Abstract

The increase of cardiac hemodynamic load that requires increased mechanical performance drives adaptation of the heart to maintain cardiac function. Modification of protein synthesis in cardiomyocytes allows the cells to adapt to the increased load. Cardiomyocyte hypertrophy and activation of cardiac fibroblasts over the long term is maladaptive and leads to heart failure (HF).

Members of the transforming growth factor-β (TGF-β) superfamily contribute to the remodeling process. TGF-β1 acts as a paracrine messenger between cardiomyocytes and cardiac fibroblasts. Connective tissue growth factor (CTGF) modulates TGF-β signaling and plays a role in the development of fibrosis. In the current study, we aimed to investigate whether blocking the actions of CTGF could alleviate ischemic injury and reduce cardiac remodeling. We determined whether blocking the action of these ligands would modulate cardiac hypertrophy and fibrosis.

In the first study, we found that antagonizing the function of CTGF protected from transverse aortic constriction (TAC) -induced left ventricular remodeling. In the second study in myocardial infarction (MI) model, blocking the function of CTGF resulted in improved post-MI survival and this prevented to the decrease in left ventricular contractile function as compared to the situation in control mice. Treatment with CTGF mAb attenuated the development of dilated cardiomyopathy and limited the increase in cardiomyocyte size and deposition of interstitial fibrosis in a remote area. In the third study, targeting the TGF-β superfamily members myostatin and activins, by administration of a soluble decoy receptor of activin receptor 2B (ACVR2B-Fc) did not affect the extent of MI injury or cardiac remodeling in MI -induced ischemic HF.

Understanding the complex and converging pathways regulating cardiac remodeling is a major challenge, but it may allow for opportunities to develop new therapies, new medicines and provide new hope for people with these life-threatening diseases.

Tiivistelmä

Sydämen lisääntynyt kuormitus vaatii lisääntynyttä supistusvoimaa, joka johtaa sydänlihaksen adaptaatioon pumppaustehon ylläpitämiseksi. Alkuvaiheessa sydämen liikakasvu on hyödyllistä, mutta pidempään jatkuessaan se johtaa lopulta pumppaustoiminnan heikkenemiseen ja sydämen vajaatoimintaan. Useiden signalointimekanismien on osoitettu säätelevän sydänlihaksen adaptoitumista patologisille tiloille.

Transformoiva kasvutekijä –β (TGF-β) proteiiniperhe säätelee sydämen adaptoitumista sekä vasemman kammion seinämän myötäävyyttä venytykselle. TGF-β1 indusoi supistuskykyisten myofibroblastien muodostumista sekä kollageenin tuotantoa. Runsas kollageenin tuotanto vahvistaa sydämen seinämää ja on tarpeen sydäninfarktivaurion korjaamisessa, mutta pitkään jatkuessaan se heikentää sydämen toimintaa ja altistaa rytmihäiriöille, sydämen vajaatoiminnalle sekä sydänperäiselle äkkikuolemalle. Sidekudoskasvutekijä (CTGF) säätelee TGF-β1:n signalointia ja se osallistuu haavan paranemiseen sekä fibroosiin. Tutkimuksessa selvitettiin, voidaanko sidekudoskasvutekijän tai TGF-β -perheen proteiinien toimintaa estämällä lievittää sydämen vajaatoiminnan kehittymistä.

Koetuloksemme osoittavat, että CTGF:n toiminnan estäminen vasta-aineen (mAb) avulla vähentää hemodynaamisen liikakuormituksen indusoimaa vasemman kammion toiminnan heikkenemistä, kammion laajenemista sekä fibroosia. CTGF mAb myös vähentää kuolleisuutta ja estää sydämen toiminnan heikkenemistä sydäninfarktin jälkeen sekä lievittää sydäninfarktin jälkeistä dilatoivan kardiomyopatian kehittymistä. Aktiviinien ja myostatiinin toiminnan esto liukoisen aktiviinireseptori 2B:n (ACVR2B-Fc) avulla sen sijaan ei vaikuta sydäninfarktivaurioon tai iskeemisen vajaatoiminnan kehittymiseen. ACVR2B-Fc kuitenkin lisää luurankolihaksen kasvua, estäen sydämen vajaatoimintaan liittyvää luurankolihaskatoa.

Sydämen hypertrofian ja vajaatoiminnan syntymisen kannalta keskeisten signaalinvälitysreittien tunnistaminen ja niiden toiminnan ymmärtäminen auttaisi kehittämään tehokkaampia lääkehoitoja sydänsairauksiin.

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

1. Szabó, Z., Magga, J., Alakoski, T., Ulvila, J., Piuhola, J., Vainio, L., … Kerkelä, R. (2014). Connective Tissue Growth Factor Inhibition Attenuates Left Ventricular Remodeling and Dysfunction in Pressure Overload–Induced Heart Failure. Hypertension, 63(6), 1235–1240. https://doi.org/10.1161/hypertensionaha.114.03279

2. Vainio, L. E., Szabó, Z., Lin, R., Ulvila, J., Yrjölä, R., Alakoski, T., … Kerkelä, R. (2019). Connective Tissue Growth Factor Inhibition Enhances Cardiac Repair and Limits Fibrosis After Myocardial Infarction. JACC: Basic to Translational Science, 4(1), 83–94. https://doi.org/10.1016/j.jacbts.2018.10.007

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

3. Szabo, Z., Vainio, L. E., Lin, R., Swan, J., Hulmi, J., Serpi, R., … Magga, J. (2019). Systemic blockade of ACVR2B ligands reverses muscle wasting in chronic heart failure model without compromising cardiac function. Manuscript in preparation. https://doi.org/10.1096/fj.201903074RR

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version