Effect of hyperlipidic diets on normal and abnormal aortic valves in the Syrian hamster: A preliminary study

Effect of hyperlipidic diets on normal and abnormal aortic valves in the Syrian hamster: A preliminary study. MC Fernández 1,2, J Moncayo-Arlandi 1, MT Soto 1, MA López-Unzu 1, B Fernández 1,2 and AC Durán 1,2. 1 Department of Animal Biology, Faculty of Science, University of Málaga, Spain. 2 Biomedical Research Institute of Málaga (IBIMA), University of Málaga, Spain. Bicuspid aortic valve (BAV) is the most frequent human congenital cardiac malformation. It frequently becomes stenotic due to calcification by an atherosclerosis-like process. Hyperlipidic diets have been classically used to induce atherosclerosis in laboratory animals, including Syrian hamsters. The aim here is to evaluate the effect of hyperlipidic diets in hamsters having different incidence of BAVs. We used a unique inbred strain of Syrian hamsters with a high ( 40%) incidence of spontaneous BAV, morphologically similar to that in man, another inbred strain with a low ( 4%) incidence of BAV, and an outbred, second control line, acquired from Charles River Laboratories. Three experimental groups were fed with standard diet supplemented with 2% cholesterol plus 15% butter during five months. In parallel, three control groups were fed with unmodified standard diet. Hyperlipidic diets induced lesions in the aortic valve and ascending aortic wall, i.e. subendothelial lipid deposits, valve sclerosis, and neo-intima in the aorta. We performed a preliminary, qualitative, comparative study of the lesions associated with the different animal populations and valvular phenotypes. Our results indicate that (1) the type and severity of the lesions varied among the three hamster populations, suggesting that genetic factors may be involved; (2) the aortic valve morphology seems not to determine the severity of the valvular lesions. We conclude that our hamster strain with high incidence of BAV is a promising animal model for studies on human aortic stenosis. This work was supported by P10-CTS-6068.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Andalucía Tech. P10-CTS-6068

Herencia del origen anormalmente alto de una arteria coronaria (high take-off) en un modelo animal

Este artículo se ha publicado en: Rev Esp Cardiol 2016, 69, supl. 1:1148.Introducción y objetivos: En el hombre, el origen anormalmente alto de una arteria coronaria o high take-off (HTO) es una anomalía congénita consistente en la localización de un ostium coronario en la aorta ascendente, por encima del límite seno-tubular. El HTO tiene una incidencia del 0,36% en la población general y suele estar acompañado de un ostium en forma de hendidura y de un recorrido intramural de la porción proximal del tronco coronario, lo que puede causar isquemia miocárdica e insuficiencia cardiaca. El HTO se asocia a muerte súbita cardiaca en aproximadamente el 1,53% de los casos. Nuestro grupo ha demostrado que el HTO coronario es un carácter habitual en algunas cepas de ratones de laboratorio, usualmente asociado a ostium en hendidura y recorrido proximal intramural. La cepa C57BL/6 (B6) muestra una incidencia del 58% de HTO, mientras que en la cepa Balb/c (Bc) la incidencia es nula. Métodos: A fin de comprobar si el HTO es un carácter heredable, se ha examinado la posición y la forma de los ostium coronarios, mediante estereomicroscopia y microscopia electrónica de barrido, en ratones B6 (n = 36), Bc (n = 40) e híbridos Bc × B6 (F1; n = 84), F1 × F1 (F2; n = 27), F1 × B6 (F2B6, n = 44) y F1 × Bc (F2Bc, n = 80). Resultados: La incidencia de HTO en los animales híbridos presentó valores intermedios respecto a los de los parentales (F1: 28%; F2: 26%; F2B6: 46%; F2Bc: 13%). En la mayoría de los casos con HTO, los ostium coronarios tenían forma de hendidura o aberrante y la porción proximal del tronco coronario presentaba un curso intramural. Conclusiones: Estos resultados demuestran que el HTO es un carácter heredable en el ratón. Su transmisión hereditaria se ajusta a un modelo con un alelo principal dominante y un alelo modificador dominante que reduce a la mitad la incidencia del carácter. A tenor de estos datos, es posible plantear estrategias de búsqueda de mutaciones causales de HTO, utilizando mapas de ligamiento con ratones híbridos de las cepas B6 y Bc, portadores y no portadores de HTO, seguido de secuenciación genética en pacientes afectos. Conocer una mutación causal de HTO permitiría (1) desarrollar test genéticos para identificar pacientes afectos y (2) obtener datos relevantes sobre los mecanismos morfogenéticos implicados en el desarrollo embrionario de las arterias coronarias.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech. PI-0888-2012 (Junta de Andalucía). Red de Investigación Cardiovascular (RIC; RETICs). FPU15/03209 (MECD

Embryology of the abnormally high origin of a coronary artery (High Take-Off) in a mouse model.

