak, IK1 et ICaL au niveau ventriculaire, mais nos résultats ont montré qu’il ne les affectait pas directement au niveau des oreillettes. Ceci suggère des mécanismes de régulation impliquant des voies de signalisation distinctes selon les chambres cardiaques. Enfin, nos résultats montrant l’absence de l’influence directe de la surexpression d’AT1R sur les canaux K+ et Ca2+ au niveau des myocytes auriculaires renforcent l’importance d’approfondir nos connaissances sur les effets de l’angiotensine II sur le développement de la fibrose, sur le remodelage structurel et sur la conduction électrique cardiaque.

Les cellules endothéliales peuvent acquérir un phénotype mésenchymateux associé avec l’expression de la protéine nestine dans un modèle d’hypertrophie cardiaque et de fibrose réactive

L’hypertrophie cardiaque représente la réponse primaire du cœur dans le but d’améliorer la fonction cardiaque qui est compromise suite à un accident ischémique ou une surcharge hémodynamique. Cependant, l’hypertrophie cardiaque a pour conséquence pathologique la fibrose réactive, qui est caractérisée par la synthèse incontrôlée et le dépôt du collagène par les myofibroblastes. Ainsi, l’accumulation accrue du collagène dans le cœur hypertrophié mène à l’augmentation de la rigidité cardiaque et la détérioration progressive de la fonction contractile du cœur. Plusieurs études ont démontré que la protéine nestine, appartenant à la famille des filaments intermédiaires, est ré-exprimée dans les myofibroblastes durant la fibrose réparative et est impliquée dans la prolifération cellulaire. Basée sur ces observations, cette étude teste l’hypothèse selon laquelle nestine est induite dans les myofibroblastes suivant le développement de la fibrose réactive dans le cœur des rats ayant subi une constriction aortique supra-rénale. Deux semaines suivant une constriction aortique supra-rénale chez le rat, un patron d’hypertrophie concentrique cardiaque a été observé et associé avec une réponse de fibrose réactive caractérisée par le dépôt accru de collagène dans le tissu interstitiel et la région péri-vasculaire de nombreux vaisseaux sanguins cardiaques. De plus, les niveaux de la protéine nestine sont augmentés significativement dans les cœurs des rats hypertrophiés, et ce, de façon corrélative avec la pression artérielle moyenne et la pression systolique du ventricule gauche. Les techniques d’immunofluorescences ont révélé une apparition accrue des cellules immunoréactives à nestine, qui présentent un phénotype mésenchymateux caractérisé par la co-expression de collagène dans le tissu interstitiel et la région péri-vasculaire des cœurs hypertrophiés. Ces données suggèrent que les fibroblastes résidents peuvent exprimer la protéine nestine ou que l’expression de nestine est induite en réponse aux facteurs pro-fibrotiques impliqués dans la fibrose réactive. En effet, l’exposition des myofibroblastes normaux et des myofibroblastes isolés des cœurs hypertrophiés à l’AII, TGF-B1 et EGF augmente significativement l’expression de la protéine nestine, tandis que l’expression de l’α-SMA demeure inchangée. De plus, de manière prédominante dans le cœur hypertrophié, des cellules non-vasculaires CD31(+) ont été détectées dans le tissu interstitiel et la région péri-vasculaire. Ces cellules co-expriment nestine et collagène suggérant une transition des cellules endothéliales vers un phénotype mésenchymateux. Finalement, la protéine nestine, sous sa forme filamenteuse, a été détectée dans les cellules endothéliales de l’artère coronaire humaine et leur exposition au TGF-B1, induit l’expression de collagène. En revanche, l’expression de collagène a été détectée dans les cellules microvasculaires de rats CD31(+), alors que l’expression de nestine est absente. En réponse aux traitements de TGF-B1 et EGF, l’expression de nestine, sous sa forme non-filamenteuse, est détectée dans les cellules microvasculaires de rats. Collectivement, ces données supportent la prémisse selon laquelle la réponse de fibrose réactive dans les cœurs hypertrophiés, suite à une constriction aortique supra-rénale, est attribuée en partie à l’augmentation de l’apparition des cellules mésenchymateuses positives à l’expression de nestine qui proviennent des fibroblastes résidents du ventricule. De plus, les données in vivo et in vitro suggèrent que les cellules endothéliales déplacées représentent une source additionnelle des cellules mésenchymateuses nestine(+) dans le cœur hypertrophié et contribuent au développement de la fibrose réactive. Cibler la protéine nestine peut représenter une approche thérapeutique afin d’atténuer la réponse de fibrose réactive indépendamment de l’origine des cellules mésenchymateuses.

