RESUMO
Resumo Fundamento: É sabido que a resistência à insulina e a hiperglicemia são causas patológicas importantes no desenvolvimento de cardiomiopatia diabética (CMD). Entretanto, seus mecanismos moleculares precisos na patogênese da CMD ainda não estão claros. Objetivos: Estudos recentes revelam que os microRNAs (miRNAs) desempenham papéis essenciais na patogênese da CMD. Este projeto tem o objetivo de determinar os papéis de miR-34a e miR-125b na morte celular de cardiomiócitos causada por hiperglicemia. Métodos: Cardiomiócitos primários de ratos foram isolados e expostos a concentrações de glicose normais e altas. A viabilidade das células foi medida utilizando-se o ensaio MTT. As expressões de miR-34a e miR-125b foram detectadas por qRT-PCR. Alvos potenciais de miR-34a e miR-125b foram previstos pelo www.Targetscan.org, e validados a partir de tecidos cardíacos humanos. Um p<0,05 foi considerado significância estatística. Resultados: Demonstra-se neste estudo que o miR-34a e o miR-125b têm resposta celular reduzida no coração humano diabético. Além disso, os dados in vitro de cardiomiócitos primários de ratos demonstraram que o tratamento com glicose alta em curto prazo estimula a expressão de miR-34a e miR-125b. Demonstrou-se que, em condições de glicose alta, os cardiomiócitos de ratos apresentaram metabolismo de glicose intracelular, e a captação de glicose e a produção de lactato aumentaram significativamente. Foi identificado que as principais enzimas metabólicas da glicose, hexoquinase 2 (HK2) e lactato desidrogenase-A (LDHA) eram alvos diretos de miR-125b e miR-34a, respectivamente. A superexpressão de miR-125b e miR-34a poderia evitar a morte de celular de cardiomiócitos causada por hiperglicemia. Por fim, a recuperação de HK2 e LDHA em cardiomiócitos com superexpressão de miR-125b e miR-34a restaurou a sensibilidade de cardiomiócitos à hiperglicemia. Conclusões: Nossos resultados propõem um mecanismo molecular para proteção cardiovascular diabética mediada por microRNA e contribuirão para o desenvolvimento de estratégias de tratamento de disfunção cardiovascular associada a diabetes.
Abstract Background: It is well-known that insulin resistance and hyperglycemia are important pathological causes for the development of diabetic cardiomyopathy (DCM). However, its precise molecular mechanisms in the pathogenesis of DCM remain unclear. Objectives: Recent studies reveal that microRNAs (miRNA) play essential roles in the pathogenesis of DCM. This project aimed to determine the roles of miR-34a and miR-125b in hyperglycemia-induced cardiomyocyte cell death. Methods: Rat primary cardiomyocytes were isolated and exposed to normal and high concentrations of glucose. Cell viability was measured using MTT assay. Expressions of miR-34a and miR-125b were detected by qRT-PCR. Potential targets of miR-34a and miR-125b were predicted from www.Targetscan.org and validated from human heart tissues. A statistical significance of p<0.05 was considered. Results: The present study shows that miR-34a and miR-125b are downregulated in a human diabetic heart. Moreover, in vitro data from rat primary cardiomyocytes showed that short-term high glucose treatment stimulates miR-34a and miR-125b expressions. Under high glucose, it was found that rat cardiomyocytes displayed increased intracellular glucose metabolism, and glucose uptake and lactate production were significantly increased. It was also found that the key glucose metabolic enzymes, Hexokinase 2 (HK2) and Lactate dehydrogenase-A (LDHA), were direct targets of miR-125b and miR-34a, respectively. Overexpression of miR-125b and miR-34a could prevent hyperglycemia-induced cardiomyocyte cell death. Finally, the restoration of HK2 and LDHA in miR-125b and miR-34a overexpressed cardiomyocytes recovered the cardiomyocytes' sensitivity to hyperglycemia. Conclusion: Our results proposed a molecular mechanism for the microRNA-mediated diabetic cardiovascular protection and will contribute to developing treatment strategies for diabetes-associated cardiovascular dysfunction.