High take-off (HTO) is a rare congenital coronary artery anomaly associated with sudden cardiac death. The coronary ostium is located in the ascending aorta above the sinotubular junction. The morphogenetic defect leading to HTO is currently unknown. Our group has shown occurrence of HTO in different strains of laboratory mice, including C57Bl/6 strain with 58% incidence of HTO and Balb/c strain with null incidence. Our aim is to investigate the aetiology of HTO, using C57BL/6 and Balb/c mice strains as experimental models. The process of coronariogenesis was examined in E13.5 and E14.5 mouse embryos of C57Bl/6 (n=27) and Balb/c (n=23) strains. We used histochemistry and immunohistochemistry with specific markers for the vascular plexuses involved in the formation of coronary arteries (PROX1 and ERG 1/2/3). In the mouse embryo, coronary ostia develop at approximately stage E14.5. The location of the ostia is determined by the confluence of two vascular plexuses. The transient lymphatic subepicardial aortic plexus migrates from the pharyngeal region, invading the subepicardial space of the intrapericardial thoracic arteries at around E13.5. The primary or ventricular plexus, which constitutes the future coronary vascular network, forms in situ, reaching the embryonic cardiac outflow tract at around E14. Eighteen of the 27 (66.7%) C57Bl/6 embryos showed an exacerbated subepicardial aortic plexus compared to the 23 Balb/c embryos, in which the subepicardial aortic plexus exhibited a normal size. These results suggest that the embryonic origin of HTO could be due to a defect in the growth of the subepicardial aortic plexus, resulting in an exacerbated vessel network. This overgrowth seems to alter the invasion and connection of the primary plexus to the aortic root for the establishment of the ostia and coronary trunks. From a biomedical viewpoint, it would be of great interest to investigate the molecular mechanisms underlying the overgrowth of the aortic plexus.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech; PI-0530-2019 (Consejería de Salud y Familias, Junta de Andalucía); UMA20-FEDERJA-041 (Junta de Andalucía y Fondos FEDER); PROYEXCEL_01009 (PAIDI, Junta de Andalucía); PRE2018-083176 (Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades), CONT-FIMABIS-0610/2023 (Junta de Andalucía)

Etiología del origen anormalmente alto de una arteria coronaria (High Take-Off) en el modelo ratón

El origen anormalmente elevado de una arteria coronaria (“high take-off”, HTO) es una anomalía congénita rara asociada a muerte súbita cardiaca. Consiste en la localización de un ostium coronario en la aorta ascendente, sobre la unión senotubular. Actualmente se desconocen los defectos morfogenéticos que, durante el desarrollo embrionario, conducen a la formación de un HTO. Nuestro grupo ha demostrado que la incidencia de HTO varía en distintas cepas de ratón de laboratorio, siendo del 58% en la cepa C57Bl/6, y 0% en la cepa Balb/c. El objetivo de este estudio es indagar en la etiología del HTO en el modelo ratón, utilizando estas dos cepas como modelos experimentales. Se ha analizado el proceso de coronariogénesis en embriones de ratón de 13,5-14,5 días post-coitum de las cepas C57Bl/6 y Balb/c mediante histoquímica e inmunohistoquímica, utilizando marcadores específicos para los plexos vasculares implicados en la formación de las arterias coronarias. Los ostia coronarios aparecen en el embrión de ratón aproximadamente en el día 14,5. La localización de los ostia viene determinada por la confluencia de dos plexos vasculares, el plexo aórtico subepicárdico de naturaleza linfática y transitoria, que migra desde la región faríngea, y el plexo primario o ventricular, que constituirá la futura red vascular coronaria y se forma in situ en el corazón embrionario. El 66,7% embriones de la cepa C57Bl/6 analizados mostraban un plexo aórtico subepicárdico de gran tamaño en comparación con los de la cepa Balb/c, en los que dicho plexo presentaba un tamaño normal. La exacerbación del plexo aórtico presentaba distintos grados de severidad. El origen embrionario del HTO parece deberse a un defecto en la formación y el crecimiento del plexo aórtico subepicárdico, dando lugar a una red de vasos exacerbada. Esta exacerbación podría alterar la invasión y conexión del plexo primario para el establecimiento de los ostia y troncos coronarios.CGL2017-85090-P, PI-0530-2019, PRE2018-083176 y FEDER. Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

El tracto de salida del corazón de Chimaera monstrosa.

