Fenofibrato (agonista do receptor ativador da proliferação peroxissomal) modula o sistema renina-angiotensina no coração de camundongos alimentados com dieta hiperlipídica

O objetivo deste trabalho foi estudar a ação do fenofibrato, um agonista do receptor ativador da proliferação peroxissomal alfa, no remodelamento cardíaco e na expressão de componentes do sistema renina-angiotensina (SRA) em um modelo de obesidade induzida por dieta. Camundongos machos C57Bl/6 com três meses de idade foram alimentados durante 11 semanas com dieta controle (grupo C, 3,57 kcal/g de dieta) ou dieta hiperlipídica (grupo HL, 5,40 kcal/g de dieta), em seguida foram separados em quatro grupos e estudados durante cinco semanas: C; HL; C-L (C mais fenofibrato) e HL-F (HL mais fenofibrato). Os animais HL foram mais pesados e apresentaram maior pressão arterial (PA) comparados aos animais C, mas HL-F foram mais leves e tiveram PA menor que HL. A resistência insulínica vista nos camundongos HL foi melhorada com fenofibrato nos camundongos HL-F. Fenofibrato reduziu colesterol total, triglicerídeos e aumentou HDL-c. Os animais HL apresentou um ventrículo esquerdo (VE) mais pesado e com espessura da parede maior, como também cardiomiócitos maiores e uma menor razão cardiomiócito/capilares que os animais C. Fenofibrato foi eficiente em melhorar estas alterações. As expressões cardíacas de Angiotensina II (ANG II) e de seu receptor tipo 1 (AT1R) foram maiores, enquanto que a expressão de seu receptor tipo 2 (AT2R) foi menor nos animais HL que nos animais C, e fenofibrato foi eficiente em atenuar estas diferenças. Como conclusão, a dieta HL lidera para a obesidade, elevação da PA, hipertrofia cardíaca, alterações metabólicas e expressão proteica alterada do SRA em camundongos, sugerindo a participação do SRA nestas alterações. Fenofibrato é eficiente em diminuir a PA e controlar a expressão proteica do SRA, assim como no tratamento da resistência insulínica e do remodelamento cardíaco adverso, diminuindo a hipertrofia dos cardiomiócitos e melhorando a vascularização do miocárdio, desta maneira, diminuindo importantes fatores de risco para doenças cardiovasculares

Variabilidade ventilatória durante exercício dinâmico em indivíduos saudáveis e com insuficiência cardíaca

A presença de ventilação periódica durante o exercício confere pior prognóstico a pacientes com insuficiência cardíaca. Existem divergências quanto aos critérios para identificação deste fenômeno. Além disso, a interpretação dicotômica (presença ou ausência) quanto a este fenômeno dificulta a estratificação de risco mais detalhada dos pacientes com insuficiência cardíaca. Desta forma, esta tese avalia a utilização de técnicas estabelecidas para análise de variabilidade de sinais para quantificar as oscilações ventilatórias que ocorrem durante o teste cardiopulmonar de exercício, em indivíduos saudáveis, atletas e com insuficiência cardíaca. Um protocolo mais curto para realização de teste cardiopulmonar de exercício em cicloergômetro de braço foi proposto e validado. Tal protocolo foi utilizado em estudo posterior, onde se comprovou que, apesar dos tempos respiratórios não serem influenciados pelo tipo de exercício realizado, a variabilidade ventilatória é maior durante a realização de exercício dinâmico com membros superiores do que com membros inferiores. A capacidade aeróbica de indivíduos sadios também influencia a variabilidade ventilatória durante o teste cardiopulmonar de exercício. Isto foi comprovado pela menor variabilidade ventilatória no domínio do tempo em atletas do que sedentários durante exercício. A análise destes voluntários com o método da análise dos componentes principais revelou que em atletas a variabilidade do volume corrente é a principal responsável pela variabilidade da ventilação-minuto durante o exercício, ao passo que em sedentários a variabilidade da freqüência respiratória apresenta-se como principal responsável por tais variações. Em estudo randomizado e controlado comprovamos que, mesmo indivíduos sadios apresentam redução da variabilidade ventilatória ao exercício após 12 semanas de treinamento físico. Comprovamos que a reabilitação cardíaca reverteu a ocorrência de ventilação periódica em um paciente com insuficiência cardíaca e, finalmente, encontramos que a variabilidade ventilatória correlaciona-se inversamente com a fração de ejeção ventricular esquerda em pacientes com insuficiência cardíaca. Estudos futuros deverão analisar o poder prognóstico da variabilidade ventilatória nestes pacientes.

