Mitochondriálne ochorenia a zlyhanie srdca
Vedúci projektu: Alexandra Zahradníková, ml.
Trvanie: 1. júl 2022 – 30. jún 2026
Koordinujúca organizácia: Ústav experimentálnej endokrinológie BMC SAV, v.v.i., Bratislava
Anotácia
Niekoľko mutácií v mitochondriálnych génoch proteínov dýchacieho reťazca je spojených so srdcovým zlyhaním (SZ). Rozsah ich príspevku k rozvoju SZ na úrovni kardiomyocytov (CM) nie je známy. Nedávne zistenia naznačujú, že rôzne etiológie SZ zdieľajú podobnú remodeláciu srdcových myocytov (CM), najmä ich membránového systému a vápnikovej signalizácie. Projekt je zameraný na overenie in vitro modelu rozvoja SZ pri genetickej poruche so zníženou funkciou mitochondriálneho dýchacieho reťazca a overenie prevencie rozvoja SZ na bunkovej úrovni metabolickou terapiou výživovými doplnkami. Použijeme bunkovú líniu HL-1 CM s alotopickou expresiou mutantnej formy génu MT-ND5 pre podjednotku 5 respiračného komplexu I (mG13513A), spojenú s ľudskou hypertrofickou kardiomyopatiou, na určenie vplyvu chorých mitochondrií na cytoarchitektúru a kontraktilnú funkciu srdcových myocytov. Metódami elektrónovej a konfokálnej mikroskopie, bunkovej lektrofyziológie, oxygrafie a molekulárnej biológie budeme sledovať expresiu a lokalizáciu dyadických proteínov a zmeny mitochondriálnej štruktúry, lokalizácie a oxidačnej kapacity. Keďže genetickú kardiomyopatiu zatiaľ nemožno riešiť génovou terapiou, budeme skúmať prínosy metabolickej terapie na kompenzáciu zhoršenej mitochondriálnej funkcie. V HL-1 CM porovnáme účinok dedičnej mitochondriálnej insuficiencie s účinkom rozvoja SZ vyvolaného nadmernou stimuláciou. Očakávame, že výživová suplementácia mitochondriálnej funkcie zlepší výkonnosť CM a potlačí rozvoj SZ. Výsledky budú publikované v popredných časopisoch experimentálnej kardiológie a fyziológie a zverejnené na webovej stránke projektu a v médiách. Projektu sa zúčastnia traja doktorandi a niekoľko študentov magisterskej formy štúdia.
Kľúčové slová
myokard, zlyhanie srdca, bunková energetika, kontraktilita, kardiomyocyt, vápniková signalizácia, cytoarchitektúra, expresia proteínov
Ciele
Celkovým cieľom projektu je identifikovať spoločné väzby vo vývoji fenotypu srdcového zlyhania v dvoch modeloch – v modeli dedičnej poruchy vedúcej k zníženej funkcii mitochondriálneho dýchacieho reťazca a v modeli získanej mitochondriálnej dysfunkcie vyvolanej zrýchlenou stimuláciou, a otestovať potenciál výživových doplnkov v metabolickej terapii srdcového zlyhania. Zameriame sa na poruchu mitochondriálnej oxidačnej funkcie, ktorá vedie k dilatovanej alebo hypertrofickej kardiomyopatii pri genetických ochoreniach, akými sú MELAS, Leighov syndróm, MERRF a MIDD. Budeme testovať hypotézy, že
(i) poškodenie mitochondriálnej respirácie expresiou nefunkčnej podjednotky I respiračného komplexu 5 v mitochondriách kardiomyocytov vyvolá fenotyp srdcového zlyhania zmenami v cytoarchitektúre, kontraktilite a zhoršení vápnikovej signalizácie;
(ii) ultraštrukturálna prestavba je výsledkom narušenej rovnováhy mitochondriálnych metabolitov, ktoré spomaľujú degradáciu HIF1a a tým znižujú expresiu junktofilínu, kľúčového štrukturálneho proteínu potrebného na tvorbu diád a ich správnu funkciu v uvoľňovaní vápnika;
(iii) progresia fenotypu SZ v dôsledku mitochondriálnej dysfunkcie kardiomyocytov môže byť čiastočne kompenzovaná metabolickou terapiou. Tieto hypotézy budeme testovať porovnaním orfologických a funkčných charakteristík kardiomyocytov exprimujúcich poškodený gén MT-ND5 G13513A, kardiomyocytov so zníženou mitochondriálnou oxidáciou spôsobenou zrýchlenou stimuláciou a kardiomyocytov s rozvíjajúcim sa fenotypom SZ podstupujúcic h metabolickú terapiu. Metabolická terapia znamená doplnenie kultivačného média špecifickými zmesami vitamínov a koenzýmov.
Špecifický cieľ 1: Validovať rozvoj fenotypu SZ v bunkových modeloch mitochondriálnej dysfunkcie v srdcovej bunkovej línii HL-1 pomocou
(a) expresie mutovaného génu MT-ND5 G13513A v mitochondriách a
(b) zrýchlenej stimulácii HL-1 kardiomyocytov počas bunkovej kultúry.
Špecifický cieľ 2: Charakterizovať účinok mitochondriálnej dysfunkcie na štruktúru a funkciu kardiomyocytov. Tento cieľ dosiahneme skúmaním
(a) morfológie a, vápnikovej signalizácie/kontraktilnej funkcie modelových kardiomyocytov a
(b) na expresieu kľúčových proteínov spriahnutia excitácie s kontrakciou.
Špecifický cieľ 3: Preskúmať potenciál metabolickej terapie v dvoch modeloch rozvoja srdcového zlyhania podporou mitochondriálnej respirácie. Tento cieľ dosiahneme skúmaním vplyvu metabolickej terapie na morfológiu, respiráciu, vápnikovú signalizáciu a kontraktilitu modelových kardiomyocytov.
Publikácie
- Baglaeva I, Iaparov B, Zahradnik I, Zahradnikova A (2023). Analysis of noisy transient signals based on Gaussian process regression. Biophys J 122: 451–459. doi: 10.1016/j.bpj.2023.01.003.