Una quinasa inexplorada en las células del músculo cardíaco puede ser un buen objetivo para tratar la insuficiencia cardíaca, una enfermedad que solo se retrasa gradualmente con las terapias existentes. Los corazones humanos que fallaron mostraron cantidades reducidas de esta quinasa, y los experimentos preclínicos mostraron que restaurar la cantidad de esta quinasaquinasa en un modelo de ratón agotado en quinasa rescató al animal de insuficiencia cardíaca, según un estudio publicado en la revista Circulación y dirigido por el investigador Hind Lal, Ph.D. de la Universidad de Alabama en Birmingham
La insuficiencia cardíaca, especialmente en los meses o años posteriores a los ataques cardíacos, es una causa frecuente, costosa y creciente de morbilidad y mortalidad en todo el mundo.
La quinasa de señalización es HIPK2. Si bien se han identificado varios cientos de proteína quinasas en las células del músculo cardíaco de corazones humanos defectuosos, el estudio ha descuidado hasta ahora la mayoría de las quinasas cardíacas altamente expresadas, incluida la HIPK2.
"Nuestro estudio identifica a HIPK2 como un regulador novedoso de la progresión de la insuficiencia cardíaca", dijo Lal, profesor asociado de medicina en la División de Enfermedades Cardiovasculares de la UAB.
Las quinasas reguladoras como HIPK2 son las enzimas que pueden transmitir una señal desde la superficie de la célula, trabajando a través de una cascada de quinasas, al núcleo celular, donde la señal altera la expresión de genes en el cromosoma.
Para identificar a HIPK2 como un buen candidato para el estudio, Lal y sus colegas adoptaron un enfoque bioinformático. Primero identificaron genes que se expresaban diferencialmente en corazones de ratón defectuosos y luego usaron tres algoritmos diferentes para postular los factores de transcripción responsables de esos cambios de expresión.Finalmente, vincularon esos factores de transcripción con posibles reguladores de quinasas aguas arriba.
"Entre esos candidatos, identificamos un modulador potencial de la insuficiencia cardíaca: HIPK2, una quinasa cuyo papel en la biología cardíaca nunca se había estudiado antes", dijo Lal. "Para determinar el papel de HIPK2 en los corazones humanos defectuosos, examinamosla expresión de HIPK2 en tejido cardíaco de pacientes con miocardiopatía isquémica en etapa terminal. La expresión de HIPK2 disminuyó drásticamente en los corazones que fallaron en comparación con los corazones humanos normales ".
Eso preparó el escenario para un estudio más profundo.
Los principales hallazgos, encontrados en experimentos con modelos de ratón y células del músculo cardíaco de rata, fueron que la eliminación de HIPK2 de las células del músculo cardíaco, conocidas como cardiomiocitos, conducía a un deterioro progresivo de la función cardíaca con la edad. Los ratones más jóvenes tenían un corazón normalA nivel molecular, los investigadores demostraron que la deficiencia de HIPK2 provocó un aumento de la muerte celular programada, o apoptosis, de los cardiomiocitos en el músculo cardíaco. Mecánicamente, la deficiencia de HIPK2 y la señalización de apoptosis actuaron a través de una disminución de la fosforilación de la cinasa ERK1 / 2.
Lal y sus colegas especulan que la restauración cardíaca específica de HIPK2 en corazones humanos que fallan puede ser una forma de retrasar la progresión de la enfermedad.
Detalles del estudio
Los investigadores generaron ratones con HIPK2 desactivado en células de cardiomiocitos. A los 2 meses de edad, los ratones knockout que carecían de HIPK2 del músculo cardíaco tenían el mismo nivel de función cardíaca que los controles. Sin embargo, a los 3 meses mostraron una disminución significativa del corazón.función fracción de eyección más baja y un acortamiento fraccional y también tuvo una elevación significativa de los marcadores de insuficiencia cardíaca NPPA y NPPB.
Los ratones knock-out no mostraron cambios en la fibrosis o el manejo del calcio en comparación con los controles. A los 8 meses de edad, la insuficiencia cardíaca en los ratones knock-out fue mucho peor y los corazones mostraron remodelación y agrandamiento.
Los investigadores también estudiaron ratones heterocigotos, donde un gen HIPK2 se eliminó en los cardiomiocitos y el otro quedó intacto. Estos ratones haploinsuficientes tenían una función cardíaca comparable a los controles a los 3 meses, pero a los 6 meses, su función cardíaca se redujo significativamente.y los ratones mostraron dilatación del ventrículo izquierdo y adelgazamiento de la pared del músculo cardíaco.
"Por lo tanto, estos hallazgos indicaron una relación directa dependiente de la dosis entre el nivel de expresión de HIPK2 de cardiomiocitos y la función cardíaca", dijo Lal.
Los investigadores encontraron que la fosforilación de las quinasas ERK1 / 2 disminuyó significativamente en los corazones de ratones heterocigotos, lo que sugiere que HIPK2 actuó a través de la señalización ERK.
En experimentos con cardiomiocitos ventriculares de rata neonatal, encontraron que la caída de HIPK2 disminuyó significativamente la fosforilación de ERK1 y ERK2; por el contrario, la sobreexpresión de HIPK2 condujo a una elevación significativa de la fosforilación de ERK1 / 2. Además, esta sobreexpresión dependía de que HIPK2 conservara undominio quinasa.
Es bien sabido que la señalización ERK protege al corazón de la apoptosis inducida por el estrés, que es un factor clave de la remodelación cardíaca y la insuficiencia cardíaca. También se sabe que HIPK2 es un regulador clave de la apoptosis. Por lo tanto, Lal y sus colegasbuscaron apoptosis en los ratones knockout para HIPK2. Encontraron una elevación significativa de la molécula proapoptótica BAX en el músculo cardíaco, y la histología mostró una clara elevación de los núcleos positivos para TUNEL en el tejido del músculo cardíaco, un signo de células en apoptosis.
Para probar la hipótesis de que la señalización defectuosa de ERK en los corazones knockout para HIPK2 era el principal impulsor de la disfunción cardíaca, los investigadores realizaron un experimento de rescate. Usaron terapia génica para agregar la sobreexpresión de la quinasa MEK1 a los cardiomiocitos knockout. Se conoce MEK1actuar corriente arriba de ERK en la cascada de señalización de la quinasa. Esta adición no solo restauró la fosforilación de ERK en los ratones knockout; también mejoró significativamente la fracción de eyección y el acortamiento fraccional de los corazones de los ratones, y disminuyó la apoptosis de los cardiomiocitos knockout.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Alabama en Birmingham . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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