Efeito da metformina no remodelamento miocárdico e renal em ratos obesos com resistência à insulina

Diversas evidências comprovam que a obesidade está associada a alterações estruturais e funcionais do coração em modelos humanos e animais. Outros estudos recentes também demonstram que a obesidade humana está associada com alterações na função e na estrutura vascular, especialmente em grandes e médias artérias. Estudos epidemiológicos têm confirmado que a obesidade é um fator de risco significativo para o aparecimento de proteinúria e de doença renal terminal em uma população normal. Com o objetivo de determinar as alterações morfológicas relacionadas ao remodelamento cardíaco, vascular e renal em um modelo experimental de obesidade induzida pelo glutamato monossódico (MSG) e os efeitos da metformina sobre estes achados, foram estudados 25 ratos divididos em cinco grupos: controle com 16 e 22 semanas (CON-16 e CON-22); obeso com 16 e 22 semanas (MSG-16 e MSG-22) e obeso + metformina (MET-22) 300mg/Kg/dia por via oral. A caracterização da resistência à insulina foi feita através da medida da insulina plasmática e cálculo do índice de HOMA-IR. As análises morfológicas e quantificação do colágeno miocárdico foram feitos pelo sistema de imagem Image Pro Plus analysis. A pressão arterial sistólica foi levemente maior no grupo MSG-22, adquirindo significância estatística quando comparada com o grupo MSG-16 (1222 vs 1082 mmHg, p<0,05). Por outro lado, o grupo MET-22 mostrou níveis mais baixos de pressão arterial (1181 mmHg), sem alcançar diferença significativa. No grupo de animais obesos, foi observado aumento na relação média-lumen com 16 semanas (39,93,7 vs 30,22,0 %, p<0,05) e com 22 semanas (39,81,3 vs 29,51,2%, p<0,05), que foi reduzida com o uso da metformina (31,50,9%). O depósito de colágeno na área perivascular no ventrículo esquerdo foi significativamente maior no grupo MSG-22 (1,390,06 vs 0,830,06 % no CON-22, p<0,01), sendo atenuado pela metformina (1,020,04%). No rim, a área seccional transversa das arteríolas intrarrenais foi semelhante entre os grupos (18,52,2 no CON-16; 19,93,7 no MSG-16; 18,93,1 no CON-22; 21,81,5 no MSG-22; 20,21,4 no MET-22). Foi observado aumento da área glomerular no grupo MSG-22 (141,34,5 vs 129,50,5 m2), mas sem significância estatística. Em conclusão, nos ratos com obesidade induzida pelo MSG, com resistência à insulina, as alterações cardíacas foram mais proeminentes do que as alterações renais. No coração foram observados sinais de remodelamento vascular hipertrófico nas pequenas artérias intramiocárdicas e evidências de fibrose miocárdica mais proeminente na área perivascular, alterações que foram, pelo menos parcialmente, atenuadas com o uso de metformina durante seis semanas, mostrando que esta droga pode ser benéfica na prevenção de complicações cardíacas, vasculares e renais associadas com a obesidade.

Sinalização da grelina no coração de camundongos obesos após hipernutrição durante a lactação

A grelina é um ligante endógeno do receptor secretagogo do hormônio do crescimento (GHSR), potente estimulador da liberação do hormônio de crescimento (GH), ingestão alimentar, e adiposidade. Além disso, sua ação hormonal inclui regulação do metabolismo energético cardíaco. Entretanto, a hipernutrição no início da vida leva ao desenvolvimento da obesidade, induz hipertrofia cardíaca, compromete a função cardíaca, e gera insuficiência cardíaca na vida adulta. Avaliar proteínas chaves no processo de sinalização da grelina no remodelamento cardíaco no coração de camundongos obesos após a hipernutrição na lactação. A obesidade foi induzida por redução de ninhada e camundongos adultos (180 dias) foram divididos em: grupo hiperalimentado, GH com obesidade decorrente de hipernutrição na lactação e controle, GC. Cardiomiócitos (cmi) do ventrículo esquerdo foram analisados por microscopia de luz e estereologia, o conteúdo e fosforilação de proteínas cardíacas: receptor de grelina (hormônio do crescimento secretagogo receptor 1a, GHSR-1a), proteína quinase-B (AKT e pAKT), phosphatidil inositol 3-quinase (PI3K), proteína quinase ativada por AMP (AMPK e pAMPK), m-TOR, pmTOR, Bax, Bcl2 e actina foram analizados por western blotting. A expressão gênica do GHSR-1a foi analisada por PCR em tempo real. A respirometria de alta resolução dos cardiomiócitos foi analisada por oxígrafo OROBOROS. Significância estatística (P< 0,05) determinada por teste t-Student não-pareado. Nossos dados demonstram que a hipernutrição na lactação induz aumento no peso corporal, iniciado aos 10 dias de idade, persistindo até os 180 dias de idade. A glicemia, peso do fígado, e da gordura visceral foram maiores no grupo GH. Além disso, o grupo GH também apresentou aumento no peso do coração e razão peso do coração/CT (comprimento da tíbia), indicando hipertrofia e remodelamento cardíaco, aumento na expressão e conteúdo de GHSR-1a no coração, associado ao maior conteúdo de PI3K e maior conteúdo e fosforilação de AKT, diminuição no conteúdo de Bcl2. Em contraste, o conteúdo e fosforilação da AMPK e mTOR no coração não foram diferentes entre os grupos. Os níveis de grelina plasmático no GH foram menores. A respiração do GH com grelina foi menor que no GC com grelina. A incubação das fibras cardíacas com grelina resultou em aumento do fluxo respiratório após adição de citocromo c nos grupos com grelina, indicando dano à membrana mitocondrial e extravazamento de citocromo c. Os grupos GC com grelina e GH sem grelina apresentaram RCR menor comparado ao GC sem grelina, indicando desacoplamento mitocondrial. Nossos resultados mostram que a hipernutrição na lactação induz diminuição do nível de grelina plasmática e aumento da expressão do GHS-R1a no cardiomiócito do animal quando adulto. Tal processo determina aumento da sensibilidade a grelina no coração, processo que ocorre independentemente de variações do AMPK e mTOR. Sugerimos uma redução no efeito protetor da ação da grelina na AMPK. Também, demonstramos que o remodelamento do miocárdio nestes animais adultos associa-se a GHSR-1a, PI3K, e fosforilação da AKT, mas não com AMPK e mTOR na vida adulta.