Assuntos
Animais , Ratos , MicroRNAs/genética , Hiperglicemia , Morte Celular , Miócitos Cardíacos , GlucoseAssuntos
Animais , Ratos , Trimetazidina , Síndrome do QT Longo , Diabetes Mellitus Experimental , Cardiomegalia , CoraçãoRESUMO
La enfermedad coronaria, la hipertensión arterial y la diabetes son factores de riesgo independientes para el desarrollo de insuficiencia cardíaca y muerte. La cardiomiopatía diabética (CMD) es una de las etiologías frecuentes de cardiopatía en pacientes con diabetes tipo 1 y tipo 2. Si bien se suele plantear la CMD como la causa de la cardiopatía cuando se excluyen la hipertensión arterial, las valvulopatías y la enfermedad arterial coronaria aterotrombótica, estas coexisten con frecuencia e incluso también con la neuropatía autónoma cardiovascular. En los pacientes con CMD se puede demostrar mediante tests serológicos y por imagen alteraciones a nivel molecular, metabólico, mitocondrial, celular y tisular con infiltración grasa del músculo cardíaco, vinculadas a hiperglicemia, hiperinsulinemia y resistencia a la insulina, así como a lipotoxicidad por ácidos grasos libres, que son responsables del desarrollo de la CMD. Esta entidad primero determina disfunción diastólica del ventrículo izquierdo, más tarde disfunción sistólica e insuficiencia cardíaca. Se diagnostica mediante estudios serológicos de marcadores biológicos múltiples y por técnicas de imagen que evidencian la disfunción ventricular y mejoran la predicción pronóstica de enfermedad cardiovascular en diabéticos. En base a dichas pruebas se ha propuesto una clasificación por estadios o fenotipos clínicos de la CMD, que apunta a su diagnóstico precoz. Puede ser asintomática o ser responsable de síntomas y manifestaciones severas tales como insuficiencia cardíaca, arritmias y muerte súbita. Se puede asociar a hipertensión arterial, a enfermedad coronaria, a otras manifestaciones de microangiopatía y macroangiopatía aterotrombótica y a mortalidad cardiovascular. La prevención y el tratamiento intensivo multifactorial y personalizado de la diabetes, de todas sus alteraciones metabólicas y de la cardiopatía, mejoran la calidad y prolongan la vida...
Assuntos
Humanos , Diabetes Mellitus Tipo 2/complicações , Cardiomiopatias Diabéticas/diagnóstico , Cardiomiopatias Diabéticas/fisiopatologia , Cardiomiopatias Diabéticas/terapia , Diabetes Mellitus Tipo 1/complicações , Técnicas e Procedimentos DiagnósticosRESUMO
La enfermedad coronaria, la hipertensión arterial y la diabetes son factores de riesgo independientes para el desarrollo de insuficiencia cardíaca y muerte. La cardiomiopatía diabética (CMD) es una de las etiologías frecuentes de cardiopatía en pacientes con diabetes tipo 1 y tipo 2. Si bien se suele plantear la CMD como la causa de la cardiopatía cuando se excluyen la hipertensión arterial, las valvulopatías y la enfermedad arterial coronaria aterotrombótica, estas coexisten con frecuencia e incluso también con la neuropatía autónoma cardiovascular. En los pacientes con CMD se puede demostrar mediante tests serológicos y por imagen alteraciones a nivel molecular, metabólico, mitocondrial, celular y tisular con infiltración grasa del músculo cardíaco, vinculadas a hiperglicemia, hiperinsulinemia y resistencia a la insulina, así como a lipotoxicidad por ácidos grasos libres, que son responsables del desarrollo de la CMD. Esta entidad primero determina disfunción diastólica del ventrículo izquierdo, más tarde disfunción sistólica e insuficiencia cardíaca. Se diagnostica mediante estudios serológicos de marcadores biológicos múltiples y por técnicas de imagen que evidencian la disfunción ventricular y mejoran la predicción pronóstica de enfermedad cardiovascular en diabéticos. En base a dichas pruebas se ha propuesto una clasificación por estadios o fenotipos clínicos de la CMD, que apunta a su diagnóstico precoz. Puede ser asintomática o ser responsable de síntomas y manifestaciones severas tales como insuficiencia cardíaca, arritmias y muerte súbita. Se puede asociar a hipertensión arterial, a enfermedad coronaria, a otras manifestaciones de microangiopatía y macroangiopatía aterotrombótica y a mortalidad cardiovascular. La prevención y el tratamiento intensivo multifactorial y personalizado de la diabetes, de todas sus alteraciones metabólicas y de la cardiopatía, mejoran la calidad y prolongan la vida. Se espera que investigaciones recientes, en proceso y futuras, determinen portentosos avances en la prevención y en el tratamiento de la CMD, que constituye una de las serias amenazas a la salud de la humanidad.
