The role of the Neuregulin-1/Erbb signaling pathway in cardiac morphogenesis and remodeling

Neuregulin-1 (NRG1) signaling through tyrosine kinase receptors erbB2 and erbB4 was revealed essential for cardiac development as mouse mutated in the Nrg1 or either cognate receptors Erbb2 or Erbb4 genes lack the formation of trabeculae at the ventricular wall. Indeed, the injection of the NRG1 active peptide in developing embryos induced trabeculation of the ventricular free wall. The components of the NRG1 pathway have been identified and the cardiac activities are being progressively characterized. An acquired form of dilated cardiomyopathy was evidenced in a subpopulation of breast tumor patients undergoing a combined treatment with antibodies against erbB2 and chemotherapy. In this regard, the cardiomyocyte-specific gene deletion of either erbb2 or erbb4 leads to ventricular dilation in adult mice, providing an experimental model system to examine the NRG1-mediated activities. We reviewed the evidence on the growing field of research for NRG1 signaling in both cardiac morphogenesis and in the postnatal myocardial remodeling.Fil: Vasti, Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular; ArgentinaFil: Hertig, Cecilia Margarita. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular; Argentin

Neuregulin-1/erbB activities with focus on the susceptibility of the heart to anthracyclines

Neuregulin-1 (NRG1) signaling through the tyrosine kinase receptors erbB2 and erbB4 is required for cardiac morphogenesis, and it plays an essential role in maintaining the myocardial architecture during adulthood. The tyrosine kinase receptor erbB2 was first linked to the amplification and overexpression of erbb2 gene in a subtype of breast tumor cells, which is indicative of highly proliferative cells and likely a poor prognosis following conventional chemotherapy. The development of targeted therapies to block the survival of erbB2-positive cancer cells revealed that impaired NRG1 signaling through erbB2/erbB4 heterodimers combined with anthracycline chemotherapy may lead to dilated cardiomyopathy in a subpopulation of treated patients. The ventricular-specific deletion of either erbb2 or erbb4 manifested dilated cardiomyopathy, which is aggravated by the administration of doxorubicin. Based on the exacerbated toxicity displayed by the combined treatment, it is expected that the relevant pathways would be affected in a synergistic manner. This review examines the NRG1 activities that were monitored in different model systems, focusing on the emerging pathways and molecular targets, which may aid in understanding the acquired dilated cardiomyopathy that occurs under the conditions of NRG1-deficient signaling.Fil: Vasti, Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Hertig, Cecilia Margarita. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; Argentin

The Role of Natriuretic peptides in Renovascular Hypertension and its correlation with the Evolution of Myocardial Hypertrophy

The interactions between pressure and volume overload that occur in hypertension lead to different patterns of cardiac hypertrophy and to increase in natriuretic peptides (NPs). The profiles of atrial natriuretic peptide (ANP) and brain natriuretic peptide (BNP) synthesis and secretion have been investigated in models of hypertension. However, the different evolution of these profiles during the acute and chronic periods of pressure overload-induced cardiac hypertrophy is still unknown. For this reason, we studied one-kidney, one clip model using Sprague-Dawley rats at weeks 2, 4, 6 and 12 and correlated the evolution of these profiles with cardiac hypertrophy and hypertension. We observed a positive correlation between blood pressure elevation and the degree of cardiac hypertrophy, with a time-dependent increase in both parameters from week 2. Levels of BNP expression showed an early increase after 2 weeks of treatment while ANP increased significantly after 6 weeks. Yet, the increase in ANP expression was gradual, allowing its correlation with hypertrophy and hypertension. The NP expression has a differential response in the early stages of the development of hypertrophy induced by the renovascular model, with an early increase in BNP expression. Once hypertrophy develops, BNP expression is no longer specific and the increase of both NPs depends on and correlates with the degree of cardiac hypertrophy.Fil: Cerrudo, Carolina Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica; ArgentinaFil: Cavallero, Carmen Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica; ArgentinaFil: Rodríguez Fermepin, Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica; ArgentinaFil: Hertig, Cecilia Margarita. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Fernandez, Belisario Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica; Argentin