Ação concomitante da irradiação e quimioterapia no coração de ratas Wistar

O Câncer de mama (CM) é hoje o tipo de câncer mais incidente entre as mulheres, com a estimativa de 53 mil novos casos para o ano de 2013, segundo o Instituto Nacional do Câncer (INCA). É considerada uma doença de bom prognóstico, principalmente quando diagnosticada na sua fase mais precoce. A evolução no diagnóstico, e nas técnicas de tratamento para o CM, que incluem a quimioterapia e/ou radioterapia, aumentaram a expectativa de sobrevida para este tipo de câncer. Uma das complicações tardias induzidas pelo tratamento desta doença é a cardiotoxicidade. O termo cardiotoxicidade abrange uma série de efeitos colaterais, que incluem arritmias, alterações na pressão arterial, isquemia do miocárdio, trombose ou insuficiência cardíaca. É, por isso, fundamental entender os mecanismos envolvidos no desenvolvimento da toxicidade cardíaca para o sucesso do tratamento dos pacientes com CM. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos cardíacos tardios induzidos pela irradiação e quimioterapia, simulando um tratamento para o CM, em ratas Wistar. Ratas Wistar, com aproximadamente 3 meses de idade, foram divididas em: grupo controle, grupo que recebeu quimioterapia + irradiação (TC+IR), e grupo que recebeu apenas irradiação (IR). A quimioterapia foi administrada em 4 ciclos, com intervalo de 1 semana entre eles. A irradiação na região do coração foi realizada em dose única, de 20Gy, em um campo de 2x2 cm2. Os ratos foram submetidos à eutanásia 5 meses após o término dos tratamentos, para que os efeitos tardios pudessem ser avaliados. Vários estudos foram conduzidos: ecocardiografia para observar as alterações funcionais do coração; PCR em tempo real para detectar alterações no nível mRNA de procolágeno tipo I, TGF-β1, angiotensinogênio, renina, ECA, AT1, VEGF e razão Bax/;bcl2, no tecido do ventrículo esquerdo (VE); Além de ensaios histológicos para avaliar o aspecto do tecido cardíaco do VE. Resultados e discussão Os resultados obtidos indicam um processo de remodelamento cardíaco após os tratamentos para o CM. Sugere-se que este remodelamento inicie-se com a diminuição de vasos no VE, causada pelos tratamentos, conforme os resultados da estereologia e do PCR para VEGF. Em seguida mostrou-se hipertrofia dos cardiomiócitos, o aumento da expressão de procolágeno e TGF-β1 e de tecido conjuntivo neste tecido. E associado a estes resultados, mostrou-se a participação dos sistema renina angiotensina cardíaco neste processo de remodelamento. Porém, apesar de todas estas alterações terem ocorrido em ambos os grupos tratados, apenas o grupo que recebeu irradiação e quimioterapia concomitantemente apresentou alteração da função cardíaca, na ecocardiografia. Sugere-se, desta forma, que a associação destas terapias seja mais lesiva ao coração, do que a irradiação aplicada exclusivamente. Conclusão Os objetivos do trabalho foram alcançados, e pode-se entender melhor as vias envolvidas na cardiotoxicidade. Este é um estudo inédito, o assunto abordado é recente, e de sumo importância para o desenvolvimento de novas estratégias de tratamento para o CM, onde sejam consideradas as complicações cardíacas tardias envolvidas.