Coronary heart disease, hypertension and diabetes mellitus are independent risk factors for heart failure and death. Diabetic cardiomyopathy (DCM) is one of the common etiologies of cardiac disease in patients with diabetes type 1 or 2. Although DCM is often considered as the cause of heart disease when arterial hypertension, valvulopathies and atherothrombotic coronary artery are excluded, they coexist frequently, as well as with cardiovascular neuropathy. In patients with DCM, serological and imaging tests can show alterations at the molecular, metabolic, mitochondrial, cellular and tissue levels with fatty infiltration of the heart muscle, linked to hyperglycemia, hyperinsulinemia, insulin resistance, and lipotoxicity by fatty free acids, which are responsible for the development of the cardiomyopathy. The DCM first determines left ventricular diastolic dysfunction, later systolic dysfunction and heart failure. It is diagnosed by serological tests of multiple biological markers and by imaging tests that demonstrate ventricular dysfunction and improve the prognostic prediction of cardiovascular disease in diabetics. Based on these tests, a classification by stages or clinical phenotypes of DCM, which aims at its early diagnosis, has been proposed. It can be asymptomatic or be responsible for symptoms and severe manifestations such as heart failure, arrhythmias and sudden death, and may associate hypertension, coronary disease, other manifestations of microangiopathy and atherothrombotic macroangiopathy and cardiovascular mortality. The prevention and intensive multifactorial and personalized treatment of diabetes and all its metabolic and cardiac alterations, improve quality and prolong life. It is expected that ongoing and future research will determine breakthroughs in the prevention and treatment of DCM, which is one of the serious threats to the health of mankind.
Assuntos
Humanos , Diabetes Mellitus Tipo 2/complicações , Cardiomiopatias Diabéticas/diagnóstico , Cardiomiopatias Diabéticas/fisiopatologia , Cardiomiopatias Diabéticas/terapia , Técnicas e Procedimentos Diagnósticos , Diabetes Mellitus Tipo 1/complicaçõesRESUMO
BACKGROUND: L-type calcium channels (LTCCs) play important roles in regulating cardiomyocyte physiology, which is governed by appropriate LTCC trafficking to and density at the cell surface. Factors influencing the expression, half-life, subcellular trafficking, and gating of LTCCs are therefore critically involved in conditions of cardiac physiology and disease. METHODS: Yeast 2-hybrid screenings, biochemical and molecular evaluations, protein interaction assays, fluorescence microscopy, structural molecular modeling, and functional studies were used to investigate the molecular mechanisms through which the LTCC Cavß2 chaperone regulates channel density at the plasma membrane. RESULTS: On the basis of our previous results, we found a direct linear correlation between the total amount of the LTCC pore-forming Cavα1.2 and the Akt-dependent phosphorylation status of Cavß2 both in a mouse model of diabetic cardiac disease and in 6 diabetic and 7 nondiabetic cardiomyopathy patients with aortic stenosis undergoing aortic valve replacement. Mechanistically, we demonstrate that a conformational change in Cavß2 triggered by Akt phosphorylation increases LTCC density at the cardiac plasma membrane, and thus the inward calcium current, through a complex pathway involving reduction of Cavα1.2 retrograde trafficking and protein degradation through the prevention of dynamin-mediated LTCC endocytosis; promotion of Cavα1.2 anterograde trafficking by blocking Kir/Gem-dependent sequestration of Cavß2, thus facilitating the chaperoning of Cavα1.2; and promotion of Cavα1.2 transcription by the prevention of Kir/Gem-mediated shuttling of Cavß2 to the nucleus, where it limits the transcription of Cavα1.2 through recruitment of the heterochromatin protein 1γ epigenetic repressor to the Cacna1c promoter. On the basis of this mechanism, we developed a novel mimetic peptide that, through targeting of Cavß2, corrects LTCC life-cycle alterations, facilitating the proper function of cardiac cells. Delivery of mimetic peptide into a mouse model of diabetic cardiac disease associated with LTCC abnormalities restored impaired calcium balance and recovered cardiac function. CONCLUSIONS: We have uncovered novel mechanisms modulating LTCC trafficking and life cycle and provide proof of concept for the use of Cavß2 mimetic peptide as a novel therapeutic tool for the improvement of cardiac conditions correlated with alterations in LTCC levels and function.
