Sydämen vasemman kammion hypertrofia (engl. left ventricular hypertrophy, LVH) on seurausta sydänlihassolujen, eli kardiomyosyyttien koon kasvamisesta vastineena kohonneeseen työtaakkaan. Kardiomyosyyteillä on häviävän pieni jakautumiskyky, ja siksi hypertrofinen kasvu on käytännössä niiden ainoa tapa vastata suuremman työtaakan vaatimuksiin. Pitkällä tähtäimellä LVH kuitenkin aiheuttaa suurempia ongelmia, kuten sydämen vajaatoimintaa ja kohonnutta sydäninfarktin riskiä. Kohonnut verenpaine on yleisin LVH:n aiheuttaja, minkä vuoksi lääkehoito nojautuukin pitkälti verenpainelääkkeisiin. Niillä voidaan vähentää sydämen työtaakkaa ja siten lievittää oireita, mutta ne eivät korjaa syntyneitä vaurioita. Solutason signalointijärjestelmien ymmärtäminen on olennaista tulevaisuuden lääkekehityksessä LVH:ta vastaan. Geenien ilmentymisen säätely on monimutkainen prosessi, johon kuuluu muutakin kuin pelkästään DNA:n translaatio proteiiniksi. Tässä erikoistyössä keskityttiin kahteen tähän ilmiöön vaikuttavaan tekijään: pitkät ei-koodaavat RNAt (engl. long non-coding RNA, lncRNA) sekä transkriptiotekijät GATA4 ja FOG2.
LncRNA:t ovat yli 200 nukleotidiä pitkiä RNA-sekvenssejä, jotka eivät itsessään koodaa mitään tiettyä proteiinia, vaan hienosäätävät muiden geenien ilmentymistä ja toimintaa. Tiettyä lncRNA:ta esiintyy pääasiassa vain tietyssä elimessä tai kudoksessa, minkä vuoksi ne ovat kiinnostavia lääkekehityksen kannalta. Tutkimusryhmämme on aiemmin tunnistanut joukon kardiomyosyyttispesifisiä lncRNA:ita, joiden ilmentyminen vastasyntyneillä hiirillä noudattaa samanlaista kaavaa syntymää seuraavina päivinä ja viikkoina. Tässä erikoistyössä niistä valikoitiin kolme, joiden ilmentymistä hiljennettiin vastasyntyneiden hiirten kardiomyosyyteissä samanaikaisesti altistamalla niitä hypertrofiselle stimulaatiolle. Tavoitteena oli tutkia, onko näillä lncRNA:illa vaikutusta apoptoosiin ja hypertrofiseen vasteeseen kardiomyosyyteissä.
Transkriptiotekijät ovat proteiineja, joiden toiminnot ovat osin samanlaisia kuin lncRNA:iden: ne säätelevät kohde-elimensä geenien ilmentymistä eri olosuhteissa. GATA4 on tärkeä transkriptiotekijä sydämessä, sillä sen kohteisiin lukeutuu monia kardiomyosyyttien kehitykseen ja toiminnan ylläpitämiseen liittyviä geenejä. FOG2 on GATA4:n kofaktori; niiden yhteisvaikutus säätelee GATA4:n aktiivisuutta. Tutkimusryhmämme on aiemmin kehittänyt kymmeniä GATA4:n ja NKX2-5:n, toisen sydämessä keskeisen transkriptiotekijän, väliseen interaktioon vaikuttavia yhdisteitä. Erikoistyön toisessa osassa pyrittiin asettamaan ja optimoimaan koeasetelma yhdisteiden vaikutuksien GATA4:n ja FOG2:n vuorovaikutukseen seulomiseksi.
Tuloksien perusteella hypertrofinen vaste ei muuttunut lncRNAita hiljennettäessä. On kuitenkin mahdollista, että kaikkia vaikutuksia ei voinut havaita käytetyillä menetelmillä, minkä vuoksi muiden koeasetelmien kokeileminen voisi tuottaa lisätietoa aiheesta. Tutkittavilla lncRNA:illa ei ollut vaikutusta apoptoosiin. GATA4-FOG2-interaktiokokeiden perusteella transfektoimalla COS-1 soluja suhteessa 10:1 GATA4- ja FOG2-plasmideilla saadaan yhdisteiden testaamiseen sopiva signaali. Alustavien tulosten perusteella yhdisteillä saattaa olla vaikutusta GATA4-FOG2-interaktioon, mutta ennen johtopäätösten tekemistä on tehtävä lisää tutkimuksia.Left ventricular hypertrophy (LVH) takes place when cardiomyocytes respond to excessive stress by growing in size. Cardiomyocytes have a very marginal capability to proliferate, which is why hypertrophic growth is almost their only option to meet the requirements of increased workload. In the long run, however, LVH leads to further problems, such as cardiac failure and an increased risk of myocardial infarction. Hypertension is the most prevalent cause of LVH, and its current treatment relies on antihypertensive drugs. They decrease the workload of the heart and therefore alleviate symptoms but have very little effect on the built damage and remodeling. Understanding the details of cellular level signaling pathways and genetic expression in LVH is crucial for future drug development. Regulation of gene expression is a very complex process, which involves more than just DNA being translated into a protein. In this project, two types of factors participating in this regulation were in focus: long non-coding RNAs (lncRNA) and transcription factors GATA4 and FOG2.
LncRNAs are RNA sequences of more than 200 nucleotides that do not code for any protein final products themselves but are involved in chromatin remodeling as well as transcriptional and post-transcriptional gene regulation. They are highly organ-selective, which makes them potential targets for drug development. Our group has previously found a selection of cardiomyocyte-selective lncRNAs, which share a similar expression pattern in neonatal mouse hearts. In this project, three of them were silenced in a primary cardiomyocyte culture while simultaneously hormonally inducing hypertrophy. The goal was to see whether these lncRNAs have an effect on the hypertrophic response and apoptosis in the cardiomyocytes.
Transcription factors are proteins with partially similar activities to lncRNAs; they regulate, which genes are expressed under certain circumstances. GATA4 is an important transcription factor in the heart as it targets various developmental and functional genes in cardiomyocytes. FOG2 is a cofactor of GATA4; interaction between them regulates the activity of GATA4. Our group has recently developed a selection of compounds that affect protein-protein interaction between GATA4 and NKX2-5, another important transcription factor. The second part of the project was to set up and optimize a compound screening assay for GATA4-FOG2 interaction.
The results showed no change in hypertrophic response when the lncRNAs were silenced. Other experimental designs could still reveal if they have effects that could not be seen with these protocols. The silencing had no effect on apoptosis. As for the GATA4-FOG2 interaction experiments, transfecting COS-1 with GATA4 and FOG2 plasmids in a ratio of 10:1 resulted in a signal suitable for compound screening. Initial compound screening results indicated the compounds may have an effect on GATA4-FOG2 interaction, but further studies are needed before drawing conclusions