La quimera (Chimaera monstrosa) es un holocéfalo que habita aguas profundas del mar de Alborán. Aunque hay descripciones puntuales desde finales del siglo XIX sobre el corazón de esta especie, no ha sido hasta fechas recientes cuando se ha puesto de manifiesto que el tracto de salida cardiaco de los Holocéfalos, al igual que el de los Elasmobranquios, consta de dos componentes: el cono arterioso, proximal, de naturaleza miocárdica, y el bulbo arterioso, distal, no miocárdico. Por primera vez, se ha efectuado un estudio anatómico e histomorfológico del tracto de salida en esta especie. Para ello, se han examinado diez corazones de ejemplares capturados en el mar de Alborán, tanto macroscópicamente como mediante microscopía electrónica de barrido y técnicas histológicas para microscopía óptica. En los especímenes estudiados, la pared del bulbo arterioso contiene musculatura lisa y elastina. En cambio, el cono arterioso, que ocupa en torno al 75% de la longitud total del tracto de salida, posee miocardio en su pared, está recorrido por arterias coronarias y presenta superficialmente melanóforos. El cono está provisto internamente de válvulas conales, organizadas en dos hileras, cuyo número varía según los individuos. Suele haber cuatro válvulas proximales y de cuatro a seis distales que contribuyen a evitar el reflujo de sangre hacia el ventrículo durante el ciclo cardiaco. Cada válvula consta de una valva, que se abre y se cierra durante el ciclo cardiaco, anclada a su correspondiente seno, que es la parte de la pared del tracto de salida que la soporta. Las válvulas están estratificadas en una fibrosa externa, una esponjosa y una fibrosa interna. Aunque los componentes histológicos de las válvulas proximales y distales son semejantes, existen algunas diferencias en cuanto a su organización histomorfológica. Los presentes resultados contribuyen a completar la visión general sobre la estructura del tracto de salida cardiaco en los Condrictios.Universidad de Málaga, Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech; BIO-203 (PAIDI, Junta de Andalucía); CONT-FIMABIS-0610/2023 (Junta de Andalucía); PRE2018-083176 (Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades) y FEDE

Experimental evidence of the genetic hypothesis on the etiology of bicuspid aortic valve aortopathy in the hamster model.

Bicuspid aortopathy occurs in approximately 50% of patients with bicuspid aortic valve (BAV), the most prevalent congenital cardiac malformation. Although different molecular players and etiological factors (genetic and hemodynamic) have been suggested to be involved in aortopathy predisposition and progression, clear etiophysiopathological mechanisms of disease are still missing. The isogenic (genetically uniform) hamster (T) strain shows 40% incidence of BAV, but aortic dilatations have not been detected in this model. We have performed comparative anatomical, histological and molecular analyses of the ascending aorta of animals with tricuspid aortic valve (TAV) and BAV from the T strain (TTAV and TBAV, respectively) and with TAV from a control strain (HTAV). Aortic diameter, smooth muscle apoptosis, elastic waviness, and Tgf-β and Fbn-2 expression were significantly increased in T strain animals, regardless of the valve morphology. Strain and aortic valve morphology did not affect Mmp-9 expression, whereas Mmp-2 transcripts were reduced in BAV animals. eNOS protein amount decreased in both TBAV and TTAV compared to HTAV animals. Thus, histomorphological and molecular alterations of the ascending aorta appear in a genetically uniform spontaneous hamster model irrespective of the aortic valve morphology. This is a direct experimental evidence supporting the genetic association between BAV and aortic dilatation. This model may represent a population of patients with predisposition to BAV aortopathy, in which increased expression of Tgf-β and Fbn-2 alters elastic lamellae structure and induces cell apoptosis mediated by eNOS. Patients either with TAV or BAV with the same genetic defect may show the same risk to develop bicuspid aortopathy.This work was supported by Consejería de Salud y Familias, Junta de Andalucía (PI-0530-2019), Consejería de Economía y Conocimiento, Junta de Andalucía (UMA20-FEDERJA-041), Ministerio de Ciencia e Innovación (grants CGL2017-85090- P and PT20/00101, fellowship PRE2018-083176 to MS-N), and FEDER funds.S

La variante alélica Smad2rs29725537:C>A se asocia con el origen anómalo elevado de las arterias coronarias en el ratón de laboratorio.

