The role of stress in heart failure – ground for sex specific pathophysiology

In the last hundred years modern society went through numerous changes in life style, dietary habits, work load, physical activity and other environmental factors. As a species we are not well adapted to new demands. Higher levels of stress hormones provoke various effects, especially gradual change in the sensitivity of adrenergic, glucocorticoid and insulin receptors. All these changes are mutually associated and they gradually lead to metabolic syndrome, obesity, diabetes, heart failure and other types of pathology depending on genetic makeup and environmental factors. The aim of this paper is to summarize current knowledge concerning the impact of stress on cardiac function. Whereas stress response is sex specific we would emphasize a potential difference in pathophysiology of ischemic heart failure in men and women. Modern medicine has misinterpreted autonomous nervous system functions for years and this was reflected in heart failure (HF) and arterial hypertension therapy. Stress before the onset of menopause has a lesser effect on cardiac function compared to stress after menopause. Postmenopausal women have a significantly higher risk of heart disease, which is related to the diminished protection of the female hormonal cycle, but low doses of estrogen have not proven protective in postmenopausal women. Potential new targets of sexspecific cardiac therapy would come from better understanding of the molecular mechanisms exerted by nuclear receptors for steroid hormones, transcription factors involved in heart remodeling, cross-talk in adrenergic signaling pathways and their down-stream molecules. Keywords: heart failure, stress, adrenergic receptors, sex specific.За останнє століття сучасне суспільство зазнало багаточисельних змін у способі життя (звичках, харчуванні, навантаженнях, фізичній активності), а також під впливом чинників довкілля. Як біологічний вид ми не дуже добре адаптувалися до нових умов. Вищі рівні гормонів стресу спричиняють різні ефекти, поступово змінюється чутливість адренергічних, глюкокортикоїдних і інсулінових рецепторів. Усі ці зміни взаємопов’язані і залежно від генетичних і екологічних факторів призводять до таких метаболічних синдромів, як ожиріння, цукровий діабет, серцева недостатність тощо. Оскільки відповідь на стрес залежить і від статі, потрібно враховувати можливу різницю у патофізіології серцевої недостатності у чоловіків і жінок. Протягом багатьох років функції вегетативної нервової системи невірно трактувалися сучасною медициною, що відбилося на терапії серцевої недостатності і гіпертензії. Вплив стресу на серцеву функцію у перід до і після менопаузи різниться. У жінок у постменопаузі значно підвищується ризик серцево-судинних захворювань, який визначається зниженням захисної функції жіночого гормонального циклу. Глибше вивчення молекулярних механізмів дії ядерних рецепторів стероїдних гормонів, факторів транскрипції, які беруть участь у ремоделюванні серця, перехресних адренергічних сигнальних шляхів та їхніх ефекторних молекул призведе до постановки нових задач для гендер-специфічної терапії. Ключові слова: серцева недостатність, стрес, адренергічні рецептори, статева специфічність.За последнее столетие современное общество претерпело многочисленные изменения в образе жизни (привычках, способе питании, нагрузках, физической активности), а также под влиянием факторов окружающей среды. Как биологический вид мы не очень хорошо адаптировались к новым условиям. Более высокие уровни гормонов стресса приводят к различным эффектам, постепенно меняется чувствительность адренергических, глюкокортикоидных и инсулиновых рецепторов. Все эти изменения взаимосвязаны и в зависимости от генетической и экологических факторов приводят к таким метаболическим синдромам, как ожирение, сахарный диабет, сердечная недостаточность и др. Поскольку ответ на стресс зависит и от пола, нужно учитывать возможную разницу в патофизиологии сердечной недостаточности у мужчин и женщин. В течение многих лет функции вегетативной нервной системы неверно трактовались современной медициной, что отразилось на терапии сердечной недостаточности и гипертензии. Влияние стресса на сердечную функцию в период до и после менопаузы различается. У женщин в постменопаузе значительно повышается риск сердечно-сосудистых заболеваний, определяемый снижением защитной функции женского гормонального цикла. Более углубленное изучение молекулярных механизмов действия ядерных рецепторов стероидных гормонов, факторов транскрипции, участвующих в ремоделировании сердца, перекрестных адренергических сигнальных путей и их эффекторных молекул приведет к постановке новых задач для гендер-специфической терапии. Ключевые слова: сердечная недостаточность, стресс, адренергические рецепторы, половая специфичность

The quest for the ganglioside functions; what did we learn more from «evo-devo» or signaling of long-term maintenance?

