În mod surprinzător, anumiți pacienți cu gena mutantă PDE3A au fost imuni la daune legate de hipertensiune arterială.
Oamenii de știință din Berlin au studiat de zeci de ani o afecțiune ereditară ciudată care face ca jumătate din persoanele din anumite familii să aibă degete șocant de scurte și tensiune arterială anormal de mare. Dacă nu sunt tratate, persoanele afectate mor adesea în urma unui accident vascular cerebral în jurul vârstei de 50 de ani.
Cercetătorii de la Centrul Max Delbrück (MDC) din Berlin au descoperit originea afecțiunii în 2015 și au reușit să o verifice cinci ani mai târziu folosind modele animale: o mutație în gena fosfodiesterazei 3A (PDE3A) face ca enzima sa codificată să devină hiperactivă, modificând creșterea osoasă și provocând hiperplazia vaselor de sânge, ducând la hipertensiune arterială.
„Tensiunea arterială ridicată duce aproape întotdeauna la slăbirea inimii”, spune Dr. Enno Klußmann, șeful Laboratorului de semnalizare ancorată la Centrul Max Delbrück și om de știință la Centrul German de Cercetare Cardiovasculară (DZHK).
Deoarece trebuie să pompeze împotriva unei presiuni mai mari, explică Klußmann, organul încearcă să-și întărească ventriculul stâng. „Dar, în cele din urmă, acest lucru are ca rezultat îngroșarea mușchiului inimii cunoscută sub numele de hipertrofie cardiacă care poate duce la insuficiență cardiacă, scăzând considerabil capacitatea sa de pompare.”
Cu toate acestea, acest lucru nu se întâmplă la pacienții cu hipertensiune arterială cu degete scurte și gene PDE3A mutante.
„Din motive care sunt acum parțial dar nu pe deplin înțelese, inimile lor par imune la daunele care de obicei rezultă din cauza hipertensiunii arteriale”, spune Klußmann.
Cercetarea a fost realizată de oamenii de știință de la Centrul Max Delbrück, Charité – Universitätsmedizin Berlin și DZHK și a fost publicată în jurnalul Circulation.
În plus față de Klußmann, autorii finali au inclus profesorii Centrului Max Delbrück Norbert Hübner și Michael Bader, precum și Dr. Sylvia Bähring de la Centrul de Cercetare Experimentală și Clinică (ECRC), o instituție comună a Charité și a Centrului Max Delbrück.
Echipa, care a inclus alți 43 de cercetători din Berlin, Bochum, Heidelberg, Kassel, Limburg, Lübeck, Canada și Noua Zeelandă, și-a publicat recent descoperirile privind efectele protectoare ale mutației genei și de ce aceste descoperiri ar putea transforma modul în care inima va fi tratată în viitor.
Studiul are patru primi autori, dintre care trei sunt cercetători ai Centrului Max Delbrück și unul la ECRC.
Oamenii de știință și-au efectuat testele pe pacienți umani cu hipertensiune arterială și sindrom de brahidactilie (HTNB), adică hipertensiune arterială precum și pe modele de șobolani și celule musculare ale inimii. Celulele au fost crescute din celule stem special concepute, cunoscute sub numele de celule stem pluripotente induse. Înainte de a începe testarea, cercetătorii au introdus gena PDE3A în celule și animale pentru a imita mutațiile HTNB.
„Am dat peste o mutație a genei PDE3A necunoscută anterior la pacienții pe care i-am examinat”, raportează Bähring.
„Studiile anterioare au arătat întotdeauna că mutația din enzimă este localizată în afara domeniului catalitic dar acum am găsit o mutație chiar în centrul acestui domeniu.” precizează ea.
În mod surprinzător, ambele mutații au același efect prin faptul că fac enzima mai activă decât de obicei. Această hiperactivitate accelerează degradarea uneia dintre moleculele de semnalizare importante ale celulei cunoscute sub numele de cAMP (adenozin monofosfat ciclic), care este implicată în contracția celulelor mușchiului inimii.