Função mitocondrial cardíaca de camundongos filhotes e adultos submetidos à hiperalimentação durante a lactação

Estudos demostram que a hiperalimentação no período pós-natal causa obesidade, alterações cardiometabólicas e resistência à insulina em longo prazo. O objetivo do estudo foi investigar as consequências da hiperalimentação na lactação nos corações de camundongos filhotes e adultos ao longo do desenvolvimento. Para induzir a hiperalimentação na lactação, o tamanho da ninhada foi reduzida a 3 filhotes machos no terceiro dia, grupo hiperalimentado (GH). O grupo controle (GC) permaneceu com 9 filhotes da lactação ao desmame. Avaliamos a massa corporal, gordura epididimária e retroperitoneal, morfologia hepática e cardíaca, ultraestrutura dos cardiomiócitos, peso do PVE/CT, glicemia de jejum, triglicerídeos, colesterol total, insulina plasmática e HOMA-IR. Analisamos o consumo de oxigênio das fibras cardíacas através da respirometria de alta resolução, atividade enzimática da PDH, CS e LDH no coração e glicogênio hepático. Biologia molecular, através das proteínas: IRβ, IRS1, pIRS1, PTP1B, PI3K, Akt, pAkt, GLUT1, GLUT4, AMPKα, pAMPKα, HKII, CPT1, UCP2, FABPm, CD36, PGC-1α, PPARα, 4HNE, complexos da CTE (I, II, III, IV e V), α-tubulina, GP91 e VADC. Diferenças entre os grupos analisadas por Two-Way ANOVA, com significância p<0,05. O GH apresentou aumento da massa corporal, gordura epididimária, retroperitoneal e colesterol total em todas as idades; glicemia de jejum, insulina, índice de HOMA-IR e triglicerídeos aos 21 e 90 dias. Aumento do índice de Lee aos 60 e 90 dias. GH apresentou diminuição: do IRβ e GLUT4 aos 21 e 60 dias; aumento do IRβ aos 90 dias; aumento do IRS1, PTP1B, aos 21 e 90 dias e da AKT, pAMPK/AMPK e GLUT1 aos 21 dias; diminuição da pIRS1/IRS1, PI3K, pAKT/AKT aos 21 e 90 dias; diminuição da HKII aos 21 dias e aumento aos 60 e 90 dias; aumento da PDH aos 90 dias; aumento da LDH aos 21 dias e redução aos 60 dias; aumento da CS aos 21 dias e diminuição aos 60 e 90 dias; aumento da oxidação de carboidratos aos 21 dias e redução aos 90 dias; diminuição na oxidação de ácidos graxos aos 60 e 90 dias. Adicionalmente, aumento do desacoplamento mitocondrial entre a fosforilação oxidativa e a síntese de ATP aos 60 e 90 dias. Diminuição da CPT1 e aumento da UCP2 aos 21 e 90 dias. Diminuição da PGC-1α aos 60 e 90 dias; da FABPm e CD36 em todas idades. Aumento da 4HNE aos 21 e diminuição aos 90 dias. Diminuição na expressão do mRNA para CPT1 aos 21, 60 dias. Diminuição na expressão do mRNA para PPARα e aumento na expressão do mRNA para UCP2 aos 21 dias; diminuição na expressão do mRNA para UCP2 ao 60 dias. Alterações morfológicas cardíacas e hepáticas, assim como na ultraestrutura dos cardiomiócitos, em todas as idades, maior conteúdo de glicogênio hepático aos 21 e 90 dias. Concluímos que a hiperalimentação na lactação levou à obesidade, com aumento da oxidação de glicose, alterações no metabolismo energético associadas à diminuição da sensibilidade à insulina, redução da capacidade oxidativa mitocondrial, levando ao desacoplamento e alteração da morfologia e ultraestrutura dos cardiomiócitos do desmame até a idade adulta.

An extended computational model of the circulatory system for designing ventricular assist devices.

An extended computational model of the circulatory system has been developed to predict blood flow in the presence of ventricular assist devices (VADs). A novel VAD, placed in the descending aorta, intended to offload the left ventricle (LV) and augment renal perfusion is being studied. For this application, a better understanding of the global hemodynamic response of the VAD, in essence an electrically driven pump, and the cardiovascular system is necessary. To meet this need, a model has been established as a nonlinear, lumped-parameter electrical analog, and simulated results under different states [healthy, congestive heart failure (CHF), and postinsertion of VAD] are presented. The systemic circulation is separated into five compartments and the descending aorta is composed of three components to accurately yield the system response of each section before and after the insertion of the VAD. Delays in valve closing time and blood inertia in the aorta were introduced to deliver a more realistic model. Pump governing equations and optimization are based on fundamental theories of turbomachines and can serve as a practical initial design point for rotary blood pumps. The model's results closely mimic established parameters for the circulatory system and confirm the feasibility of the intra-aortic VAD concept. This computational model can be linked with models of the pump motor to provide a valuable tool for innovative VAD design.

