Adaptive and maladaptive myocardial remodelling due to pressure overload do not evolve from a common hypertrophy precursor stage : Characterization of ventricular proteome and transcriptome profiles

Abstract

Myocardiale ventrikel hypertrofie is een van de belangrijkste risico factoren welke uiteindelijk aanleiding zou kunnen geven tot hart falen. Myocardiale hypertrofie, als gevolg van druk overbelasting, representeerd een algemeen myocardiaal compensatie mechanisme en is gericht is op normalizatie van pomp funktie. De heersende gedachte is dat wanneer de druk overbelasting te lang duurt en/of te hoog is, een adaptief fenotype zal doorslaan naar een maladaptive toestand van belemmerde hart funktie welke uiteindelijk kan leidden tot hart falen. Dit is ook wel bekend als de “transitie naar hart falen”. Echter, er is nog geenszins overeenstemming over welke veranderingen op moleculair-cellulair niveau kritiek zijn voor de ontwikkeling van enerzijds een adaptief of anderzijds een maladaptief, pathologisch, fenotype. Bovendien is het tijdspunt waarop de splitsing tussen deze twee fenotypes optreed, nog altijd onbekend. Het werk dat in dit proefschrift wordt gepresenteerd, is gericht op het ontrafelen van veranderingen die optreden op het niveau van transcriptoom en proteoom tijdens myocardiale hypertrofe remodelling, en met name de veranderingen die geassocieerd zijn met het opsplitsen van de adaptive en maladaptive fenotypes vroeg na de oplegging van drukoverbelasting. Hiervoor zijn eiwit en mRNA expressie niveaus vergeleken tussen adaptive en maladaptive hypertrofe responsen op druk overbelasting in de tijd, mbv micro-array analyses en twee-dimensionle gel electroforese, respectivelijk. Voor de beschreven experimenten is het ratten model voor humane pulmonaire hypertensie (PH) gebruikt. Dit model levert de mogelijkheid voor gecontroleerde selective inductie van hetzij een adaptief of maladaptief fenotype. Rechter ventrikulaire (RV) hypertrofie secundair aan PH werd geïnduceerd door een enkele injectie subcutane van monocrotaline (MCT). Een subcutane MCT injectie van 30 mg/kg leidt tot een stabiele, adaptive RV hypertrofie, terwijl 80 mg/kg leidt tot een transiente fase van adaptive hypertrofie (dag 14-19) gevolgd door maladaptive hypertrofie en RV falen rond dag 25-28. Dit model van dosis gecontroleerde RV hypertrofie levert de unieke mogelijkheid om de mocelulaire veranderingen gedurende de initiele fase van druk overbelasting the karakterizeren. Micro-array experimenten werden uitgevoerd voor dag 10, wanneer RV hypertrofie nog niet evident was en de fenotypes identiek zijn, voor dag 14, wanneer de mate van RV hypertrofie in beide groepen even hoog is, voor dag 19, wanneer RV fenotypes uiteen beginnen te lopen en voor dag 25, wanneer RV fenotypes verschillend zijn. Voor elk van deze 4 tijdspunten waren verschillende clusters van genen met differentiele expressie te identificeren. Sommige van deze clusters waren representatief voor genen met gelijke mate van differentiële expressie in zowel adaptive als maladaptive hypertrofie. Gen-expressie niveaus van twee andere clusters vertoonde specifieke correlaties met de uiteindelijke fenotypische uitslag, dwz, een van deze clusters was representatief voor genen met specifiek veranderde expressie niveaus in de adaptive hypertrofie groep, terwijl de andere representatief was voor genen met specifiek veranderde expressie niveaus in de maladaptive hypertrofie groep. Moleculaire funktie analyse van de genen in deze laatste twee clusters getuigden van de betrokkenheid van p38-MAPK signalering en apoptose reeds op een vroeg tijdstip (dag 14), op de uiteindelijk te vormden adaptive en maladaptive fenotypes. Bovendien, op dag 10, wanneer er nog geen hypertrofie in beide groepen aanwezig is, is er al sprake van verschillen in gen-expressie niveau tussen de ratten die uiteindelijk een adaptief of maladaptief fenotype gaan ontwikkelen. Deze genen zijn met name betrokken bij de mitochondriale ademhalingsketen en de regulatie van de G2/M cel-cyclus transitie. Naast aan de micro-array gen-expressie analyses, zijn ook myocardiale RV proteoom-expressie profielen vergeleken mbv. 2-dimensionale gel electroforese voor dag 10 na MCT injecties. Uit deze data blijkt dat er parallel aan de gen-expressie verschillen tussen dieren die uiteindelijk een adaptief of maladaptief fenotype gaan ontwikkelen, er ook reeds verschillen zijn op eiwit expressie niveau, welke met name de mitochondriale beta-oxidate van vetzuren betroffen. Deze bevindingen leggen twijfel bij het bestaan van een “transitie naar hart falen”, waarin verondersteld wordt dat een pathologisch fenotype ontstaat vanuit een adaptief fenotype als de druk overbelasting te lang duurt en/of te hoog is. Specifieker gesteld, deze data geven aan dat specifieke gen- en eiwit-expressie veranderingen en potentiëel doorslaggevende belastende routes al op een vroeg tijdspunt tijdens ventriculaire remodelling al verschillen tussen een uiteindelijk adaptief en maladaptief fenotype, wat zou kunnen betekenen dat het ontstaan van maladaptive of adaptive hypertrofie al heel kort na het opleggen van druk overbelasting reeds bepaald is.Visser, F.C. [Promotor]Paulus, W.J. [Promotor]Simonides, W.S. [Copromotor