Προστασία του μυοκαρδίου χωρίς δεσμίνη από τις αΒ-Κρυσταλλίνη και HSP25 σε γενετικό πρότυπο μυοκαρδιοπάθειας

Η απουσία της μυοειδικής πρωτεΐνης ενδιάμεσων ινιδίων δεσμίνης οδηγεί σε διατατική μυοκαρδιοπάθεια, η οποία χαρακτηρίζεται από μιτοχονδριακές διαταραχές και κυτταρικό θάνατο καθώς και από εκτεταμένη ίνωση και ασβεστίωση του μυοκαρδίου. Προκειμένου να διασαφηνιστεί ο μηχανισμός που οδηγεί στο φαινότυπο απουσίας δεσμίνης, πραγματοποιήθηκε πρωτεωμική ανάλυση μιτοχονδρίων από το φυσιολογικό μυοκάρδιο και από το μυοκάρδιο απουσίας δεσμίνης. Σημαντικές διαφορές εντοπίστηκαν σε πρωτεΐνες που σχετίζονται με το μεταβολισμό ακετικού οξέος και κετονοσωμάτων, στο μεταφορέα μαλικού-ασπαρτικού, στο σύμπλοκο PDH, στον μεταβολισμό αμινοξέων, στην αναπνοή και στη μεταφορά ενέργειας. Αναζητήθηκε να ελεγχθεί αν οι μιτοχονδριακές διαταραχές και συνεπώς η μυοκαρδιοπάθεια απουσίας δεσμίνης μπορεί να βελτιωθεί από την υπερέκφραση των μικρών θερμεπαγόμενων πρωτεϊνών, αΒ-κρυσταλλίνης και HSP25. Πραγματοποιήθηκε υπερέκφραση των μικρών θερμεπαγόμενων πρωτεϊνών αΒ- κρυσταλλίνης και HSP25 ανεξάρτητα στο μυοκάρδιο χωρίς δεσμίνη υπό τον έλεγχο του υποκινητή της α βαριάς αλυσίδας της μυοσίνης (αMHC). Η υπερέκφραση τόσο της αΒ-κρυσταλλίνης, όσο και της HSP25 είχε ως αποτέλεσμα την υψηλού βαθμού βελτίωση της μορφολογίας του μυοκαρδίου, όπως προκύπτει από τη μείωση της ίνωσης και της ασβεστίωσης και την αναίρεση των διαταραχών υπερδομής, όπως η διόγκωση και η βλάβη των μιτοχονδρίων καθώς και η άτακτη διευθέτηση και καταστροφή των μυοϊνιδίων. Η καρδιακή λειτoυργία θεραπεύθηκε σε σημαντικό βαθμό στην περίπτωση της HSP25 και σε μεγαλύτερο βαθμό στην περίπτωση της αΒ- κρυσταλλίνης, όπως προκύπτει από τη βελτίωση της συστολικής λειτουργίας, την αύξηση του πάχους του οπίσθιου τοιχώματος της αριστερής κοιλίας και τη μείωση της καταπόνησης που αυτό υφίσταται. Επίσης, στην περίπτωση της αΒ- κρυσταλλίνης, τα πρότυπα παρουσιάζουν 100% βιωσιμότητα σε πρωτόκολλο υποχρεωτικής άσκησης υπό μορφής κολύμβησης διάρκειας 24 ημερών, ενώ στις ίδιες συνθήκες τα πρότυπα χωρίς δεσμίνη εμφανίζουν 50% βιωσιμότητα. Παράλληλα, η υπερέκφραση αΒ-κρυσταλλίνης προσδίδει σημαντική προστασία έναντι των ελεύθερων ριζών οξυγόνου και αζώτου, όπως προκύπτει από πειράματα καλλιεργειών ενήλικων μυοκαρδιοκυττάρων με σήμανση με τον ιχνηθέτη CM-H2DCFDA. Το ίδιο xi συμπέρασμα προκύπτει από τη μείωση του μιτοχονδριακού ανιόντος υπεροξειδίου μετά από σήμανση με MitoSox Red. Ομοίως, η υπερέκφραση της αΒ-κρυσταλλίνης προστατεύει τα κύτταρα από την επίδραση οξειδωτικών ερεθισμάτων, όπως η επίδραση H202 επί της καλλιέργειας, όπως αποδεικνύεται από τη σήμανση με τον ιχνηθέτη CM-H2DCFDA. Παράλληλα, η αΒ-κρυσταλλίνη προσδίδει προστασία έναντι της αύξησης της διαβατότητας του μιτοχονδριακού πόρου μεταβατικής διαβατότητας (MPTP) και της πτώσης του μιτοχονδριακού δυναμικού (Δψ), όπως προκύπτει από τη σήμανση ενήλικων μυοκαρδιοκυττάρων με τον ποτενσιομετρικό ιχνηθέτη TMRM. Τόσο η αΒ-κρυσταλλίνη όσο και η HSP25 ενδέχεται να προστατεύουν το μυοκάρδιο χωρίς δεσμίνη μέσω της δράσης τους ως μοριακών συνοδών, προσδίδοντας αντιοξειδωτική προστασία μέσω αύξησης των επιπέδων γλουταθειόνης και δρώντας ως πλειοτροπικά αποπτωτικά μόρια The absence of the muscle-specific intermediate protein desmin leads to dilated cardiomyopathy, which is characterized by mitochondrial defects and significant cell death, as well as extensive fibrosis and calcification. In an attempt to elucidate the mechanism leading to the desmin deficient phenotype, we performed a proteomics analysis of mitochondria isolated from wild type and desmin null myocardium. Significant differences were found in acetate and ketone metabolism, in malate-aspartate shuttle, PDH complex, aminoacid metabolism, as well as respiration and energy shuttling. We sought to investigate whether the mitochondrial abnormalities and consequently the desmin null cardiomyopathy could be improved by the overexpression of the small heat shock proteins aB-crystallin and HSP25. We overexpressed the two proteins independently in the desmin deficient myocardium under the control of the αΜΗC promoter. The overexpression of the two proteins resulted in significant improvement of myocardial morphology, as demonstrated by the reduction of fibrosis and calcification and the correction of ultrastructural defects, such as mitochondrial swelling and destruction and irregular positioning and deterioration of myofibrils. Cardiac function was ameliorated to a significant degree by HSP25 overexpression and to even higher extent by aBcrystallin overexpression, as proven by the improvement of systolic function, the increase in posterior wall thickness and the reduction of r/h, an indicator of LV wall stress. In addition, in the case of αΒ-crystallin overexpression, desmin null mice demonstrate a rate of 100% survival in an obligatory exercice swimming protocol, while under the same conditions, only 50% of desmin null mice survive. Also, αΒ-crystallin overexpression provides significant protection against reactive oxygen and nitrogen species, and more specifically against mitochondrial superoxide ion, as proven by tissue culture experiments with adult cardiomyocytes and CM-H2DCFDA and MitoSox Red staining. Similarly, αΒ-crystallin overexpression protects desmin null cardiomyocytes from oxidative insults, such as hydrogen peroxide, as demonstrated by CMH2DCFDA staining. Moreover, αΒ-crystallin protects against the permeability increase of MPTP and the decrease of mitochondrial potential (Δψ), as demonstrated by staining of adult cardiomyocytes with TMRM. αΒ-crystallin and HSP25 may protect the desmin null myocardium by acting as molecular chaperons, by providing antioxidant protection through their capacity to increase glutathione levels and by acting as pleiotropic anti-apoptotic molecules.