A controller for a miniature intra-aortic ventricular assist device.

Two control algorithms have been developed for a minimally invasive axial-flow ventricular assist device (VAD) for placement in the descending aorta. The purpose of the device is to offload the left ventricle and to augment lower body perfusion in patients with moderate congestive heart failure. The VAD consists of an intra-aortic impeller with a built-in permanent magnet rotor and an extra-aortic stator. The control algorithms, which use pressure readings upstream and downstream of the VAD to determine the pump status, have been tested in a mock circulatory system under two conditions, namely with or without afterload sensitivity. The results give an insight into controller design for an intra-aortic blood pump working in series with the heart.

Design method of an innovative motor for an intra-aortic ventricular assist device

A permanent-magnet motor has been designed for an innovative axial-flow ventricular assist device (VAD), to be placed in the descending aorta, intended to offload the left ventricle and augment renal perfusion in patients with congestive heart failure (CHF). For this application, an intra-aortic impeller with a built-in permanent magnet rotor is driven by an extraaortic stator working in synchronism with the natural heart. To meet this need, a two-dimensional analytical model has been developed in the MATLAB environment to estimate machine parameters; finite element analysis (FEA) has been used to refine the results. A prototype blood pump equipped with an innovative motor designed from the procedure above has been tested in a mock loop representing the human circulatory system. The performance of VAD incorporating the motor is presented. © 2009 IEEE.

Detection of Staphylococcus aureus by 16S rRNA directed in situ hybridisation in a patient with a brain abscess caused by small colony variants.

Kipp F, Ziebuhr W, Becker K, Krimmer V, Höbeta N, Peters G, Von Eiff C. Institute of Medical Microbiology, Hospital and Clinics, University of Münster, Germany. A 45 year old man was admitted to hospital with a right sided facial paralysis and three month history of seizures. Computed tomography showed a left temporal mass including both intracerebral and extracerebral structures. Ten years earlier the patient had undergone a neurosurgical intervention in the same anatomical region to treat a subarachnoid haemorrhage. In tissue samples and pus obtained during neurosurgery, Staphylococcus aureus was detected by a 16S rRNA-directed in situ hybridisation technique. Following long term cultivation, small colony variants (SCV) of methicillin resistant S aureus were identified. The patient was treated successfully with a combination of vancomycin and rifampin followed by prolonged treatment with teicoplanin, with no sign of infection on follow up nine months after discharge. This is the first report in which S aureus SCV have been identified as causative organisms in a patient with brain abscess and in which in situ hybridisation has been used to detect S aureus in a clinical specimen containing SCV. Antimicrobial agents such as rifampin which have intracellular activity should be included in treatment of infections caused by S aureus SCV.

Expression of the counter-regulatory peptide intermedin is augmented in the presence of oxidative stress in hypertrophied cardiomyocytes.

Background: Intermedin (IMD), a novel cardiac peptide related to adrenomedullin (AM), protects against myocardial ischemia-reperfusion injury and attenuates ventricular remodelling. IMD’s actions are mediated by a calcitonin receptor-like receptor in association with receptor activity modifying proteins (RAMPs 1-3). Aim/method: using the spontaneously hypertensive rat (SHR) and normotensive Wistar Kyoto (WKY) rat at 20 weeks of age, to examine (i) the presence of myocardial oxidative stress and concentric hypertrophy; (ii) expression of IMD, AM and receptor components. Results: In left and right ventricular cardiomyocytes from SHR vs. WKY cell width (26% left, 15% right) and mRNA expression of hypertrophic markers ANP (2.7 fold left, 2.7 fold right) and BNP (2.2 fold left, 2.0 fold right) were enhanced. In left ventricular cardiomyocytes only (i) oxidative stress was indicated by increased membrane protein carbonyl content (71%) and augmented production of O2- anion (64%); (ii) IMD (6.8 fold), RAMP1 (2.5 fold) and RAMP3 (2.0 fold) mRNA was increased while AM and RAMP2 mRNA was not altered; (iii) abundance of RAMP1 (by 48%), RAMP2 (by 41%) and RAMP3 (by 90%) monomers in cell membranes was decreased. Conclusion: robust augmentation of IMD expression in hypertrophied left ventricular cardiomyocytes indicates a prominent role for this counter-regulatory peptide in the adaptation of the SHR myocardium to the stresses imposed by chronic hypertension. The local concentration and action of IMD may be further enhanced by down-regulation of NEP within the left ventricle.

