Endogenous tumor necrosis factor protects the adult cardiac myocyte against ischemic-induced apoptosis in a murine model of acute myocardial infarction

Previous studies have shown that proinflammatory cytokines, such as tumor necrosis factor (TNF), are expressed after acute hemodynamic overloading and myocardial ischemia/infarction. To define the role of TNF in the setting of ischemia/infarction, we performed a series of acute coronary artery occlusions in mice lacking one or both TNF receptors. Left ventricular infarct size was assessed at 24 h after acute coronary occlusion by triphenyltetrazolium chloride (TTC) staining in wild-type (both TNF receptors present) and mice lacking either the type 1 (TNFR1), type 2 (TNFR2), or both TNF receptors (TNFR1/TNFR2). Left ventricular infarct size as assessed by TTC staining was significantly greater (P < 0.005) in the TNFR1/TNFR2-deficient mice (77.2% ± 15.3%) when compared with either wild-type mice (46.8% ± 19.4%) or TNFR1-deficient (47.9% ± 10.6%) or TNFR2-deficient (41.6% ± 16.5%) mice. Examination of the extent of necrosis in wild-type and TNFR1/TNFR2-deficient mice by anti-myosin Ab staining demonstrated no significant difference between groups; however, the peak frequency and extent of apoptosis were accelerated in the TNFR1/TNFR2-deficient mice when compared with the wild-type mice. The increase in apoptosis in the TNFR1/TNFR2-deficient mice did not appear to be secondary to a selective up-regulation of the Fas ligand/receptor system in these mice. These data suggest that TNF signaling gives rise to one or more cytoprotective signals that prevent and/or delay the development of cardiac myocyte apoptosis after acute ischemic injury.

Muscarinic cholinergic regulation of cardiac myocyte ICa-L is absent in mice with targeted disruption of endothelial nitric oxide synthase

Cardiac myocytes have been shown to express constitutively endothelial nitric oxide synthase (eNOS) (nitric oxide synthase 3), the activation of which has been implicated in the regulation of myocyte L-type voltage-sensitive calcium channel current (ICa-L) and myocyte contractile responsiveness to parasympathetic nervous system signaling, although this implication remains controversial. Therefore, we examined the effect of the muscarinic cholinergic agonist carbachol (CCh) on ICa-L and contractile amplitude in isoproterenol (ISO)-prestimulated ventricular myocytes isolated from adult mice, designated eNOSnull mice, with targeted disruption of the eNOS gene. Although both eNOSnull and wild-type (WT) ventricular myocytes exhibited similar increases in ICa-L in response to ISO, there was no measurable suppression of ICa-L by CCh in cells from eNOSnull mice, in contrast to cells from WT mice. These results were reflected in the absence of an effect of CCh on the positive inotropic effect of ISO in eNOSnull myocytes. Also, unlike myocytes from WT animals, eNOSnull myocytes failed to exhibit an increase in cGMP content in response to CCh. Nevertheless, the pharmacologic nitric oxide donors 3-morpholino-sydnonimine and S-nitroso-acetyl-cystein increased cGMP generation and suppressed ISO-augmented ICa-L in eNOSnull cells, suggesting that the signal transduction pathway(s) downstream of eNOS remained intact. Of importance, activation of the acetylcholine-activated K+ channel by CCh was unaffected in atrial and ventricular eNOSnull myocytes. These results confirm the obligatory role of eNOS in coupling muscarinic receptor activation to cGMP-dependent control of ICa-L in cardiac myocytes.

