Μηχανισμοί αλληλεπίδρασης του β αδρενεργικού συστήματος με το σύστημα της θυρεοειδικής ορμόνης-θυρεοειδικών υποδοχέων σε μοντέλο απομονωθέντων νεογνικών καρδιομυοκυττάρων

Abstract

Pharmacologic treatments which aim to induce physiological hypertrophy are now thought as novel treatments for heart failure. Thus, clenbuterol, a beta-2 adrenergic agonist has recently been shown to partially reverse cardiac remodeling by inducing physiological hypertrophy. Furthermore, thyroid hormone, a well establish molecule of inducing physiological hypertrophy has been shown to reverse cardial remodeling. The present study further investigated potential underlying mechanisms of this effect in a neonatal cardiomyocytes cell based model. Neonatal cardiomyocytes obtained from newborn rats were exposed to clenbuterol (CLEN, 1κΜ) and T(3) (T3, 100nM) for 8 min, 60 min and 5 days, while untreated cells served as controls. CLEN administration resulted in well organized and orientation of cytoskeletal fibers manifesting as a longitudinal cell shape, while had no effect on myosin heavy chain (MHC) isoform expression. This response was accompanied by a 2.2 fold increase in phospho-p38 MAPK levels at 5 days and a 2.8 fold increase in phospho-JNK levels at 8 min as compared to untreated cells, p<0.05 while no changes were observed in ERK and Akt. The levels of TRs expression were no significantly changed. Administration of SB203580 (a specific p38 MAPK inhibitor) abrogated the CLEN induced changes in cardiomyocyte morphology, while it had no effect on TRs and myosin heavy chain (MHC) isoform expression. T(3) administration resulted in an elongated cell shape and well oriented and organized cytoskeletal fibers, while α-MHC isoform expression was, significantly, increased, p<0.05 and β-MHC isoform expression was, significantly, reduced p<0.05. This response was accompanied by a 1.9-fold increase in phosphoERK levels early at 8 min which, within 60 min, returned to the levels of the untreated cells. Phospho-JNK levels were 2.0 fold significantly reduced within 60 min after T(3) treatment while no changes in the expression of phospho-Akt and phospho-p38 MAPK were found between the T(3) treated and untreated cells. This response was accompanied by a 2.5-fold increase in TRα1, p<0.05 and no changes in TRβ1 levels were observed. In conclusion, clenbuterol induces favorable changes in neonatal cardiomyocyte shape and geometry without affecting MHC isoform expression. Activation of p38 MAPK signaling seems, at least in part, to be implicated in this response. T(3), also, induces changes in cardiomyocyte shape and geometry with a significant reduction in β-MHC and an increase in α-MHC isoform expression. This response involves the ERK kinase signaling.

Οι φαρμακολογικές θεραπείες που έχουν ως σκοπό να επάγουν την φυσιολογική υπερτροφία θεωρούνται, πλέον, ως νέα θεραπευτική προσέγγιση στην αντιμετώπιση της καρδιακής ανεπάρκειας. Έτσι, κλενβουτερόλη, ένας β2 αδρενεργικός αγωνιστής, έχει αποδειχθεί ότι πιθανά αναστρέφει εν μέρει την καρδιακή αναδιαμόρφωση, επάγοντας φυσιολογική υπερτροφία. Επιπλέον, η θυρεοειδική ορμόνη, ένα γνωστό μόριο επαγωγής φυσιολογικής υπερτροφίας έχει αποδειχθεί ότι αντιστρέφει την καρδιακή αναδιαμόρφωση Η παρούσα μελέτη διερεύνησε περαιτέρω τους πιθανούς μοριακούς μηχανισμούς που υπόκεινται της δράσης των δύο μορίων σε πειραματικό μοντέλο νεογνικών καρδιομυοκυττάρων. Νεογνικά καρδιομυοκύτταρα από επίμυες 0-24 ωρών καλλιεργήθηκαν και εκτέθηκαν σε 1 μΜ κλενβουτερόλης (CLEN) και 100 nΜ Τ3 (Τ3) για 8 λεπτά, 60 λεπτά και 5 ήμερες, ενώ φυσιολογικά κύτταρα χρησιμοποιήθηκαν σαν ομάδα ελέγχου (CONT). Η χορήγηση της κλενβουτερόλης είχε ως αποτέλεσμα τον καλά οργανωμένο και παράλληλα προσανατολισμένο κυτταροσκελετό και έδωσε στα κύτταρα επίμηκες σχήμα, χωρίς να επιφέρει αλλαγές στην έκφραση των ισόμορφων της μυοσίνης. Η απόκριση, αυτή, συνοδεύτηκε από αύξηση των επιπέδων της φωσφορυλιωμένης p38 MAP κινάσης στις 5 ήμερες κατά 2.2 φορές και της φωσφορυλιωμένης JNK κινάσης στα 8 λεπτά κατά 2.8 φορές. Δεν παρατηρήθηκαν αλλαγές στα επίπεδα των ERK και Akt κινασών. Τα επίπεδα των θυρεοειδικών υποδοχέων δεν άλλαξαν. Η χορήγηση του ειδικού αναστολέα της p38 κινάσης, SB203580, αντέστρεψε το αποτέλεσμα της κλενβουτερόλης στο σχήμα των κυττάρων, χωρίς να επηρεάσει την έκφραση των TRs και των ισομορφών της μυοσίνης. Η χορήγηση της τριιωδοθυρονίνης είχε ως αποτέλεσμα επιμήκη κύτταρα με καλά οργανωμένο και παράλληλα προσανατολισμένο κυτταροσκελετό, αλλάζοντας το πρότυπο έκφρασης της μυοσίνης προς τον ενήλικο φαινότυπο με έκφραση μονό της α-MHC. Η απάντηση αυτή συνοδεύτηκε από αύξηση της φωσφο-ERK κινάσης κατά 1.9 φορές, p<0.05, στα 8 λεπτά η οποία, μέσα σε 60 λεπτά, επέστρεψε στα φυσιολογικά επίπεδα. Τα επίπεδα της φωσφορυλιωμένης JNK κινάσης μειώθηκαν κατά 2 φορές, p<0.05, εντός 60 λεπτών, ενώ δεν παρατηρήθηκαν αλλαγές στην έκφραση των φωσφο-Akt και φωσφο-p38 MAP κινασών. Η απόκριση αυτή συνοδεύτηκε από αύξηση στον TRa1 κατά 2.5 φορές, p<0.05, και δεν επηρέασε τα επίπεδα του TRβ1. Εν κατακλείδι, η κλενβουτερόλη προκαλεί ευνοϊκές αλλαγές στο κυτταρικό σχήμα χωρίς να επηρεάζει την έκφραση των ισομορφών της μυοσίνης, μέσω μη γενωμικής δράσης. Η ενεργοποίηση της p38 ΜΑΡΚ σηματοδότησης φαίνεται, τουλάχιστον εν μέρει να εμπλέκεται σε αυτή την απάντηση. Η τριιωδοθυρονίνη, επίσης, προκαλεί αλλαγές στο κυτταρικό σχήμα και τη γεωμετρία με σημαντική μείωση της έκφρασης της β-MHC και αύξηση της α-MHC ισόμορφης. Στην απόκριση αυτή φαίνεται ότι εμπλέκεται η σηματοδότηση της ERK κινάσης μέσω γενωμικής δράσης.