Myocardial infarction in the C57BL/6J mouse - A quantifiable and highly reproducible experimental model

Introduction: The laboratory mouse is a powerful tool in cardiovascular research. In this report, we describe a method for a reproducible mouse myocardial infarction model that would allow subsequent comparative and quantitative studies on molecular and pathophysiological variables. Methods: (A) The distribution of the major coronary arteries including the septal artery in the left ventricle of the C57BL/6J mice (n=20) was mapped by perfusion of latex dye or fluorescent beads through the aorta. (B) The territory of myocardial infarction after the ligation of the most proximal aspect of the left anterior descending (LAD) coronary artery was quantified. (C) The consistency in the histological changes parallel to the infarction at different time points was analyzed. Results: (A) The coronary artery tree of the mouse is different from human and, particularly, in regard to the blood supply of the septum. (B) Contrary to previous belief, the septal coronary artery in the mouse is variable in origin. (C) A constant ligation of the LAD immediately below the left auricular level ensures a statistically significant reproducible infarct size. (D) The ischemic changes can be monitored at a histological level in a way similar to what is described in the human. Conclusion: We illustrate a method for maximal reproducibility of experimental acute myocardial infarction in the mouse model, due to a consistent loss of perfusion in the lower half of the left ventricle. This will allow the study of molecular and physiological variables in a controlled and quantifiable experimental model environment. (C) 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

The activity of mouse Cerberus like 2 during cardiogenesis - genetic and morphogenetic studies

Cardiogenesis is a delicate and complex process that requires the coordination of an intricate network of pathways and the different cell types. Therefore, understanding heart development at the morphogenetic level is an essential requirement to uncover the causes of congenital heart disease and to provide insight for disease therapies. Mouse Cerberus like 2 (Cerl2) has been defined as a Nodal antagonist in the node with an important role in the Left-Right (L/R) axis establishment, at the early embryonic development. As expected, Cerl2 knockout mice (Cerl2-/-) showed multiple laterality defects with associated cardiac failure. In order to identify the endogenous role of Cerl2 during heart formation independent of its described functions in the node, we accurately analyzed animals where laterality defects were not present. We thereby unravel the consequences of Cerl2 lossof- function in the heart, namely increased left ventricular thickness due to hyperplasia of cardiomyocytes and de-regulated expression of cardiac genes. Furthermore, the Cerl2 mutant neonates present impaired cardiac function. Once that the cardiac expression of Cerl2 is mostly observed in the left ventricle until around midgestration, this result suggest a specific regulatory role of Cerl2 during the formation of the left ventricular myoarchitecture. Here, we present two possible molecular mechanisms underlying the cardiac Cerl2 function, the regulation of Cerl2 antagonist in activation of the TGFßs/Nodal/Activin/Smad2 signaling identified by increased Smad2 phosphorilation in Cerl2-/- hearts and the negative feedback between Cerl2 and Wnt/ß-catenin signaling in heart formation. In this work and since embryonic stem cells derived from 129 mice strain is extensively used to produce targeted mutants, we also present echocardiographic reference values to progressive use of juveniles and young adult 129/Sv strain in cardiac studies. In addition, we investigate the cardiac physiology of the surviving Cerl2 mutants in 129/Sv background over time through a follow-up study using echocardiographic analysis. Our results revealed that Cerl2-/- mice are able to improve and maintain the diastolic and most of systolic cardiac physiologic parameters as analyzed until young adult age. Since Cerl2 is no longer expressed in the postnatal heart, we suggest that an intrinsic and compensatory mechanism of adaptation may be active for recovering the decreased cardiac function found in Cerl2 mutant neonates. Altogether, these data highlight the role of Cerl2 during embryonic heart development in mice. Furthermore, we also suggest that Cerl2-/- may be an interesting model to uncover the molecular, cellular and physiological mechanisms behind the improvement of the cardiac function, contributing to the development of therapeutic approaches to treat heart failures.

Impact de l’axe de la parathormone sur la masse ventriculaire gauche suite à une chirurgie de remplacement de la valve aortique

L’hypertrophie du ventricule gauche est une complication fréquente chez les gens souffrant de sténose aortique. Lorsque ces patients subissent un remplacement de la valve aortique, l’ampleur de la régression de l’hypertrophie dépend de plusieurs facteurs hémodynamiques qui sont peu ou pas modifiables. Dans ce travail, l’implication de la parathormone dans l’hypertrophie du ventricule gauche chez ces patients a été évaluée. Il s’agit d’une étude transversale comptant 195 patients recrutés 8±3,5 ans après leur chirurgie. La fonction et la masse ventriculaire gauche ont été évaluées par échocardiographie Doppler. Des mesures du niveau plasmatique de parathormone, de vitamine D, de calcium et de phosphate ont été obtenues. Les résultats démontrent que le niveau de parathormone est associé de façon indépendante et significative avec la masse ventriculaire gauche et l’hypertrophie du ventricule gauche. De plus, le niveau de vitamine D et la fonction rénale étaient en corrélation inverse avec le niveau de parathormone.