A genetic model provides evidence that the receptor for atrial natriuretic peptide (guanylyl cyclase-A) inhibits cardiac ventricular myocyte hypertrophy

Guanylyl cyclase-A (NPR-A; GC-A) is the major and possibly the only receptor for atrial natriuretic peptide (ANP) or B-type natriuretic peptide. Although mice deficient in GC-A display an elevated blood pressure, the resultant cardiac hypertrophy is much greater than in other mouse models of hypertension. Here we overproduce GC-A in the cardiac myocytes of wild-type or GC-A null animals. Introduction of the GC-A transgene did not alter blood pressure or heart rate as a function of genotype. Cardiac myocyte size was larger (approximately 20%) in GC-A null than in wild-type animals. However, introduction of the GC-A transgene reduced cardiac myocyte size in both wild-type and null mice. Coincident with the reduction in myocyte size, both ANP mRNA and ANP content were significantly reduced by overexpression of GC-A, and this reduction was independent of genotype. This genetic model, therefore, separates a regulation of cardiac myocyte size by blood pressure from local regulation by a GC-mediated pathway.

Myocyte-enriched calcineurin-interacting protein, MCIP1, inhibits cardiac hypertrophy in vivo

Signaling events controlled by calcineurin promote cardiac hypertrophy, but the degree to which such pathways are required to transduce the effects of various hypertrophic stimuli remains uncertain. In particular, the administration of immunosuppressive drugs that inhibit calcineurin has inconsistent effects in blocking cardiac hypertrophy in various animal models. As an alternative approach to inhibiting calcineurin in the hearts of intact animals, transgenic mice were engineered to overexpress a human cDNA encoding the calcineurin-binding protein, myocyte-enriched calcineurin-interacting protein-1 (hMCIP1) under control of the cardiac-specific, α-myosin heavy chain promoter (α-MHC). In unstressed mice, forced expression of hMCIP1 resulted in a 5–10% decline in cardiac mass relative to wild-type littermates, but otherwise produced no apparent structural or functional abnormalities. However, cardiac-specific expression of hMCIP1 inhibited cardiac hypertrophy, reinduction of fetal gene expression, and progression to dilated cardiomyopathy that otherwise result from expression of a constitutively active form of calcineurin. Expression of the hMCIP1 transgene also inhibited hypertrophic responses to β-adrenergic receptor stimulation or exercise training. These results demonstrate that levels of hMCIP1 producing no apparent deleterious effects in cells of the normal heart are sufficient to inhibit several forms of cardiac hypertrophy, and suggest an important role for calcineurin signaling in diverse forms of cardiac hypertrophy. The future development of measures to increase expression or activity of MCIP proteins selectively within the heart may have clinical value for prevention of heart failure.

A cardiac myocyte vascular endothelial growth factor paracrine pathway is required to maintain cardiac function

The role of the cardiac myocyte as a mediator of paracrine signaling in the heart has remained unclear. To address this issue, we generated mice with cardiac myocyte-specific deletion of the vascular endothelial growth factor gene, thereby producing a cardiomyocyte-specific knockout of a secreted factor. The hearts of these mice had fewer coronary microvessels, thinned ventricular walls, depressed basal contractile function, induction of hypoxia-responsive genes involved in energy metabolism, and an abnormal response to β-adrenergic stimulation. These findings establish the critical importance of cardiac myocyte-derived vascular endothelial growth factor in cardiac morphogenesis and determination of heart function. Further, they establish an adult murine model of hypovascular nonnecrotic cardiac contractile dysfunction.

Telomerase expression and activity are coupled with myocyte proliferation and preservation of telomeric length in the failing heart

The role and even the existence of myocyte proliferation in the adult heart remain controversial. Documentation of cell cycle regulators, DNA synthesis, and mitotic images has not modified the view that myocardial growth can only occur from hypertrophy of an irreplaceable population of differentiated myocytes. To improve understanding the biology of the heart and obtain supportive evidence of myocyte replication, three indices of cell proliferation were analyzed in dogs affected by a progressive deterioration of cardiac performance and dilated cardiomyopathy. The magnitude of cycling myocytes was evaluated by the expression of Ki67 in nuclei. Ki67 labeling of left ventricular myocytes increased 5-fold, 12-fold, and 17-fold with the onset of moderate and severe ventricular dysfunction and overt failure, respectively. Telomerase activity in vivo is present only in multiplying cells; this enzyme increased 2.4-fold and 3.1-fold in the decompensated heart, preserving telomeric length in myocytes. The contribution of cycling myocytes to telomerase activity was determined by the colocalization of Ki67 and telomerase in myocyte nuclei. More than 50% of Ki67-positive cells expressed telomerase in the overloaded myocardium, suggesting that these myocytes were the morphological counterpart of the biochemical assay of enzyme activity. Moreover, we report that 20–30% of canine myocytes were telomerase competent, and this value was not changed by cardiac failure. In conclusion, the enhanced expression of Ki67 and telomerase activity, in combination with Ki67-telomerase labeling of myocyte nuclei, support the notion that myocyte proliferation contributes to cardiac hypertrophy of the diseased heart.

