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Estudo da remodelagem reversa miocárdica através da análise proteómica do miocárdio e do líquido pericárdico

Abstract

Valve replacement remains as the standard therapeutic option for aortic stenosis patients, aiming at abolishing pressure overload and triggering myocardial reverse remodeling. However, despite the instant hemodynamic benefit, not all patients show complete regression of myocardial hypertrophy, being at higher risk for adverse outcomes, such as heart failure. The current comprehension of the biological mechanisms underlying an incomplete reverse remodeling is far from complete. Furthermore, definitive prognostic tools and ancillary therapies to improve the outcome of the patients undergoing valve replacement are missing. To help abridge these gaps, a combined myocardial (phospho)proteomics and pericardial fluid proteomics approach was followed, taking advantage of human biopsies and pericardial fluid collected during surgery and whose origin anticipated a wealth of molecular information contained therein. From over 1800 and 750 proteins identified, respectively, in the myocardium and in the pericardial fluid of aortic stenosis patients, a total of 90 dysregulated proteins were detected. Gene annotation and pathway enrichment analyses, together with discriminant analysis, are compatible with a scenario of increased pro-hypertrophic gene expression and protein synthesis, defective ubiquitinproteasome system activity, proclivity to cell death (potentially fed by complement activity and other extrinsic factors, such as death receptor activators), acute-phase response, immune system activation and fibrosis. Specific validation of some targets through immunoblot techniques and correlation with clinical data pointed to complement C3 β chain, Muscle Ring Finger protein 1 (MuRF1) and the dual-specificity Tyr-phosphorylation regulated kinase 1A (DYRK1A) as potential markers of an incomplete response. In addition, kinase prediction from phosphoproteome data suggests that the modulation of casein kinase 2, the family of IκB kinases, glycogen synthase kinase 3 and DYRK1A may help improve the outcome of patients undergoing valve replacement. Particularly, functional studies with DYRK1A+/- cardiomyocytes show that this kinase may be an important target to treat cardiac dysfunction, provided that mutant cells presented a different response to stretch and reduced ability to develop force (active tension). This study opens many avenues in post-aortic valve replacement reverse remodeling research. In the future, gain-of-function and/or loss-of-function studies with isolated cardiomyocytes or with animal models of aortic bandingdebanding will help disclose the efficacy of targeting the surrogate therapeutic targets. Besides, clinical studies in larger cohorts will bring definitive proof of complement C3, MuRF1 and DYRK1A prognostic value.A substituição da válvula aórtica continua a ser a opção terapêutica de referência para doentes com estenose aórtica e visa a eliminação da sobrecarga de pressão, desencadeando a remodelagem reversa miocárdica. Contudo, apesar do benefício hemodinâmico imediato, nem todos os pacientes apresentam regressão completa da hipertrofia do miocárdio, ficando com maior risco de eventos adversos, como a insuficiência cardíaca. Atualmente, os mecanismos biológicos subjacentes a uma remodelagem reversa incompleta ainda não são claros. Além disso, não dispomos de ferramentas de prognóstico definitivos nem de terapias auxiliares para melhorar a condição dos pacientes indicados para substituição da válvula. Para ajudar a resolver estas lacunas, uma abordagem combinada de (fosfo)proteómica e proteómica para a caracterização, respetivamente, do miocárdio e do líquido pericárdico foi seguida, tomando partido de biópsias e líquidos pericárdicos recolhidos em ambiente cirúrgico. Das mais de 1800 e 750 proteínas identificadas, respetivamente, no miocárdio e no líquido pericárdico dos pacientes com estenose aórtica, um total de 90 proteínas desreguladas foram detetadas. As análises de anotação de genes, de enriquecimento de vias celulares e discriminativa corroboram um cenário de aumento da expressão de genes pro-hipertróficos e de síntese proteica, um sistema ubiquitina-proteassoma ineficiente, uma tendência para morte celular (potencialmente acelerada pela atividade do complemento e por outros fatores extrínsecos que ativam death receptors), com ativação da resposta de fase aguda e do sistema imune, assim como da fibrose. A validação de alguns alvos específicos através de immunoblot e correlação com dados clínicos apontou para a cadeia β do complemento C3, a Muscle Ring Finger protein 1 (MuRF1) e a dual-specificity Tyr-phosphoylation regulated kinase 1A (DYRK1A) como potenciais marcadores de uma resposta incompleta. Por outro lado, a predição de cinases a partir do fosfoproteoma, sugere que a modulação da caseína cinase 2, a família de cinases do IκB, a glicogénio sintase cinase 3 e da DYRK1A pode ajudar a melhorar a condição dos pacientes indicados para intervenção. Em particular, a avaliação funcional de cardiomiócitos DYRK1A+/- mostraram que esta cinase pode ser um alvo importante para tratar a disfunção cardíaca, uma vez que os miócitos mutantes responderam de forma diferente ao estiramento e mostraram uma menor capacidade para desenvolver força (tensão ativa). Este estudo levanta várias hipóteses na investigação da remodelagem reversa. No futuro, estudos de ganho e/ou perda de função realizados em cardiomiócitos isolados ou em modelos animais de banding-debanding da aorta ajudarão a testar a eficácia de modular os potenciais alvos terapêuticos encontrados. Além disso, estudos clínicos em coortes de maior dimensão trarão conclusões definitivas quanto ao valor de prognóstico do complemento C3, MuRF1 e DYRK1A.Programa Doutoral em Biomedicin

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Last time updated on 20/12/2020

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