Primary cilia and the regulation of hedgehog signaling: link to cardiac development

RESUMO: As células eucarióticas evoluíram um sistema de sinalização complexo que lhes permite responder aos sinais extracelulares e intracelulares. Desta forma, as vias de sinalização são essenciais para a sobrevivência da célula e do organismo, uma vez que regulam processos fundamentais, tais como o desenvolvimento, o crescimento, a imunidade, e a homeostase dos tecidos. A via de transdução de sinal Hedgehog (Hh) envolve o receptor Patched1 (Ptch1), que tem um efeito inibidor sobre a proteína Smoothened (Smo) na ausência dos seus ligandos, as proteínas Sonic hedgehog (Shh). Estas proteínas são reguladores fundamentais do desenvolvimento embrionário, como ilustrado pelas malformações drásticas observadas em embriões humanos e de murganho com perturbações da transdução de sinal da via Hh e que incluem polidactilia, defeitos craniofaciais e malformações ósseas. Igualmente importantes são as consequências da ativação inapropriada da via de sinalização Hh na formação de tumores. Curiosamente, os componentes desta via localizam-se nos cílios primários. Além disso, demonstrou-se que esta localização é crucial para a sinalização através da via Hh. Na presença dos ligandos, Ptch1 é internalizado e destinado a degradação ou sequestrado num compartimento da célula de onde não pode desempenhar o seu papel inibitório. A proteína Arl13b é uma pequena GTPase pertencente à família Arf/Arl da superfamília Ras de pequenas GTPases e foi implicada no síndrome de Joubert, uma ciliopatia caracterizada por ataxia congénita cerebelar, hipotonia, atrso mental e cardiopatia congénita. Murganhos deficientes para Arl13b, chamado hennin (hnn) morrem morrem prematuramente ao dia 13,5 de gestação (E13,5) e exibem anomalias morfológicas nos cílios que levam à interrupção da sinalização Hh. Além disso, a Arl13b está diretamente envolvida na regulação da via Hh, controlando a localização de vários componentes desta via nos cílios primários. Neste trabalho, mostramos que a Arl13b se localiza em circular dorsal ruffles (CDRs), que são estruturas de actina envolvidas em macropinocitose e internalização de recetores, e que regula a sua formação. Além disso, aprofundámos o conhecimento do processo de ativação da via de sinalização Hh, mostrando que as CDRs sequestram seletivamente e internalizam o recetor Ptch1. As CDRs formam-se minutos após ativação da via por ligandos Shh ou pelo agonista de Smo SAG e continuam a ser formadas a partir daí, sugerindo uma indução contínua da reorganização do citoesqueleto de actina quando a via está ativada. Observámos ainda que a inibição da formação de CDRs através do silenciamento de WAVE1, uma proteína necessária para a formação destas estruturas, resulta na diminuição da ativação da via de sinalização Hh. Além disso, o bloqueio da macropinocitose, que se segue ao fecho das CDRs, através do silenciamento de uma proteína necessária para a cisão de macropinossomas, nomeadamente a proteína BARS, tem um efeito semelhante. Estes resultados sugerem que as CDRs e a macropinocitose são necessárias para a ativação da via de sinalização Hh e indicam que esta via de internalização controla os níveis de sinal Hh. Durante o desenvolvimento, as células proliferativas dependem do cílio primário para a transdução de várias vias de sinalização. A via Hh induz a diferenciação do músculo cardíaco. Por conseguinte, os murganhos deficientes na via de sinalização Hh exibem uma variedade de defeitos de lateralidade, incluindo alteração do looping do coração, como pode ser visto em murganhos deficientes para Arl13b. Por conseguinte, investigámos o papel da Arl13b no desenvolvimento do coração. Mostramos que a Arl13b é altamente expressa no coração de embriões de murganho e de murganhos adultos ao nível do mRNA e da proteína. Além disso, o perfil de distribuição da Arl13b no coração segue o dos cílios primários, que são essenciais para o desenvolvimento cardíaco. Corações de murganhos hnn no estadio E12,5 mostram um canal átrio-ventricular aberto, espessamento da camada compacta ventricular e aumento do índice mitótico no ventrículo esquerdo. Além disso, um atraso de 1 a 2 dias no desenvolvimento é observado em corações de murganhos hnn, quando comparados com controlos selvagens no estadio E13,5. Assim, estes resultados sugerem que a Arl13b é necessária para o desenvolvimento embrionário do coração e que defeitos cardíacos podem contribuir para a letalidade embrionária de murganhos hnn. Em suma, foi estabelecido um novo mecanismo para a regulação dos níveis de superfície do recetor Ptch1, que envolve a remodelação do citoesqueleto de actina e a formação de CDRs após a ativação da via de sinalização Hh. Este mecanismo permite um feedback negativo que evita a repressão excessiva da via através da remoção de Ptch1 da superfície da célula. Além disso, determinou-se que uma mutação de perda de função na Arl13b causa defeitos cardíacos durante o desenvolvimento, possivelmente relacionados com a associação dos defeitos em cílios primários e na sinalização Hh, existentes em murganhos deficientes para Arl13b. A via de sinalização Hh tem tido um papel central entre as vias de sinalização, uma vez que a sua regulação é crucial para o