Overexpression of insulin-like growth factor-1 in the heart is coupled with myocyte proliferation in transgenic mice.

Transgenic mice were generated in which the cDNA for the human insulin-like growth factor 1B (IGF-1B) was placed under the control of a rat alpha-myosin heavy chain promoter. In mice heterozygous for the transgene, IGF-1B mRNA was not detectable in the fetal heart at the end of gestation, was present in modest levels at 1 day after birth, and increased progressively with postnatal maturation, reaching a peak at 75 days. Myocytes isolated from transgenic mice secreted 1.15 +/- 0.25 ng of IGF-1 per 10(6) cells per 24 hr versus 0.27 +/- 0.10 ng in myocytes from homozygous wild-type littermates. The plasma level of IGF-1 increased 84% in transgenic mice. Heart weight was comparable in wild-type littermates and transgenic mice up to 45 days of age, but a 42%, 45%, 62%, and 51% increase was found at 75, 135, 210, and 300 days, respectively, after birth. At 45, 75, and 210 days, the number of myocytes in the heart was 21%, 31%, and 55% higher, respectively, in transgenic animals. In contrast, myocyte cell volume was comparable in transgenic and control mice at all ages. In conclusion, overexpression of IGF-1 in myocytes leads to cardiomegaly mediated by an increased number of cells in the heart.

Myocyte-specific enhancer factor 2 acts cooperatively with a muscle activator region to regulate Drosophila tropomyosin gene muscle expression.

MEF2 (myocyte-specific enhancer factor 2) is a MADS box transcription factor that is thought to be a key regulator of myogenesis in vertebrates. Mutations in the Drosophila homologue of the mef2 gene indicate that it plays a key role in regulating myogenesis in Drosophila. We show here that the Drosophila tropomyosin I (TmI) gene is a target gene for mef2 regulation. The TmI gene contains a proximal and a distal muscle enhancer within the first intron of the gene. We show that both enhancers contain a MEF2 binding site and that a mutation in the MEF2 binding site of either enhancer significantly reduces reporter gene expression in embryonic, larval, and adult somatic body wall muscles of transgenic flies. We also show that a high level of proximal enhancer-directed reporter gene expression in somatic muscles requires the cooperative activity of MEF2 and a cis-acting muscle activator region located within the enhancer. Thus, mef2 null mutant embryos show a significant reduction but not an elimination of TmI expression in the body wall myoblasts and muscle fibers that are present. Surprisingly, there is little effect in these mutants on TmI expression in developing visceral muscles and dorsal vessel (heart), despite the fact that MEF2 is expressed in these muscles in wild-type embryos, indicating that TmI expression is regulated differently in these muscles. Taken together, our results show that mef2 is a positive regulator of tropomyosin gene transcription that is necessary but not sufficient for high level expression in somatic muscle of the embryo, larva, and adult.