Gangliosides are characteristic extracellular-facing plasma membrane determinants in vertebrate brain. The four major gangliosides (GM1, GD1a, GD1b and GT1b) dominate among more than one hundred glycolipid structures in nervous tissue. During brain development the expression of simple gangliosides shifts toward more complex ones, accompanied by a multiple increase in their total amount. The shift is precisely regulated and some specific structures represent well established neurodevelopmental milestones. From the evolutionary perspective, the ganglioside content in fish and amphibian brain is significantly lower than in mammalian brain, but the general variability is greater. More-polar structures, abundant in Antarctic fishes, are rare in higher vertebrates or expressed only in a narrow developmental frame. Reptiles, birds and mammals share identical common structures expressed in similar patterns with minor interspecies differences. On the contrary, fish and amphibian brains show significant interspecies differences in amount, structure and expression patterns. The initial assumption of evolutionary studies was that the variations in lipid content, particularly the glycolipid content, during temperature adaptations in ectothermic and hibernating heterothermic animals, represent an efficient molecular mechanism of the membrane function preservation. Studies of ordered lipid domains in the last decade verified the ganglioside-mediated regulation of membrane proteins (receptor kinases, neurotransmitter receptors and ion channels) as well as receptor-ligand interaction important for cell signaling.Гангліозиди – характеристичні детермінанти, які локалізовані на зовнішній поверхні мембран клітин мозку хребетних. Чотири основних гангліозиди (GM1, GD1a, GD1b i GT1b) переважають серед сотень інших сполук гліколіпідів нервової тканини. У процесі розвитку мозку експресія простих гангліозидів зміщується у бік синтезу більш складних сполук, що супроводжується багаторазовим зростанням їхньої загальної кількості. Зміщення експресії – строго регульований процес, за якого поява деяких специфічних структур репрезентує добре відомі стадії розвитку нервової тканини. З точки зору еволюції вміст гангліозидів у мозку риб та амфібій значно нижчий, ніж у мозку ссавців, проте загальна їхня варіабельність суттєво вища. Більш полярні сполуки, які широко представлені у антарктичних риб, є рідкісними для ссавців або характерними для певного короткотривалого етапу онтогенезу. Плазуни, птахи і ссавці зберігають ідентичні спільні структури, що мають подібні патерни експресії з незначними міжвидовими відмінностями. Навпаки, для мозку риб та амфібій відзначено істотну міжвидову відмінність щодо кількості, структури та патерну експресії. Першочерговим припущенням еволюційного дослідження стало те, що варіації у вмісті ліпідів, зокрема гліколіпідів, під час температурної адаптації у холоднокровних і гетеротермних тварин, які впадають у сплячку, є високоефективним молекулярним механізмом захисту функціонування мембран. Вивчення впорядкованих доменів ліпідів за останнє десятиліття підтверджує гангліозид-опосередковану регуляцію мембранних білків (рецептори з кіназною активністю, рецептори нейротрансмітерів та іонні канали), так само як і взаємодію рецептор–ліганд, важливу для передачі позаклітинного сигналу.Ганглиозиды – характеристические детерминанты, локализованные на внешней поверхности мембран клеток мозга хребетных. Четыре основных ганглиозида (GM1, GD1a, GD1b и GT1b) преобладают среди сотень других соединений гликолипидов нервной ткани. В процессе развития мозга экспрессия простых ганглиозидов замещается синтезом более сложных соединений, что сопровождается многократным увеличением их общего количества. Смещение экспрессии – строго регулированный процесс, при котором появление некоторых специфических структур представляет хорошо известные стадии развития нервной ткани. Содержание ганглиозидов в мозге рыб и амфибий значительно ниже, чем в мозге млекопитающих, однако их общая вариабельность существенно выше. Более полярные соединения, широко представленные у антарктических рыб, являются редкими для млекопитающих или характерными для определенного кратковременного этапа онтогенеза. Пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие сохраняют общие идентичные структуры с подобными паттернами экспрессии, имеющими незначительные межвидовые отличия. Наоборот, для мозга рыб и амфибий отмечены существенные межвидовые отличия, касающиеся количества, структуры и паттерна экспрессии. Первоочередным предположением эволюционного исследования стало то, что вариации в содержании липидов, в частности гликолипидов, во время температурной адаптации у хладнокровных и гетеротермных животных, впадающих в спячку, являются высокоэффективным молекулярным механизмом защиты функционирования мембран. Изучение упорядоченных доменов липидов за последнее десятилетие подтверждает ганглиозид-опосредованную регуляцию мембранных белков (рецепторы с киназной активностью, рецепторы нейротрансмиттеров и ионные каналы), так же как и взаимодействие рецептор–лиганд, важное для передачи внеклеточного сигнала