„Este posibil ca această modificare a genei indiferent de locația sa să determine două sau mai multe molecule PDE3A să se grupeze și să funcționeze astfel mai eficient”, spune Bähring.
Cercetătorii au folosit un model de șobolan creat cu tehnologia CRISPR-Cas9 de către laboratorul lui Michael Bader de la Centrul Max Delbrück pentru a încerca să înțeleagă mai bine efectele mutațiilor.
„Am tratat animalele cu agentul izoproterenol, un așa-numit agonist al receptorilor beta”, spune Klußmann.
Astfel de medicamente sunt uneori utilizate la pacienții cu insuficiență cardiacă în stadiu terminal. Se știe că izoproterenolul induce hipertrofie cardiacă.
„Cu toate acestea, în mod surprinzător, acest lucru s-a întâmplat la șobolanii modificați genetic, într-un mod similar cu ceea ce am observat la animalele de tip sălbatic. Contrar a ceea ce ne așteptam, hipertensiunea existentă nu a agravat situația”, relatează Klußmann.
„Inimile lor erau destul de evident protejate de acest efect al izoproterenolului.” a adăgat Klußmann
În experimente ulterioare, echipa a investigat dacă proteinele dintr-o cascadă de semnalizare specifică a celulelor musculare ale inimii s-au schimbat ca urmare a mutației și, dacă da, care dintre ele. Prin acest lanț de reacții chimice, inima răspunde la adrenalină și bate mai repede ca răspuns la situații precum entuziasmul. Adrenalina activează receptorii beta ai celulelor, determinându-le să producă mai mult cAMP, PDE3A și alte PDE opresc procesul prin modificarea chimică a cAMP.
„Cu toate acestea, am găsit o mică diferență între șobolanii mutanți și de tip sălbatic atât la nivel de proteine, cât și de ARN”, spune Klußmann.
Conversia cAMP de către PDE3A nu are loc oriunde în celula mușchiului inimii, ci în apropierea unui sistem de membrană tubulară care stochează ioni de calciu. O eliberare a acestor ioni în citosolul celulei declanșează contracția musculară, şi au creat astfel bătăile inimii. După contracție, calciul este pompat înapoi în depozit de către un complex proteic. Acest proces este reglementat și la nivel local de către PDE.
Klußmann și echipa sa au emis ipoteza că, deoarece aceste enzime sunt hiperactive în regiunea locală din jurul pompei de calciu, ar trebui să existe mai puțin cAMP care ar inhiba activitatea pompei.
„În celulele musculare ale inimii modificate genetic, am arătat de fapt că ionii de calciu rămân în citosol mai mult decât de obicei”, spune Dr. Maria Ercu, membru al laboratorului lui Klußmann și unul dintre primii patru autori ai studiului.
„Acest lucru ar putea crește forța contractilă a celulelor.” mai precizează ea.
„Inhibitorii PDE3 sunt utilizați în prezent pentru tratamentul insuficienței cardiace acute pentru a crește nivelurile de AMPc”, explică Klußmann.
Terapia regulată cu aceste medicamente ar afecta rapid puterea mușchiului inimii.
„Descoperirile noastre sugerează acum că nu inhibarea PDE3 şi dimpotrivă, activarea selectivă a PDE3A poate fi o abordare nouă și mult îmbunătățită pentru prevenirea și tratarea leziunilor cardiace induse de hipertensiune arterială, cum ar fi cardiomiopatia hipertrofică și insuficiența cardiacă”, spune Klußmann.
Dar înainte ca acest lucru să se întâmple, spune el, trebuie să se acorde mai multă atenţie asupra efectelor protectoare ale mutației.
„Am observat că PDE3A nu numai că devine mai activă, dar și că concentrația sa în celulele mușchilor inimii scade”, raportează cercetătorul, adăugând că este posibil ca prima să poată fi explicată prin oligomerizare, un mecanism care implică cel puțin două enzime, molecule care lucrează împreună.
„În acest caz”, spune Klußmann, „am putea dezvolta probabil strategii care să inițieze artificial oligomerizarea locală imitând astfel efectul protector al inimii”.
Articol de Răzvan Lupu