funcionamento apropriada da célula. Assim, a descoberta de um novo mecanismo de tráfego através de macropinocitose e CDRs que controla a ativação e repressão da via de sinalização Hh traz novas perspetivas de como esta via pode ser regulada e pode ainda conduzir à identificação de novos alvos e estratégias terapêuticas. --------------------ABSTRACT: Eukaryotic cells have evolved a complex signaling system that allows them to respond to extracellular and intracellular cues. Signaling pathways are essential for cell and organism survival, since they regulate fundamental processes such as development, growth, immunity, and tissue homeostasis. The Hedgehog (Hh) pathway of signal transduction involves the receptor Patched1 (Ptch1), which has an inhibitory effect on Smoothened (Smo) in the absence of its ligands, the Sonic hedgehog (Shh) proteins. These proteins are fundamental regulators of embryonic development, as illustrated by the dramatic malformations seen in human and mouse embryos with perturbed Hh signal transduction that include polydactyly, craniofacial defects and skeletal malformations. Equally important are the consequences of inappropriate activation of the Hh signaling response in tumor formation. Interestingly, the components of this pathway localize to primary cilia. Moreover, it has been shown that this localization is crucial for Hh signaling. However, in the presence of the ligands, Ptch1 is internalized and destined for degradation or sequestered in a cell compartment where it no longer can play its inhibitory role. ADP-ribosylation factor-like (Arl) 13b, a small GTPase belonging to Arf/Arl family of the Ras superfamily of small GTPases has been implicated in Joubert syndrome, a ciliopathy characterized by congenital cerebellar ataxia, hypotonia, intellectual disability and congenital heart disease. Arl13b-deficient mice, called hennin (hnn) die at embryonic day 13.5 (E13.5) and display morphological abnormalities in primary cilia that lead to the disruption of Hh signaling. Furthermore, Arl13b is directly involved in the regulation of Hh signaling by controlling the localization of several components of this pathway to primary cilia. Here, we show that Arl13b localizes to and regulates the formation of circular dorsal rufles (CDRs), which are actin-basedstructures known to be involved in macropinocytosis and receptor internalization. Additionally, we extended the knowledge of the Hh signaling activation process by showing that CDRs selectively sequester and internalize Ptch1 receptors. CDRs are formed minutes after Hh activation by Shh ligands or the Smo agonist SAG and keep being formed thereafter, suggesting a continuous induction of actin reorganization when the pathway is switched on. Importantly, we observed that disruption of CDRs by silencing WAVE1, a protein required for CDR formation, results in down-regulation of Hh signaling activation. Moreover, the blockade of macropinocytosis, which follows CDR closure, through silencing of a protein necessary for the fission of macropinosomes, namely BARS has a similar effect. These results suggest that CDRs and macropinocytosis are necessary for activation of Hh signaling and indicate that this pathway of internalization controls Hh signal levels. During development, proliferating cells rely on the primary cilium for the transduction of several signaling pathways. Hh induces the differentiation of cardiac muscle. Accordingly, Hh-deficient mice display a variety of laterality defects, including alteration of heart looping, as seen in Arl13b-deficient mice. Therefore, we investigated the role of Arl13b in heart development. We show that Arl13b is highly expressed in the heart of both embryonic and adult mice at mRNA and protein levels. Also, Arl13b localization profile mimics that of primary cilia, which have been shown to be essential to early heart development. E12.5 hnn hearts show an open atrioventricular channel, increased thickening of the ventricular compact layer and increased mitotic index in the left ventricle. Moreover, a delay of 1 to 2 days in development is observed in hnn hearts, when compared to wild-type controls at E13.5. Hence, these results suggest that Arl13b is necessary for embryonic heart development and that cardiac defects might contribute to the embryonic lethality of hnn mice. Altogether, we established a novel mechanism for the regulation of Ptch1 surface levels, involving cytoskeleton remodeling and CDR formation upon Hh signaling activation. This mechanism allows a negative feedback loop that prevents excessive repression of the pathway by removing Ptch1 from the cell surface. Additionally, we determined that the Arl13b loss-offunction mutation causes cardiac defects during development, possibly related to the associated ciliary and Hh signaling defects found in Arl13b-deficient mice. Hh signaling has taken a center stage among the signaling pathways since its regulation is crucial for the appropriate output and function of the cell. Hence, the finding of a novel trafficking mechanism through CDRs and macropinocytosis that controls Hh signaling activation and repression brings new insights to how this pathway can be regulated and can lead to the discovery of novel therapeutic targets and strategies.