APVV-21-0443

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 modelochv 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: