Differential signal transductions of adrenoceptors in ischemia-reperfused heart and hypoxia-reoxygenated cardiomyocytes

Abstract

[한글]

허혈 후 재관류는 간질성 섬유화, 심근세포의 사멸과 심근비대의 유발을 내포하는 심실개조와 관련되어 있다. 심근의 비대는 고혈압, 심근경색, 유전성 심장 질환과 같은 병리학적인 병태에서 발생하는 보상 과정이며, α1-아드레날린성 수용체(adernoreceptor, AR)가 연관되어 있다. 본 연구의 목적은 심장에서 허혈/재관류나 저산소/재산소화에 의한 Gh의 산화적 조절이 α-AR에 의한 심근비대 반응을 선택적으로 매개하는지 확인하는데 있다. 먼저 신생백서의 심근세포를 배양한 뒤, α1 길항체인 prazocin을 이용하여 노르에페네프린 (NE) 자극에 의한 심근비대반응이 α1-AR에 의해 매개됨을 총단백질 생성량과 ERK의 인산화 정도를 이용하여 확인하였고, 저산소/재산소화 처리를 통하여 재산소화 시간증가에 따른 활성산소종 (ROS) 생성을 관찰하였다. 또한 허혈/재관류된 심장과 저산소/재산소화된 심근세포에서 발생하는 비대반응에 따른 α1-AR의 mRNA 수준과 G 단백의 발현수준을 조사한 결과, α1-AR에서는 아형들의 발현수준 변화가 없었으나, G 단백질은 Gh의 발현수준이 유의하게 증가하였다. 그리고, 비대 반응에서 Gh 의 특이적 연관성을 검증하기 위하여 Gh 유전자의 도입과 억제 실험을 한 결과, Gh 의 관련성이 확인되었다. 저산소/재산소화된 심근세포에서 ROS 자극에 의해 증가된 Gh는 주로 세포막 단백질이었으며 PLC δ1와는 관계없이 MEK1,2/ERKs 신호전달 기작을 통해 심근비대를 매개하였다. 이상의 연구 결과를 토대로 저산소/재산소화에 노출된 심근세포는 α1-AR와 증가된 Gh를 통하여 MEK1,2-ERKs의 활성과 원종양유전자인 c-fos의 발현 증가를 유도하여 심근비대를 유발시킴을 알 수 있었다. 또한 저산소/재산소화에서 Gh와 연관된 심근비대의 기작은 PLC δ1와 무관함을 확인하였다.

[영문]Ischemia/reperfusion has been associated with ventricular (LV) remodeling, including induction of interstitial fibrosis, cardiomyocyte apoptosis, and hypertrophy. Cardiac hypertrophy is a compensatory process which occurs in pathological conditions, such as hypertension, myocardial infarction, and some genetic heart diseases. α1-Adrenoceptors (ARs) have been implicated in the pathogenesis of cardiac hypertrophy, ischemia-induced cardiac arrythmias and ischemic preconditioning. The goal of the present study is to test the hypothesis that α1-AR mediated hypertrophy is selectively mediated via the oxidative modification of Gh during hypoxia/reoxygenation or ischemia/reperfusion. To perform this work, we first examined whether α1-AR mainly mediated hypertrophic response in norepinephrine (NE)-stimulated neonatal cardiomyocytes using the α1 selective antagonist, prazocin. The increases in protein/DNA ratio and extracellular signal-regulated kinases (ERKs) phosphorylation as an index for the hypertrophic phenotype were observed in this experiment. Reactive oxygen species (ROS) production as a stimulator was also increased in hypoxia/reoxygenation (H/R). The mRNA levels of α1-adrenoceptors in hypertrophic responses in both in vivo model of I/R myocardium and in vitro model of H/R cardiomyocytes were not increased but mRNA level of Gh protein was significantly increased. To further address the involvement of Gh in hypertrophic response of NE-stimulated cardiomyocytes, specific relation of Gh was confirmed by using Gh overexpression and inhibition into cardiomyocytes. Also mainly increased membrane Gh protein by ROS stimulation has a more sensitive effect on myocardial hypertrophy through MEK1,2/ERKs signal transduction pathway regardless of PLC δ1 and induction of proto-oncogene, c-fos by α1-AR in neonatal cardiomyocytes. These results provide that ROS production by I/R mediates Gh protein increase and increased Gh protein leads to more specific responsiveness to NE stimulated-hypertrophy in neonatal cardiomyocytes.