Важливість сигнальної функції β-катеніну на початкових стадіях розвитку патологічної гіпертрофії дорослого серця

  • О. О. Півень Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, Україна, 03680, м. Київ, вул. Академіка Заболотного, 150

Анотація

Поширення серцево-судинних захворювань, їхня загроза здоров’ю та вагоме соціально-економічне навантаження обумовлюють і значний інтерес науковців до вирішення цієї проблеми. Останнім часом актуальними стають не лише дослідження нових методів діагностики і лікування серцево-судинних захворювань, а й з’ясування механізмів їхнього виникнення та перебігу. Метою нашої роботи було дослідити сигнальну функцію канонічного Wnt-сигналінгу та β-катеніну у розвитку патологічної гіпертрофії дорослого міокарда. Методи. Дослідження проводили із використанням трасгенних мишей лінії BATGAL та культури ізольованих кардіоміоцитів. Для індукції патологічної гіпертрофії застосовували хлорид літію та AngII. Зміни рівня експресії гіпертрофічних генів та генів залучених до канонічного Wnt-сигналінгу аналізували за допомогою зворотно-полімеразної ПЛР у реальному часі та Вестерн-блот аналізу. Проводили морфологічні дослідження та X-gal забарвлення. Результати. Показано, що при дії гіпертрофічних стимулів відбувається активація сигнальної функції β-катеніну у ранні терміни спостережень, про що свідчать результати Х-gal забарвлення та зміни рівня експресії генів мішеней цього сигналінгу (c-Fos, c-Myc, CyclinD1 та TCF-4). Також спостерігали підвищення вмісту активованого β-катеніну та фосфорильованого GSK3β білків вже через добу після дії ангіотензину та хлориду літію у культурі ізольованих кардіоміоцитів. Висновки. При розвитку патологічної гіпертрофії внаслідок хронічного підвищення артеріального тиску відбувається активація багатьох сигнально-регуляторних механізмів кардіоміоцитів і один із них це канонічний Wnt – сигналинг. Однак активація канонічного Wnt-сигналінгу і β-катеніну зокрема, подія рання і вочевидь необхідна для запуску генетичної програми ембріонілізації міокарда.

Ключові слова: β-катенін, гіпертрофія, Wnt-сигналінг, експресія генів, міокард.

Посилання

Cardiovascular diseases. http://www.who.int/cardiovascular_diseases/ru/

Bianca C. Bernardo, Kate L. Weeks, Lynette Pretorius, Julie R. McMullen. Molecular distinction between physiological and pathological cardiac hypertrophy: Experimental findings and therapeutic strategies. J. Pharmacol. Exp. Ther. 2010. Vol. 128(1). P. 191–227. doi: 10.1016/j.pharmthera.2010.04.005

Kontaridis M.I., Geladari E.V., Geladari C.V. Pathways to myocardial hypertrophy. In: Introduction to translational cardiovascular research. Ed. Cokkinos D.V. Springer, 2014. P. 167-186. doi: 10.1007/978-3-319-08798-6_10

Grigoryan T., Wend P., Klaus A., Birchmeier W. Deciphering the function of canonical Wnt signals in development and disease: conditional loss- and gain-of-function mutations of b-catenin in mice. Genes Dev. 2008. Vol. 22(17). P. 2308–2341. doi: 10.1101/gad.1686208

Deb A. Cell-cell interaction in the heart via Wnt/β-catenin pathway after cardiac injury. Cardiovasc. Res. 2014. Vol 102(2). P. 214-223. doi: 10.1093/cvr/cvu054

Clevers H. Wnt/β-catenin signaling in development and disease. Cell. 2006. Vol. 127(3). P. 470-480. doi: 10.1186/2045-3701-2-14

Chen X., Shevtsov S.P., Hsich E. et al. The beta-catenin/T-cell factor/lymphocyte enhancer factor signaling pathway is required for normal and stress induced cardiac hypertrophy. Mol. Cell. Biol. 2006. Vol. 26(12). P. 4462–4473. doi: 10.1128/MCB.02157-05

Qu J., Zhou J., Yi X.P., Dong B., Zheng H., Miller L.M., Wang X., Schneider M.D., Li F. Cardiac-specific haploinsufficiency of beta-catenin attenuates cardiac hypertrophy but enhances foetal gene expression in response to aortic constriction. J. Mol. Cell. Cardiol. 2007. Vol. 43(3). P. 319–326. doi: 10.1016/j.yjmcc.2007.06.006