The role of stress in heart failure – ground for sex specific pathophysiology

In the last hundred years modern society went through numerous changes in life style, dietary habits, work load, physical activity and other environmental factors. As a species we are not well adapted to new demands. Higher levels of stress hormones provoke various effects, especially gradual change in the sensitivity of adrenergic, glucocorticoid and insulin receptors. All these changes are mutually associated and they gradually lead to metabolic syndrome, obesity, diabetes, heart failure and other types of pathology depending on genetic makeup and environmental factors. The aim of this paper is to summarize current knowledge concerning the impact of stress on cardiac function. Whereas stress response is sex specific we would emphasize a potential difference in pathophysiology of ischemic heart failure in men and women. Modern medicine has misinterpreted autonomous nervous system functions for years and this was reflected in heart failure (HF) and arterial hypertension therapy. Stress before the onset of menopause has a lesser effect on cardiac function compared to stress after menopause. Postmenopausal women have a significantly higher risk of heart disease, which is related to the diminished protection of the female hormonal cycle, but low doses of estrogen have not proven protective in postmenopausal women. Potential new targets of sexspecific cardiac therapy would come from better understanding of the molecular mechanisms exerted by nuclear receptors for steroid hormones, transcription factors involved in heart remodeling, cross-talk in adrenergic signaling pathways and their down-stream molecules. Keywords: heart failure, stress, adrenergic receptors, sex specific.За останнє століття сучасне суспільство зазнало багаточисельних змін у способі життя (звичках, харчуванні, навантаженнях, фізичній активності), а також під впливом чинників довкілля. Як біологічний вид ми не дуже добре адаптувалися до нових умов. Вищі рівні гормонів стресу спричиняють різні ефекти, поступово змінюється чутливість адренергічних, глюкокортикоїдних і інсулінових рецепторів. Усі ці зміни взаємопов’язані і залежно від генетичних і екологічних факторів призводять до таких метаболічних синдромів, як ожиріння, цукровий діабет, серцева недостатність тощо. Оскільки відповідь на стрес залежить і від статі, потрібно враховувати можливу різницю у патофізіології серцевої недостатності у чоловіків і жінок. Протягом багатьох років функції вегетативної нервової системи невірно трактувалися сучасною медициною, що відбилося на терапії серцевої недостатності і гіпертензії. Вплив стресу на серцеву функцію у перід до і після менопаузи різниться. У жінок у постменопаузі значно підвищується ризик серцево-судинних захворювань, який визначається зниженням захисної функції жіночого гормонального циклу. Глибше вивчення молекулярних механізмів дії ядерних рецепторів стероїдних гормонів, факторів транскрипції, які беруть участь у ремоделюванні серця, перехресних адренергічних сигнальних шляхів та їхніх ефекторних молекул призведе до постановки нових задач для гендер-специфічної терапії. Ключові слова: серцева недостатність, стрес, адренергічні рецептори, статева специфічність.За последнее столетие современное общество претерпело многочисленные изменения в образе жизни (привычках, способе питании, нагрузках, физической активности), а также под влиянием факторов окружающей среды. Как биологический вид мы не очень хорошо адаптировались к новым условиям. Более высокие уровни гормонов стресса приводят к различным эффектам, постепенно меняется чувствительность адренергических, глюкокортикоидных и инсулиновых рецепторов. Все эти изменения взаимосвязаны и в зависимости от генетической и экологических факторов приводят к таким метаболическим синдромам, как ожирение, сахарный диабет, сердечная недостаточность и др. Поскольку ответ на стресс зависит и от пола, нужно учитывать возможную разницу в патофизиологии сердечной недостаточности у мужчин и женщин. В течение многих лет функции вегетативной нервной системы неверно трактовались современной медициной, что отразилось на терапии сердечной недостаточности и гипертензии. Влияние стресса на сердечную функцию в период до и после менопаузы различается. У женщин в постменопаузе значительно повышается риск сердечно-сосудистых заболеваний, определяемый снижением защитной функции женского гормонального цикла. Более углубленное изучение молекулярных механизмов действия ядерных рецепторов стероидных гормонов, факторов транскрипции, участвующих в ремоделировании сердца, перекрестных адренергических сигнальных путей и их эффекторных молекул приведет к постановке новых задач для гендер-специфической терапии. Ключевые слова: сердечная недостаточность, стресс, адренергические рецепторы, половая специфичность

The quest for the ganglioside functions; what did we learn more from «evo-devo» or signaling of long-term maintenance?