Análisis de polimorfismos del receptor Beta 2 adrenérgico en pacientes colombianos afectados por fibrosis quística

El gen ADRB2 y sus polimorfismos se han asociado al cuadro clínico de los pacientes con Fibrosis Quística. En nuestra población existe asociación de los haplotipos G16E27I164 y R16Q27I164 y la enfermedad, así como la presencia de Pólipos y genotipo E27E y el haplotipo R16E27T164.

Fibrosis quística afectaría a uno de cada cinco mil recién nacidos

La FQ es la enfermedad genética más común en población caucásica, que produce la secreción de mucosidades espesas en las vías aéreas, páncreas e intestinos. En este estudio se evaluó la situación de la enfermedad en Colombia, buscando en cuántas personas sanas de la población se encontraba el daño que más comúnmente causa la FQ. De esta manera podríamos inferir cuántos niños colombianos van a nacer con esta enfermedad. Para lograr este propósito, se analizó la sangre de más de 2.600 colombianos a quienes se les extrajo su ADN para los estudios moleculares correspondientes. Se tuvo en cuenta el origen étnico de la persona, pues la población caucásica es la que más sufre de esta enfermedad. Se clasificaron además los resultados por regiones para así determinar en cuál se presentan la mayoría de casos, con el fin de orientar las políticas de salud pública. Se debe contemplar el tamizaje neonatal, pues es un método que ayuda a identificar la enfermedad en una forma temprana, con la posibilidad de mejorar la calidad de vida y la expectativa de vida de los afectados.

Tamizaje neonatal para fibrosis quística en una muestra de la ciudad de Bogotá

La Fibrosis Quística es la enfermedad autosómica recesiva mas frecuente en caucásicos. En Colombia no se conoce la incidencia de la enfermedad, pero investigaciones del grupo de la Universidad del Rosario indican que podría ser relativamente alta. Objetivo: Determinar la incidencia de afectados por Fibrosis Quística en una muestra de recién nacidos de la ciudad de Bogotá. Metodología: Se analizan 8.297 muestras de sangre de cordón umbilical y se comparan tres protocolos de tamizaje neonatal: TIR/TIR, TIR/DNA y TIR/DNA/TIR. Resultados: El presente trabajo muestra una incidencia de 1 en 8.297 afectados en la muestra analizada. Conclusiones: Dada la relativamente alta incidencia demostrada en Bogotá, se justifica la implementación de Tamizaje Neonatal para Fibrosis Quística en Colombia.

Diabetes relacionada a la fibrosis quística (DRFQ)

Importancia: el paciente con fibrosis quística después de las complicaciones gastrointestinales y pulmonares debe enfrentar otras comorbilidades como la diabetes relacionada a su condición . Dado el aumento en la esperanza de vida y el hecho de que virtualmente todas los pacientes con esta enfermedad pueden desarrollar alteración en el metabolismo de los carbohidratos, se requiere una sensibilización frente al tema que posibilite una detección temprana de esta entidad y un tratamiento óptimo que evite las complicaciones microvasculares e impacte entre otros el crecimiento pondo-estatural en pacientes en desarrollo y la función pulmonar. Objetivo : realizar una revisión actualizada de la literatura sobre la diabetes relacionada a la fibrosis quística, destacando las indicaciones de tamización y tratamiento. Conclusión : la FQ dentro de su abordaje requiere la detección temprana de la alteración del metabolismo de los carbohidratos con una prueba de tolerancia a la glucosa , el daño del islote pancreático , la disfunción inmune, la resistencia a la insulina, el estrés oxidativo entre otros elementos fisiopatológicos conllevan a un estado de depleción de insulina que producirán un efecto negativo microvascular así como a una reducción marcada de la función pulmonar, mayores tasa de infección e incremento de la mortalidad. La piedra angular del tratamiento en pacientes con o sin hiperglicemia es la insulina que mejora tanto el estado nutricional como la función pulmonar ; nuevos antidiabéticos orales con efecto incretinas y fármacos modificadores de la enfermedad se vislumbran como alternativas al corto plazo

Respuestas educativas a las necesidades del alumno con fibrosis quística.

Se exponen una serie de conceptos y pautas a la hora de tratar la fibrosis quística en el ámbito educativo. A partir de la experiencia profesional, la autora da una breve explicación de qué es y en qué consiste la enfermedad y cuál es el tratamiento; se tratan los aspectos psico-sociales y pedagógicos en los cuales se plantean los problemas escolares que pueden tener y se ofrecen una serie de respuestas educativas en diferentes casos. Concluye con la importancia de la implicación de todos los profesionales, educativos y sanitarios, y se incluye un repertorio legislativo.