Assuntos
Materiais Biomiméticos/administração & dosagem , Materiais Biomiméticos/metabolismo , Canais de Cálcio Tipo L/metabolismo , Sistemas de Liberação de Medicamentos/métodos , Peptidomiméticos/administração & dosagem , Peptidomiméticos/metabolismo , Sequência de Aminoácidos , Animais , Materiais Biomiméticos/química , Canais de Cálcio Tipo L/genética , Doenças Cardiovasculares/tratamento farmacológico , Doenças Cardiovasculares/metabolismo , Células Cultivadas , Feminino , Células HEK293 , Humanos , Masculino , Camundongos , Camundongos Endogâmicos C57BL , Miócitos Cardíacos/efeitos dos fármacos , Miócitos Cardíacos/metabolismo , Peptidomiméticos/química , Estrutura Secundária de Proteína , Estrutura Terciária de Proteína , Estudos RetrospectivosRESUMO
Introdução: A Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica (DPOC) está freqüentemente associada a comorbidades crônicas como a doença cardiovascular, o diabetes mellitus e a hipertensão. O presente estudo tem por objetivo investigar as alterações morfológicas e funcionais no coração secundárias ao enfisema pulmonar em ratos diabéticos. Métodos: Ratos Wistar machos adultos (200 ± 20 g, n = 36) foram destinados à avaliação ecocardiográfica, análise morfométrica do coração e pulmões e análise da taxa de sobrevida. O diabetes mellitus foi induzido por aloxana (42 mg/kg, iv) 10 dias antes da indução do enfisema pulmonar por instilação de elastase (0,25 UI/100 g de peso corpóreo). Um grupo de ratos diabéticos recebeu tratamento com insulina NPH (4 UI antes da elastase, seguido de 2 UI/dia, 50 dias). Os experimentos foram realizados 50 dias após a instilação. Resultados: Ratos diabéticos e respectivos controles instilados com elastase apresentaram aumentos similares no diâmetro médio alveolar, cujos valores correlacionam-se positivamente com aumentos na espessura da parede (p=0,0022), na área da cavidade (p=0,0001) e espessura dos cardiomiócitos (p=0,0001) do ventriculo direito (VD). Ratos tornados diabéticos por injeção de aloxana exibiram redução na espessura da parede do ventrículo esquerdo (VE), no septo interventricular (IV) e na espessura dos cardiomiócitos. Estas variáveis morfométricas associaram-se à redução da fração de encurtamento do VE (p < 0,05) e a aumento no tempo de relaxamento isovolumétrico do VE (p < 0,05). A taxa de sobrevida reduziu-se de 80% em ratos diabéticos a 40% em ratos diabéticos instilados com elastase (p < 0,05). Conclusões: O diabetes por aloxana em ratos não modifica a hipertrofia do VD secundária ao enfisema pulmonar, porém induz disfunção ventricular esquerda. A manifestação de ambas as doenças, diabetes mellitus e enfisema pulmonar, reduz substancialmente a taxa de sobrevida, enfatizando a condição de comorbidade na coexistência de...
Background: Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) is often associated with chronic comorbid conditions of cardiovascular disease, diabetes mellitus and hypertension. This study aimed to investigate morphological and functional alterations of the heart secondary to chronic emphysema in diabetic rats. Methods: Adult male Wistar rats (200 ± 20 g, n=36) were used for echocardiographic measurements, morphometric analyses of the heart and lungs, and survival rate. Diabetes mellitus was induced by alloxan (42 mg/kg, iv) 10 days before the induction of pulmonary emphysema by the instillation of elastase (0.25 IU/100 g body weight). A group of diabetic rats was treated with NPH insulin (4 IU before elastase, plus 2 IU/day, 50 days). Experiments were performed 50 days after instillation. Results: Both elastase-instilled diabetic rats and matching controls exhibited similar increases in mean alveolar diameter, which are positively correlated with increases in RV wall thickness (p=0.0022), cavity area (p=0.0001), and cardiomyocyte thickness (p=0.0001). Alloxan-diabetic rats demonstrated a reduction in left ventricular (LV) wall, IV septum, and cardiomyocyte thickness, associated with a reduction in LV fractional shortening (p<0.05), and an increase in LViv relaxation time (p < 0.05). Survival rate decreased from 80% in diabetic rats to 40% in elastase-instilled diabetic rats. Conclusions: Alloxan diabetes did not affect RV hypertrophy secondary to chronic emphysema, but induced LV dysfunction. The association of diabetes and emphysema substantially reduced the survival rate, emphasizing the comorbid condition of the coexistence of diabetes and COPD.