Gangliosides are characteristic extracellular-facing plasma membrane determinants in vertebrate brain. The four major gangliosides (GM1, GD1a, GD1b and GT1b) dominate among more than one hundred glycolipid structures in nervous tissue. During brain development the expression of simple gangliosides shifts toward more complex ones, accompanied by a multiple increase in their total amount. The shift is precisely regulated and some specific structures represent well established neurodevelopmental milestones. From the evolutionary perspective, the ganglioside content in fish and amphibian brain is significantly lower than in mammalian brain, but the general variability is greater. More-polar structures, abundant in Antarctic fishes, are rare in higher vertebrates or expressed only in a narrow developmental frame. Reptiles, birds and mammals share identical common structures expressed in similar patterns with minor interspecies differences. On the contrary, fish and amphibian brains show significant interspecies differences in amount, structure and expression patterns. The initial assumption of evolutionary studies was that the variations in lipid content, particularly the glycolipid content, during temperature adaptations in ectothermic and hibernating heterothermic animals, represent an efficient molecular mechanism of the membrane function preservation. Studies of ordered lipid domains in the last decade verified the ganglioside-mediated regulation of membrane proteins (receptor kinases, neurotransmitter receptors and ion channels) as well as receptor-ligand interaction important for cell signaling.Гангліозиди – характеристичні детермінанти, які локалізовані на зовнішній поверхні мембран клітин мозку хребетних. Чотири основних гангліозиди (GM1, GD1a, GD1b i GT1b) переважають серед сотень інших сполук гліколіпідів нервової тканини. У процесі розвитку мозку експресія простих гангліозидів зміщується у бік синтезу більш складних сполук, що супроводжується багаторазовим зростанням їхньої загальної кількості. Зміщення експресії – строго регульований процес, за якого поява деяких специфічних структур репрезентує добре відомі стадії розвитку нервової тканини. З точки зору еволюції вміст гангліозидів у мозку риб та амфібій значно нижчий, ніж у мозку ссавців, проте загальна їхня варіабельність суттєво вища. Більш полярні сполуки, які широко представлені у антарктичних риб, є рідкісними для ссавців або характерними для певного короткотривалого етапу онтогенезу. Плазуни, птахи і ссавці зберігають ідентичні спільні структури, що мають подібні патерни експресії з незначними міжвидовими відмінностями. Навпаки, для мозку риб та амфібій відзначено істотну міжвидову відмінність щодо кількості, структури та патерну експресії. Першочерговим припущенням еволюційного дослідження стало те, що варіації у вмісті ліпідів, зокрема гліколіпідів, під час температурної адаптації у холоднокровних і гетеротермних тварин, які впадають у сплячку, є високоефективним молекулярним механізмом захисту функціонування мембран. Вивчення впорядкованих доменів ліпідів за останнє десятиліття підтверджує гангліозид-опосередковану регуляцію мембранних білків (рецептори з кіназною активністю, рецептори нейротрансмітерів та іонні канали), так само як і взаємодію рецептор–ліганд, важливу для передачі позаклітинного сигналу.Ганглиозиды – характеристические детерминанты, локализованные на внешней поверхности мембран клеток мозга хребетных. Четыре основных ганглиозида (GM1, GD1a, GD1b и GT1b) преобладают среди сотень других соединений гликолипидов нервной ткани. В процессе развития мозга экспрессия простых ганглиозидов замещается синтезом более сложных соединений, что сопровождается многократным увеличением их общего количества. Смещение экспрессии – строго регулированный процесс, при котором появление некоторых специфических структур представляет хорошо известные стадии развития нервной ткани. Содержание ганглиозидов в мозге рыб и амфибий значительно ниже, чем в мозге млекопитающих, однако их общая вариабельность существенно выше. Более полярные соединения, широко представленные у антарктических рыб, являются редкими для млекопитающих или характерными для определенного кратковременного этапа онтогенеза. Пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие сохраняют общие идентичные структуры с подобными паттернами экспрессии, имеющими незначительные межвидовые отличия. Наоборот, для мозга рыб и амфибий отмечены существенные межвидовые отличия, касающиеся количества, структуры и паттерна экспрессии. Первоочередным предположением эволюционного исследования стало то, что вариации в содержании липидов, в частности гликолипидов, во время температурной адаптации у хладнокровных и гетеротермных животных, впадающих в спячку, являются высокоэффективным молекулярным механизмом защиты функционирования мембран. Изучение упорядоченных доменов липидов за последнее десятилетие подтверждает ганглиозид-опосредованную регуляцию мембранных белков (рецепторы с киназной активностью, рецепторы нейротрансмиттеров и ионные каналы), так же как и взаимодействие рецептор–лиганд, важное для передачи внеклеточного сигнала

Axonal regeneration after spinal cord injury in zebrafish and mammals: differences, similarities, translation

Spinal cord injury (SCI) in mammals results in functional deficits that are mostly permanent due in part to the inability of severed axons to regenerate. Several types of growth-inhibitory molecules expressed at the injury site contribute to this regeneration failure. The responses of axons to these inhibitors vary greatly within and between organisms, reflecting axons' characteristic intrinsic propensity for regeneration. In the zebrafish (Danio rerio) many but not all axons exhibit successful regeneration after SCI. This review presents and compares the intrinsic and extrinsic determinants of axonal regeneration in the injured spinal cord in mammals and zebrafish. A better understanding of the molecules and molecular pathways underlying the remarkable individualism among neurons in mature zebrafish may support the development of therapies for SCI and their translation to the clinic