Muscle hypertrophy driven by myostatin blockade does not require stem/precursor-cell activity

Myostatin, a member of the TGF-beta family, has been identified as a powerful inhibitor of muscle growth. Absence or blockade of myostatin induces massive skeletal muscle hypertrophy that is widely attributed to proliferation of the population of muscle fiber-associated satellite cells that have been identified as the principle source of new muscle tissue during growth and regeneration. Postnatal blockade of myostatin has been proposed as a basis for therapeutic strategies to combat muscle loss in genetic and acquired myopathies. But this approach, according to the accepted mechanism, would raise the threat of premature exhaustion of the pool of satellite cells and eventual failure of muscle regeneration. Here, we show that hypertrophy in the absence of myostatin involves little or no input from satellite cells. Hypertrophic fibers contain no more myonuclei or satellite cells and myostatin had no significant effect on satellite cell proliferation in vitro, while expression of myostatin receptors dropped to the limits of detectability in postnatal satellite cells. Moreover, hypertrophy of dystrophic muscle arising from myostatin blockade was achieved without any apparent enhancement of contribution of myonuclei from satellite cells. These findings contradict the accepted model of myostatin-based control of size of postnatal muscle and reorient fundamental investigations away from the mechanisms that control satellite cell proliferation and toward those that increase myonuclear domain, by modulating synthesis and turnover of structural muscle fiber proteins. It predicts too that any benefits of myostatin blockade in chronic myopathies are unlikely to impose any extra stress on the satellite cells.

Inhibition of E2F abrogates the development of cardiac myocyte hypertrophy

Growth of the post- natal mammalian heart occurs primarily by cardiac myocyte hypertrophy. Previously, we and others have shown that a partial re- activation of the cell cycle machinery occurs in myocytes undergoing hypertrophy such that cells progress through the G(1)/ S transition. In this study, we have examined the regulation of the E2F family of transcription factors that are crucial for the G(1)/ S phase transition during normal cardiac development and the development of myocyte hypertrophy in the rat. Thus, mRNA and protein levels of E2F- 1, 3, and 4 and DP- 1 and DP- 2 were down- regulated during development to undetectable levels in adult myocytes. Interestingly, E2F- 5 protein levels were substantially up- regulated during development. In contrast, an induction of E2F- 1, 3, and 4 and the DP- 1 protein was observed during the development of myocyte hypertrophy in neonatal myocytes treated with serum or phenylephrine, whereas the protein levels of E2F- 5 were decreased with serum stimulation. E2F activity, as measured by a cyclin E promoter luciferase assay and E2F- DNA binding activity, increased significantly during the development of hypertrophy with serum and phenylephrine compared with non- stimulated cells. Inhibiting E2F activity with a specific peptide that blocks E2F- DP heterodimerization prevented the induction of hypertrophic markers ( atrial natriuretic factor and brain natriuretic peptide) in response to serum and phenylephrine, reduced the increase in myocyte size, and inhibited protein synthesis in stimulated cells. Thus, we have shown that the inhibition of E2F function prevents the development of hypertrophy. Targeting E2F function might be a useful approach for treating diseases that cause pathophysiological hypertrophic growth.

ms1, a novel stress-responsive, muscle-specific gene that is up-regulated in the early stages of pressure overload-induced left ventricular hypertrophy

We have identified and characterised a cDNA encoding a novel gene, designated myocyte stress 1 (ms1), that is up-regulated within 1 h in the left ventricle following the application of pressure overload by aortic banding in the rat. The deduced ms1 protein of 317 amino acids contains several putative functional motifs, including a region that is evolutionarily conserved. Distribution analysis indicates that rat ms1 mRNA expression is predominantly expressed in striated muscle and progressively increases in the left ventricle from embryo to adulthood. These findings suggest that rust may be important in striated muscle biology and the development of pressure-induced left ventricular hypertrophy. (C) 2002 Published by Elsevier Science B.V. on behalf of the Federation of European Biochemical Societies.