El origen anómalo elevado de una arteria coronaria (“high take off”, HTO) es una anomalía congénita frecuentemente acompañada por un origen de la arteria en ángulo agudo, ostium en forma de hendidura y recorrido intramural del tronco coronario. Todas estas variantes anatómicas pueden causar muerte súbita cardiaca. El HTO tiene una incidencia de alrededor del 60% en los ratones de la cepa C57Bl/6 (B6), mientras que está ausente en la cepa Balb/c (BC). Tras estudiar el HTO en híbridos B6C (B6xBC), encontramos que las incidencias concuerdan con una herencia mediada por un alelo causal dominante, presente en la cepa B6, y otro modificador dominante en la cepa BC que reduce la incidencia de HTO. El objetivo de este estudio es identificar genes responsables del desarrollo de HTO. Se ha realizado un estudio de ligamiento genético en ratones B6C mediante microsatélites. Tras la selección de un gen candidato (Smad2) y la identificación de una variante alélica (SNP) en la cepa B6, se realizó un genotipado de dicha variante (Smad2rs29725537:C>A) mediante PCR-RFLP. Una región del cromosoma 18 se asoció con la presencia de HTO. Esta región cromosómica incluía a Smad2, seleccionado como gen candidato, debido a sus funciones relacionadas con la formación de la raíz aórtica. El análisis comparativo de la secuencia de Smad2 entre las cepas de ratón B6 y BC reveló la presencia de un SNP intrónico (Smad2C>A) ubicado en la zona de splicing 5' del intrón 10-11. El genotipado de 104 individuos híbridos B6C reveló una asociación estadísticamente significativa (pA y la presencia de HTO. Nuestro estudio de asociación genotipo-fenotipo apunta a la variante alélica como un factor causal de HTO en ratones. Dada la expresión casi ubicua del gen Smad2 proponemos 1) estudiar el papel de Smad2 durante la coronariogénesis, 2) explorar la posible asociación de la variante alélica con otros fenotipos y 3) iniciar la búsqueda de la variante en pacientes.CGL2017-85090-P, PI-0530-2019, PRE2018-083176, IBIMA y FEDER. Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Búsqueda de nuevos biomarcadores de aortopatía en un modelo animal espontaneo de válvula aortica bicúspide

La válvula aortica bicúspide (VAB) es la malformación cardiaca congénita más frecuente en el hombre. Aproximadamente el 50% de los pacientes desarrollan dilatación en la aorta ascendente (DA), una condición denominada aortopatía bicúspide. Actualmente, no existen biomarcadores efectivos de la patología más allá de la medida del diámetro de la aorta ascendente. El foco clínico se pone ahora en la estratificación de la enfermedad y la búsqueda de biomarcadores que permitan establecer criterios clínico-quirúrgicos adecuados. El único modelo animal espontáneo de VAB es una cepa isogénica (cepa T) de hámster sirio con una incidencia del 40%. En un estudio reciente hemos demostrado que la cepa T, pese a no manifestar DA, presenta el sustrato histopatológico de la enfermedad. Las alteraciones de la aorta de la cepa T son independientes del fenotipo valvular, por lo que constituye un modelo adecuado para el estudio de la base genética de la aortopatía bicúspide. El objetivo de este trabajo es analizar la expresión proteica en la aorta ascendente de la cepa T frente a una cepa control, identificando nuevos marcadores de enfermedad. Se ha identificado, cuantificado y comparado el proteoma completo de la aorta ascendente de individuos de la cepa T y una cepa control no isogénica mediante proteómica cuantitativa. Del total de proteínas detectadas, solo se han seleccionado aquellas con una expresión diferencial que excedía el doble de la abundancia con una significación de p<0,05. Del total de proteínas, solo 18 proteínas mostraron una expresión diferencial acorde a los criterios de inclusión. Trece de estas proteínas se encuentran en mayor abundancia en la aorta ascendente de la cepa T. Las restantes muestran una expresión menor con respecto a la cepa control. De estas 18 proteínas, cinco han sido previamente asociadas con la DA. Proponemos que la cepa T es un modelo apropiado para la búsqueda e identificación de marcadores de predisposición a la aortopatía bicúspide.CGL2017-85090-P, PI-0530-2019, PRE2018-083176, IBIMA y FEDER. Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Organización, vascularización y desarrollo del miocardio en Condrictios

