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