Implications physiopathologiques de la Nestine lors du remodelage pulmonaire et cardiaque à la suite de l’infarctus du myocarde, du diabète et de l’hypertension pulmonaire

Il est reconnu que la protéine filamenteuse intermédiaire Nestine est exprimée lors du processus de cicatrisation et du remodelage fibrotique. De plus, nous avons identifié l’expression de la Nestine au sein de deux populations distinctes qui sont directement impliquées dans les réponses de fibroses réparative et réactive. Ainsi, une population de cellules souches neurales progénitrices résidentes du coeur de rat adulte exprime la Nestine et a été identifiée à titre de substrat de l’angiogenèse et de la neurogenèse cardiaque. Également, la Nestine est exprimée par les myofibroblastes cicatriciels cardiaques et il a été établi que la protéine filamenteuse intermédiaire joue un rôle dans la prolifération de ces cellules. Ainsi, l’objectif général de cette thèse était de mieux comprendre les évènements cellulaires impliqués dans la réponse neurogénique des cellules souches neurales progénitrices résidentes cardiaques Nestine(+) (CSNPRCN(+)) lors de la fibrose réparative cardiaque et d’explorer si l’apparition de fibroblastes Nestine(+) est associée avec la réponse de fibrose réactive secondaire du remodelage pulmonaire. Une première publication nous a permis d’établir qu’il existe une régulation à la hausse de l’expression de la GAP43 (growth associated protein 43) et que cet événement transitoire précède l’acquisition d’un phénotype neuronal par les CSNPRCN(+) lors du processus de cicatrisation cardiaque chez le rat ayant subi un infarctus du myocarde. De plus, la surimposition de la condition diabétique de type 1, via l’injection unique de Streptozotocine chez le rat, abolit la réponse neurogénique des CSNPRCN(+), qui est normalement induite à la suite de l’ischémie cardiaque ou de l’administration de 6-hydroxydopamine. Le second article a démontré que le développement aigu de la fibrose pulmonaire secondaire de l’infarctus du myocarde chez le rat est associé avec une augmentation de l’expression protéique de la Nestine et de l’apparition de myofibroblastes pulmonaires Nestine(+). Également, le traitement de fibroblastes pulmonaires avec des facteurs de croissances peptidiques pro-fibrotiques a augmenté l’expression de la Nestine par ces cellules. Enfin, le développement initial de la condition diabétique de type 1 chez le rat est associé avec une absence de fibrose réactive pulmonaire et à une réduction significative des niveaux protéiques et d’ARN messager de la Nestine pulmonaire. Finalement, la troisième étude représentait quant à elle un prolongement de la deuxième étude et a alors examiné le remodelage pulmonaire chronique chez un modèle établi d’hypertension pulmonaire. Ainsi, les poumons de rats adultes mâles soumis à l’hypoxie hypobarique durant 3 semaines présentent un remodelage vasculaire, une fibrose réactive et une augmentation des niveaux d’ARN messager et de la protéine Nestine. De plus, nos résultats ont démontré que la Nestine, plutôt que l’alpha-actine du muscle lisse, est un marqueur plus approprié des diverses populations de fibroblastes pulmonaires activés. Également, nos données suggèrent que les fibroblastes pulmonaires activés proviendraient en partie de fibroblastes résidents, ainsi que des processus de transition épithélio-mésenchymateuse et de transition endothélio-mésenchymateuse. Collectivement, ces études ont démontré que des populations distinctes de cellules Nestine(+) jouent un rôle majeur dans la fibrose réparative cardiaque et la fibrose réactive pulmonaire.

Effet du CP-3(iv), un ligand du récepteur CD36, sur le stress oxydatif suite à une ischémie cardiaque transitoire chez la souris