Natriuretic Peptides Synthesis and Secretion Profiles during the Evolution of Cardiac Hypertrophy in DOCA-Salt Hypertensive Rats

Durante el desarrollo de la hipertensión arterial, las interacciones entre las sobrecargas de presión y de volumen conducen a diferentes patrones de hipertrofia cardíaca y a un aumento de los péptidos natriuréticos (PN). Los perfiles de síntesis y secreción de ANP y BNP se han investigado en modelos de hipertensión arterial; sin embargo, aún no se ha estudiado la evolución diferencial de estos perfiles durante períodos agudos y crónicos de la hipertrofia cardíaca producida por sobrecarga de volumen. Por este motivo estudiamos ratas Sprague- Dawley con el modelo DOCA-sal a las 2, 4, 6 y 12 semanas, correlacionando la evolución de dichos perfiles con la hipertrofia cardíaca y la hipertensión arterial. El grado de hipertrofia cardíaca se correlacionó positivamente con la expresión del ANP en el ventrículo izquierdo y con los niveles de ANP en plasma. La expresión del ANP aumentó a las 4 semanas de tratamiento, mientras que la de BNP se incrementó recién a las 6 semanas. Asimismo, el BNP plasmático se incrementó sólo en el grupo con 12 semanas de tratamiento, mientras que el ANP plasmático mostró un aumento a partir de las 2 semanas de tratamiento. Durante el desarrollo de la hipertrofia cardíaca producida en el modelo DOCA-sal, la síntesis y la secreción de los PN responden en forma diferencial, con incremento precoz del ANP. Además, el aumento de éste superó al de BNP en todos los grupos DOCA-sal, lo que permitiría considerar al ANP como un marcador más específico de la sobrecarga de volumen.The interactions between pressure and volume overload that occur in hypertension lead to different patterns of cardiac hypertrophy and to increase in natriuretic peptides (NPs). The profiles of ANP and BNP synthesis and secretion have been investigated in models of hypertension; however, the different evolution of these profiles during the acute and chronic periods of pressure overload-induced cardiac hypertrophy is still unknown. For this reason, we studied DOCA-salt treated Sprague-Dawley rats at weeks 2, 4, 6 and 12 and correlated the evolution of these profiles with cardiac hypertrophy and hypertension. Cardiac hypertrophy had a positive correlation with ANP expression in the left ventricle and with ANP plasma levels. BNP expression increased after 4 weeks of treatment while ANP increased significantly after 6 weeks. In addition, BNP plasma levels increased only in the group treated for 12 weeks, while ANP plasma levels increased from week 2. NP secretion has a differential response in the early stages of the development of cardiac hypertrophy induced by the DOCA-salt model, with an early increase in ANP. As ANP levels were exceeded to those of BNP in all the DOCA-salt groups, ANP might be considered a more specific marker of volume overloadFil: Cerrudo, Carolina Susana. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay; ArgentinaFil: Rodríguez Fermepin, Martin. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay; ArgentinaFil: Cavallero, Carmen Susana. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay; ArgentinaFil: Saucedo, Silvia L.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica; ArgentinaFil: Hertig, Cecilia Margarita. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular; ArgentinaFil: Fernandez, Belisario Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica; Argentin

Cardiac Natriuretic Peptide Profiles in Chronic Hypertension by Single or Sequentially Combined Renovascular and DOCA-Salt Treatments