Hahn J.Y., Cho H.J., Bae J.W., Yuk H.S., Kim K.I., Park K.W., Koo B.K., Chae I.H., Shin C.S., Oh B.H., Choi Y.S., Park Y.B., Kim H.S. β-Catenin overexpression reduces myocardial infarct size through differential effects on cardiomyocytes and cardiac fibroblasts. J. Bio. Chem. 2006. Vol. 281(41). P. 30979–30989. doi: 10.1074/jbc.M603916200

Malekar P., Hagenmueller M., Anyanwu A., Buss S., Streit M.R., Weiss C.S., Wolf D., Riffel J., Bauer A., Katus H.A., Hardt S.E. Wnt signaling is critical for maladaptive cardiac hypertrophy and accelerates myocardial remodeling. Hypertension. 2010. Vol. 55. P. 939–945. doi: 10.1161/hypertensionaha.109.141127

Baurand A., Zelarayan L., Betney R., Gehrke C., Dunger S., Noack C., Busjahn A., Huelsken J., Taketo M.M., Birchmeier W., Dietz R., Bergmann M.W. Beta-catenin downregulation is required for adaptive cardiac remodelling. Circ. Res. 2007. Vol. 100(9). P. 1353–1362. doi: 10.1161/01.res.0000266605.63681.5a

Al Alam D, Green M, Tabatabai Irani R, Parsa S, Danopoulos S, Sala FG, Branch J, El Agha E, Tiozzo C, Voswinckel R, Jesudason EC, Warburton D, Bellusci S. Contrasting expression of canonical wnt signaling reporters topgal, batgal and axin2(lacz) during murine lung development and repair. PloS one. 2011. Vol 6(8). P. 23139. doi: 10.1371/journal.pone.0023139

Kostetskii I., Moore R., Kemler R., Radice G.L. Differential adhesion leads to segregation and exclusion of N-cadherin-deficient cells in chimeric embryos. Dev. Biol. 2001. Vol. 234(1). P. 72–79. doi: 10.1006/dbio.2001.0250

Piven O., Kostetskii I., Macewicz L., Kolomijec Y., Radice G., Lukash L. Requirement for N-cadherin-catenin complex in heart development. Exp. Biol. Med. 2011. Vol. 236(7). P. 816-822. doi: 10.1258/ebm.2011.010362

O’Connell T.D., Ni Y.G., Lin K.-M., Han H., Yan Zh. Isolation and culture of adult mouse cardiac myocytes for signaling studies. AfCS Research Reports. 2003. Vol. 1(5). P. 1-8.

Maniatis T., Fritsch E. F., Sambrook J. Molecular cloning: a laboratory manual. Moskva: Mir, 1984. 425 p.

Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970. Vol. 227(5259). P. 680–685. doi: 10.1038/227680a0

Nagy A., Gertsenstein M., Vintersten K., Behringer R. Manipulating the mouse embryo: a laboratory manual. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2003. 814 p.

Li J., Swope D., Raess N., Cheng L., Muller E.J., Radice G.L. Cardiac tissue-restricted deletion of plakoglobin results in progressive cardiomyopathy and activation of {beta}-catenin signaling. Mol. Cell. Biol. 2011. Vol. 31(6). P. 134–144. doi: 10.1128/MCB.01025-10

Watkins S.J., Borthwick G.M., Oakenfull R., Robson A., Arthur H.M. Angiotensin ii-induced cardiomyocyte hypertrophy in vitro is tak1-dependent and smad2/3-independent. Hypertens. Res. 2012. Vol. 35. P. 393–398. doi: 10.1038/hr.2011.196

Yamamoto F, Yamamoto H. Effect of inhibition of glycogen synthase kinase-3 on cardiac hypertrophy during acute pressure overload. Gen. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2010. Vol. 58(6). P. 263–264. doi: 10.1007/s11748-009-0562-6

Archbold H.C., Yang Y.X., Chen L., Cadigan K.M. Wnt/b-catenin pathway: regulation of transcription by the Wnt. How do they do? Acta Physiol. 2012. Vol. 204(1). P.74–109. doi: 10.1111/j.1748-1716.2011.02293.x

Filipovich A., Gehrke I., Poll-Wolbeck S.J., Kreuzer K.A. Physiological inhibitors of Wnt signaling. Eur. J. Haematol. 2011 – Vol. 86(6). P.453–465. doi: 10.1111/j.1600-0609.2011.01592.x