Le récepteur éboueur CD36 facilite l’internalisation des acides gras libres non estérifiés (AGNE) au niveau des tissus cardiaque et périphériques. Lors d’une ischémie-reperfusion du myocarde (MI/R), les dommages produits sont en partie liés à l’internalisation des AGNE et à la production d’espèces réactives de l’oxygène, contrairement à ce qui est observé chez des souris déficientes en CD36 (CD36-/-). Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle le CP-3(iv), un ligand synthétique du récepteur CD36, exercerait un effet cardioprotecteur en réduisant la taille de la zone myocardique infarcie lors d’une ischémie transitoire du myocarde. Nos objectifs étaient 1) de déterminer l’effet cardioprotecteur du CP-3(iv) et 2) de définir son mécanisme. Pour cela, des études in vivo et ex vivo ont été faites. Des souris de type sauvage ont été traitées avec le CP-3(iv) (289 nmol/kg) par voie sous-cutanée pendant 14 jours avant d’être soumises à 30 minutes d’ischémie suivant la ligature de l’artère coronaire gauche descendante et de sa reperfusion pendant une période de 6 ou 48 heures. De plus, des coeurs isolés de souris ont été perfusés 30 minutes, suivi de 40 minutes à faible débit (10%) et de 30 minutes de reperfusion pendant laquelle le coeur est perfusé avec le CP-3(iv) à une concentration de 10-6 M. Nos travaux ont montré que l’effet cardioprotecteur d’un traitement préventif par le CP-3(iv) permet de diminuer la taille de l’infarctus et préserve l’hémodynamie cardiaque de façon dépendante du CD36 puisque cet effet est non visible chez les souris CD36-/-. De plus, le CP-3(iv) exerce non seulement un effet systémique, mais aussi un effet cardioprotecteur direct sur le coeur isolé.

NADPH oxidase signaling and cardiac myocyte function

The NADPH oxidase family of enzymes has emerged as a major source of reactive oxygen species (ROS) that is important in diverse cellular functions including anti-microbial defence, inflammation and redox signaling. Of the five known NADPH oxidase isoforms, several are expressed in cardiovascular cells where they are involved in physiological and pathological processes such as the regulation of vascular tone, cell growth, migration, proliferation, hypertrophy, apoptosis and matrix deposition. This article reviews current knowledge regarding the role of NADPH oxidases in cardiomyocyte function in health and disease. © 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Effet du CP-3(iv), un ligand du récepteur CD36, sur le stress oxydatif suite à une ischémie cardiaque transitoire chez la souris

Le récepteur éboueur CD36 facilite l’internalisation des acides gras libres non estérifiés (AGNE) au niveau des tissus cardiaque et périphériques. Lors d’une ischémie-reperfusion du myocarde (MI/R), les dommages produits sont en partie liés à l’internalisation des AGNE et à la production d’espèces réactives de l’oxygène, contrairement à ce qui est observé chez des souris déficientes en CD36 (CD36-/-). Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle le CP-3(iv), un ligand synthétique du récepteur CD36, exercerait un effet cardioprotecteur en réduisant la taille de la zone myocardique infarcie lors d’une ischémie transitoire du myocarde. Nos objectifs étaient 1) de déterminer l’effet cardioprotecteur du CP-3(iv) et 2) de définir son mécanisme. Pour cela, des études in vivo et ex vivo ont été faites. Des souris de type sauvage ont été traitées avec le CP-3(iv) (289 nmol/kg) par voie sous-cutanée pendant 14 jours avant d’être soumises à 30 minutes d’ischémie suivant la ligature de l’artère coronaire gauche descendante et de sa reperfusion pendant une période de 6 ou 48 heures. De plus, des coeurs isolés de souris ont été perfusés 30 minutes, suivi de 40 minutes à faible débit (10%) et de 30 minutes de reperfusion pendant laquelle le coeur est perfusé avec le CP-3(iv) à une concentration de 10-6 M. Nos travaux ont montré que l’effet cardioprotecteur d’un traitement préventif par le CP-3(iv) permet de diminuer la taille de l’infarctus et préserve l’hémodynamie cardiaque de façon dépendante du CD36 puisque cet effet est non visible chez les souris CD36-/-. De plus, le CP-3(iv) exerce non seulement un effet systémique, mais aussi un effet cardioprotecteur direct sur le coeur isolé.

Dynamique de l'intervalle cardiaque RR et de la repolarisation ventriculaire dans le sommeil chez les femmes post-ménopausées

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Effets protecteurs du Celsior sur la fonction endothéliale d'artères coronaires porcines dans un modèle de préservation myocardique et de greffe cardiaque hétérotopique

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.