The involvement of natriuretic peptides was studied during the hypertrophic remodeling transition mediated by sequential exposure to chronic hemodynamic overload. We induced hypertension in rats by pressure (renovascular) or volume overload (DOCA-salt) during 6 and 12 weeks of treatment. We also studied the consecutive combination of both models in inverse sequences: RV 6 weeks/DS 6 weeks and DS 6 weeks/RV 6 weeks. All treated groups developed hypertension. Cardiac hypertrophy and left ventricular ANP gene expression were more pronounced in single DS than in single RV groups. BNP gene expression was positively correlated with left ventricular hypertrophy only in RV groups, while ANP gene expression was positively correlated with left ventricular hypertrophy only in DS groups. Combined models exhibited intermediate values between those of single groups at 6 and 12 weeks. The latter stimulus associated to the second applied overload is less effective than the former to trigger cardiac hypertrophy and to increase ANP and BNP gene expression. In addition, we suggest a correlation of ANP synthesis with volume overload and of BNP synthesis with pressure overload-induced hypertrophy after a prolonged treatment. Volume and pressure overload may be two mechanisms, among others, involved in the differential regulation of ANP and BNP gene expression in hypertrophied left ventricles. Plasma ANP levels reflect a response to plasma volume increase and volume overload, while circulating BNP levels seem to be regulated by cardiac BNP synthesis and ventricular hypertrophy.Fil: Cerrudo, Carolina Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Fisiopatología; ArgentinaFil: Cavallero, Carmen Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Fisiopatología; ArgentinaFil: Rodríguez Fermepin, Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Fisiopatología; ArgentinaFil: González, Germán Esteban. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Patología; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Fisiopatología Cardiovascular; ArgentinaFil: Donato, Pablo Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Patología; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Fisiopatología Cardiovascular; ArgentinaFil: Kouyoumdzian, Nicolás Martín. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Oficina de Coordinacion Administrativa Houssay. Instituto Alberto C. Taquini de Investigaciones En Medicina Traslacional. - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Investigaciones Cardiologicas "prof. Dr. Alberto C. Taquini". Instituto Alberto C. Taquini de Investigaciones En Medicina Traslacional.; ArgentinaFil: Gelpi, Ricardo Jorge. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Fisiopatología Cardiovascular; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Departamento de Patología; ArgentinaFil: Hertig, Cecilia Margarita. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Choi, Marcelo Roberto. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Histología y Biología Celular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto Alberto C. Taquini de Investigaciones en Medicina Traslacional - Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Investigaciones Cardiológicas "Prof. Dr. Alberto C. Taquini". Instituto Alberto C. Taquini de Investigaciones en Medicina Traslacional; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Fisiopatología; Argentina. Instituto Universidad de la Fundación "Héctor Barceló"; ArgentinaFil: Fernandez, Belisario Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Fisiopatología; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Fisiopatología; Argentina. Instituto Universidad de la Fundación "Héctor Barceló"; Argentin