Expressions and activities of cell cycle regulatory molecules during the transition from myocyte hyperplasia to hypertrophy

The role of cell cycle dependent molecules in controlling the switch from cardiac myocyte hyperplasia to hypertrophy remains unclear, although in the rat this process occurs between day 3 and 4 after birth. In this study we have determined (1) cell cycle profiles by fluorescence activated cell sorting (FACS); and (2) expressions, co-expressions and activities of a number of cyclins, cyclin-dependent kinases (CDKs) and CDK inhibitors by reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR), immunoblotting andin vitrokinase assays in freshly isolated rat cardiac myocytes obtained from 2, 3, 4 and 5-day-old animals. The percentage of myocytes found in the S phase of the cell cycle decreased significantly during the transition from hyperplasia to hypertrophy (5.5, 3.5, 2.3 and 1.9% of cells in 2-, 3-, 4- and 5-day-old myocytes, respectively,P<0.05), concomitant with a significant increase in the percentage of G0/G1phase cells. At the molecular level, the expressions and activities of G1/S and G2/M phase acting cyclins and CDKs were downregulated significantly during the transition from hyperplasia to hypertrophy, whereas the expressions and activities of G1phase acting cyclins and CDKs were upregulated significantly during this transition. In addition, p21CIP1- and p27KIP1- associated CDK kinase activities remained relatively constant when histone H1 was used as a substrate, whereas phosphorylation of the retinoblastoma protein was upregulated significantly during the transition from hyperplasia to hypertrophy. Thus, there is a progressive and significant G0/G1phase blockade during the transition from myocyte hyperplasia to hypertrophy. Whilst CDK2 and cdc2 may be pivotal in the withdrawal of cardiac myocytes from the cell cycle, CDK4 and CDK6 may be critical for maintaining hypertrophic growth of the myocyte during development.

Downregulation of cyclin-dependent kinase inhibitors p21 and p27 in pressure-overload hypertrophy

We postulated that the cyclin-dependent kinase inhibitors p21 and p27 could regulate the alterations in growth potential of cardiomyocytes during left ventricular hypertrophy (LVH). LVH was induced in adult rat hearts by aortic constriction (AC) and was monitored at days 0, 1, 3, 7, 14, 21, and 42 postoperation. Relative to sham-operated controls (SH), left ventricle (LV) weight-to-body weight ratio in AC increased progressively with time without significant differences in body weight or right ventricle weight-to-body weight ratio. Atrial natriuretic factor mRNA increased significantly in AC to 287% at day 42 compared with SH (P < 0.05), whereas p21 and p27 mRNA expression in AC rats decreased significantly by 58% (P < 0.03) and 40% (P < 0.05) at day 7, respectively. p21 and p27 protein expression decreased significantly from days 3 to 21 in AC versus SH, concomitant with LV adaptive growth. Immunocytochemistry showed p21 and p27 expression in cardiomyocyte nuclei. Thus downregulation of p21 and p27 may modulate the adaptive growth of cardiomyocytes during pressure overload-induced LVH.

Differential protein expression and subcellular distribution of TGFβ1, β2 and β3 in cardiomyocytes during pressure overload-induced hypertrophy

The transforming growth factorβ(TGFβ) superfamily plays an important role in the myocardial response to hypertrophy. We have investigated the protein expression of TGFβ1,β2andβ3in left ventricular tissue, and determined their subcellular distribution in myocytes by immunoblotting and immunocytochemistry during the development of left ventricular hypertrophy (LVH), using isoform specific antibodies to TGFβ1,β2andβ3. LVH was produced in rats by aortic constriction (AC) and LV tissue was obtained at days (d)0, 1, 3, 7, 14, 21 and 42 following operation. Compared with age matched sham-operated controls (SH), TGFβ1levels in LV tissue of AC rats increased significantly from d1–d14 (P<0.03) concomitant with the adaptive growth of LV tissue. In contrast, TGFβ3levels decreased in LV tissue of AC rats from d3 post-operation (significant from d14–d42,P<0.03). No significant difference in TGFβ2levels were observed from SH and AC rats after operation. Antibodies to TGFβ1stained intercalated disks, sarcolemmal membranes and cytoplasm, but not nuclei, of cardiomyocytes on LV sections from untreated and SH rats. However, a trans-localisation of TGFβ1to the nuclei of cardiomyocytes was observed in AC hearts. Antibodies to TGFβ3stained T tubules, cytoplasm and the nuclei of cardiomyocytes from untreated and SH rats. However, by d7 post-AC operation, TGFβ3expression was lost rapidly from nuclei of cardiomyocytes followed by a reduction in total TGFβ3immunofluorescence in myocytes. Antibodies to TGFβ2stained sarcolemmal membranes of cardiomyocytes from both SH and AC rats without significant difference between groups. Thus, the differential pattern of protein expression and subcellular distribution of TGFβ1,β2andβ3in myocytes during the development of LVH suggests that these molecules play different roles in the response of cardiomyocytes to LVH.