Los resultados permiten concluir que la abundancia de isoformas rápidas de MyHC en el miocardio de la región cardiaca de entrada y de isomiosinas lentas en la región cardiaca de salida es una sinapomorfía de los gnatostomados. Además, se han identificado dos isomiosinas (MYH2 y MYH7B) adicionales a las MyHC cardiacas convencionales descritas en tetrápodos y teleósteos (MYH6 y MYH7) y se propone un modelo sobre la evolución de su expresión en distintos segmentos del corazón de los vertebrados. La distribución de estas isoformas en el miocardio del segmento atrioventricular, interpuesto entre el miocardio de las regiones de entrada y de salida, sugiere su función en la sincronización de la contracción cardiaca en vertebrados que carecen de un sistema de conducción especializado, como es el caso de S. canicula. La tercera y última cuestión trata sobre el desarrollo del miocardio ventricular en el corazón primitivo de los gnatostomados. Hasta la fecha se han descrito dos modelos de formación de las trabéculas cardiacas (trabeculación) durante el desarrollo embrionario: uno en teleósteos, que en general poseen un miocardio ventricular trabeculado, y el otro en tetrápodos, con una mioarquitectura compacta. Los resultados obtenidos han puesto de manifiesto que en S. canicula, con un miocardio mixto, su trabeculación se asemeja a la de los tetrápodos, con mioarquitectura compacta. Por lo tanto, se propone que el mecanismo de trabeculación se ha conservado desde grupos basales de vertebrados hasta aves y mamíferos, mientras que, en los teleósteos, con mioarquitectura trabeculada, este mecanismo es derivado.Actualmente se acepta que el corazón de los condrictios refleja fielmente la condición primitiva de los gnatostomados. En la presente tesis se han estudiado diferentes aspectos de la morfología, la composición molecular y el desarrollo embrionario del corazón de los condrictios. Adicionalmente, se ha comparado cada uno de estos aspectos con respecto a otros grupos de vertebrados, con el objetivo de indagar en la evolución de la mioarquitectura y la vascularización del corazón de los gnatostomados. La primera cuestión versa sobre la histomorfología del miocardio ventricular en los gnatostomados. Se describió la mioarquitectura ventricular de cuatro especies de holocéfalos: Chimaera monstrosa, Hydrolagus affinis, Harriotta raleighana y Rhinochimaera atlantica. Los holocéfalos constituyen el grupo hermano de los elasmobranquios, junto con los que conforman los condríctios, el grupo hermano del resto de gnatostomados. Los resultados obtenidos confirman que la mioarquitectura mixta debe ser considerada como la condición primitiva en gnatostomados. Por lo tanto, las mioarquitecturas ventriculares compacta y trabeculada son condiciones derivadas. Además, la peculiar vascularización cardiaca en algunas especies estudiadas ha permitido formular nuevas hipótesis sobre la asociación entre mioarquitectura e irrigación coronaria y sobre la variabilidad de tipos morfológicos de mioarquitectura en los gnatostomados. La segunda cuestión pivota sobre la composición en isoformas de cadena pesadas de miosina (MyHC) del corazón de los gnatostomados. Se realizó, por una parte, análisis proteómicos del miocardio del elasmobranquio Scyliorhinus canicula, y por otra, estudios inmunohistoquímicos en dicha especie y en otras pertenecientes a grupos representativos de gnatostomados

Bicuspid Aortic Valve in 2 Model Species and Review of the Literature.

Bicuspid aortic valve (BAV) is the most common human congenital cardiac malformation. Although the etiology is unknown for most patients, formation of the 2 main BAV anatomic types (A and B) has been shown to rely on distinct morphogenetic mechanisms. Animal models of BAV include 2 spontaneous hamster strains and 27 genetically modified mouse strains. To assess the value of these models for extrapolation to humans, we examined the aortic valve anatomy of 4340 hamsters and 1823 mice from 8 and 7 unmodified strains, respectively. In addition, we reviewed the literature describing BAV in nonhuman mammals. The incidences of BAV types A and B were 2.3% and 0.03% in control hamsters and 0% and 0.3% in control mice, respectively. Hamsters from the spontaneous model had BAV type A only, whereas mice from 2 of 27 genetically modified strains had BAV type A, 23 of 27 had BAV type B, and 2 of 27 had both BAV types. In both species, BAV incidence was dependent on genetic background. Unlike mice, hamsters had a wide spectrum of aortic valve morphologies. We showed interspecific differences in the occurrence of BAV between humans, hamsters, and mice that should be considered when studying aortic valve disease using animal models. Our results suggest that genetic modifiers play a significant role in both the morphology and incidence of BAV. We propose that mutations causing anomalies in specific cardiac morphogenetic processes or cell lineages may lead to BAV types A, B, or both, depending on additional genetic, environmental, and epigenetic factors