Regulación de enzimas del ciclo de asimilación fotosintética de CO2

Las cianobacterias, las algas y las plantas superiores son capaces de captar la energía lumínica para la reducción fotosintética de C02 a (CH20) utilizando H20 como reductor. Este proceso se lleva a cabo en el caso de las plantas superiores en organelas especializadas, los cloroplastos, los cuales contienen los pigmentos que absorben la luz distribuidos en vesículas membranosas (tilacoides). Una vez captada, la energía lumínica es covertida en energía electroquímica en la cadena fotosintética de transporte de eletrones. En este proceso se generan ATP y NADPH, los cuales son utilizados por las enzimas del ciclo de Benson-Calvin (ciclo reductivo de las pentosas fosfato), localizadas en la porción soluble del cloroplasto (estroma), para la fijación del C02. Estas enzimas, a excepción de la fosforribuloquinasa y la ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa (la proteína más abundante en la naturaleza) están distribuídas ampliamente entre los organismos vivos y actúan tanto en la síntesis como en la degradación de los hidratos de carbono en animales, plantas y microorganismos. En el caso de los organismos fotosintéticos, dichas enzimas están involucradas en la asimilación, acumulación y degradación de los compuestos carbonados. A diferencia de las enzimas de organismos heterotróficos, las enzimas del estroma de cloroplasto (y cianobacterias) presentan la particularidad de ser reguladas por la luz: las que intervienen en la asimilación del C02 son activas en la luz e inactivas en la oscuridad, en tanto una situación opuesta se observa con las enzimas que intervienen en la degradación de los hidratos de carbono. Los estudios in vitro han tratado de correlacionar la activación enzimática mediada por efectores con los cambios en sus concentraciones, que ocurren en el estroma del cloroplasto al producirse la transición oscuridad-luz. [ver Tesis] En esta tesis, utiiizando extractos de plantas superiores, en particular de espinaca, se estudió la participación conjunta de los diferentes mecanismos modulados por luz en la regulación de las enzimas claves del ciclo de Benson-Calvin. Este ciclo inactivo en oscuridad alcanza su máxima actividad luego de varios minutos en luz. Esta fase de inducción ha sido interpretada por la acumulación gradual de metabolitos generados fotoquímicamente, así como también la conversión lenta de un estado inactivo a uno activo durante la transición oscuridad-luz. Este tipo de cinética enzimática fue descripta por Frieden y se denominó a dichas enzimas "histeréticas". De acuerdo con esta característica es que los ensayos de las reacciones enzimáticas se llevan a cabo en dos etapas: a) Fase de modificación lenta (min), en la que la enzima se preincuba con el sistema modulador correspondiente y b) Fase catalítica rápida ( « segundo), que convierte en la medición de la actividad catalítica. Los resultados obtenidos señalan que: 1) La activación completa de la FBPasa purificada a homogeneidad se produce por la acción de un metal bivalente, en particular el Ca2+ y su sustrato, la FBP, a pH y (Mg2+) presentes en el cloroplasto iluminado. En el proceso de activación, la tiorredoxina-f reducida químicamente con DTT regula la concentración de la FBP como efector, mientras que su concentración como sustrato es modulada por cambios en la concentración del Mg2+. 2) Por otra parte se determinó que la FBPasa activada por este sistema de modificación desarrolla una actividad SBPasa que presenta una actividad específica de un orden de magnitud menor respecto de la hidrólisis de la FBP, pero es del orden de las determinadas por otros autores para SBPasas específicas obtenidas de diferentes orígenes. Del mismo modo que la FBPasa, la SBPasa es activada por el Ca2+ y el sustrato, cuya concentración es modulada por el sistema de reducción. 3) La activación de la NADP-GAP deshidrogenasa depende de la de metabolitos (1, 3P2GA, NADPH, ATP, Pi), cuya concentración está modulada por luz. La tiorredoxina-f en presencia de DTT coopera en la activación concertada de la enzima. Dado que no se detectó cambio apreciable en los pesos moleculares de estas proteínas luego de la activación, se supone que la modificación en la actividad de estas tres enzimas se debe a una transición conformacional lenta entre un estado inactivo y uno activo. Particular atención se prestó en nuestros estudios a la modulación del Ca2+ sobre la actividad de la FBPasa y SBPasa. Este catión bivalente participa como activador en la fase de modificación de la enzima, en tanto inhibe la fase de catálisis. Ello condujo a postular que, de participar fisiológicamente en la regulación enzimática, debería existir una separación tempora] y/o espacial entre ambas fases dado el efecto dual del Ca2+ sobre estas enzimas. Esta suposición se sustenta en que el Ca2+ es requerido únicamente para la conversión de la enzima a su estado activo y no para la estabilidad de esta forma. Dado que la concentración de Ca2+ requerida para la activación de la FBPasa es mayor que la inhibitoria, se analizó si otros componentes participaban en este sistema de modificación. Las calmodulinas provenientes de diferentes fuentes activaron a la FBPasa sin disminuir la concentración de Ca2+ requerida como activador. Por ello se descartó su posible participación en la modulación de la FBPasa. Por otra parte, luego del tratamiento de la FBPasa con EGTA se separa una fracción que estimula la actividad específica en presencia de Ca2+ y FBP. Este factor disminuye en un orden de magnitud la constante de activación para el Ca2+ en la fase de modificación; además la concentración de Mg2+ requerida para el desarrollo de la catálisis es menor en comparación con la FBPasa que ha sido activada en ausencia del factor. Fracciones de las membranas tilacoides de los cloroplastos de espinaca y de membranas de cianobacterias (Nostoc muscorum) contienen una actividad similar. Notablemente, su efecto es independiente del sistema de reducción, ya que requiere solamente la presencia de Ca2+ y FBP en la fase de modificación de la FBPasa. En ensayos preliminares, las preparaciones de este factor activaron el sistema de oxidación del H20 en cianobacterias. A pesar de que este factor no está aún bien caracterizado, se pudo determinar que está formado por dos componentes: (A) con un peso molecular de 14.000-16.000 y susceptible a la digestión por subtilisina y (B) de peso molecular 1.500-4.000, el cual puede ser purificado por cromatografía líquida de alta presión.Fil:Hertig, Cecilia Margarita. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina