Μελέτη των μηχανισμών καρδιοπροστασίας στο μυοκάρδιο με έλλειψη δεσμίνης
Authors: Διοκμετζίδου Αντιγόνη 
Published: September 2021

Το μυοειδικό ενδιάμεσο ινίδιο, δεσμίνη, αλληλοεπιδρά με τη μικρή θερμοεπαγόμενη πρωτεΐνη, αΒ-κρυσταλλίνη και η συμμετοχή τους στην καρδιοπροστασία έχει δειχθεί σε διάφορες μελέτες, χωρίς, όμως, ο ρόλος τους να έχει διευκρινιστεί πλήρως. Μεταλλάξεις και στις δύο πρωτεΐνες οδηγούν σε μυοκαρδιοπάθειες και καρδιακή ανεπάρκεια σε ανθρώπους και μύες, με κοινά παθολογικά χαρακτηριστικά και εκτεταμένα μιτοχονδριακά προβλήματα, οδηγώντας στην υπόθεση ότι υπάρχει λειτουργική αλληλεπίδραση μεταξύ τους στην καρδιοπροστασία. Για να διαλευκάνουμε το ρόλο της δεσμίνης και της αΒ-κρυσταλλίνης στη μιτοχονδριακή ομοιόσταση και καρδιοπροστασία, υπερεκφράσαμε ειδικά στην καρδιά την αΒ-κρυσταλλίνη στο μοντέλο μυοκαρδιοπάθειας του μυός με έλλειψη δεσμίνης (des-/-). Το des-/- μοντέλο παρουσιάζει ένα συνδυασμό της παθολογίας των περισσοτέρων τύπων μυοκαρδιοπαθειών, με δομικές ανωμαλίες και εμφανή μιτοχονδριακά προβλήματα, τα οποία οδηγούν σε κυτταρικό θάνατο, φλεγμονή και ίνωση, καταλήγοντας σε ανάπτυξη μυοκαρδιοπάθειας και καρδιακή ανεπάρκεια. Οι μελέτες μας έδειξαν ότι η υπερέκφραση της αΒ-κρυσταλλίνης εμποδίζει την ανάπτυξη μυοκαρδιοπάθειας και βελτιώνει σημαντικά όλα τα παθολογικά χαρακτηριστικά της καρδιάς με έλλειψη δεσμίνης. Η καρδιακή λειτουργία βελτιώνεται εξαιρετικά, φθάνοντας σχεδόν τα επίπεδα του αγρίου τύπου. Αυτή η βελτίωση εξακριβώνεται και υπό συνθήκες στρες, καθώς des-/- μύες που υπερεκφράζουν αΒ-κρυσταλλίνη επιβιώνουν σε ποσοστό 100% σε ένα πρωτόκολλο εξαναγκαστικής άσκησης, κατά το οποίο μόλις 50% των des-/- μυών επιβιώνει. Η εξέταση της υπερδομής του des-/- μυοκαρδίου με ηλεκτρονική μικροσκοπία έδειξε ότι τα δομικά ελαττώματα της des-/- καρδιάς, όπως η διαταραγμένη διάταξη των μυοϊνιδίων και οι μιτοχονδριακές ανωμαλίες, συμπεριλαμβάνοντας το μιτοχονδριακό οίδημα, τις αλλοιώσεις της θέσης και του σχήματος και την εκτεταμένη καταστροφή των πτυχώσεων (cristae), έχουν διορθωθεί σε μεγάλο βαθμό. Επίσης, η υπερέκφραση της αΒ-κρυσταλλίνης παρέχει αντιοξειδωτική προστασία στα des-/- μυοκαρδιοκύτταρα, μειώνοντας τα αυξημένα επίπεδα ενεργών ριζών οξυγόνου, τουλάχιστον μέσω της αύξησης της διαθεσιμότητας της γλουταθειόνης. Επιπλέον, βρήκαμε ότι η εκτεταμένη προστασία των μιτοχονδρίων από την υπερέκφραση της αΒ-κρυσταλλίνης περιλαμβάνει την αναστολή της μη φυσιολογικής διάνοιξης του πόρου μετάπτωσης της μιτοχονδριακής διαπερατότητας (mPTP; mitochondrial permeability transition pore) και της μείωσης του μιτοχονδριακού μεμβρανικού δυναμικού (Δψm) που συμβαίνουν κατά την απουσία δεσμίνης. Για να διερευνήσουμε περαιτέρω το μηχανισμό της μιτοχονδριακής προστασίας, πραγματοποιήσαμε συγκριτική πρωτεομική ανάλυση των μιτοχονδρίων από καρδιές μυών άγριου τύπου (wt), des-/- και des-/- που υπερεκφράζουν αΒ-κρυσταλλίνη (des-/-αBCry). Η απουσία δεσμίνης οδηγεί σε μείωση των πρωτεϊνικών επιπέδων πολλών ενζύμων του αερόβιου μεταβολισμού και σημαντικών μιτοχονδριακών πρωτεϊνών, όπως η μιτοφιλίνη (mitofilin/ Mic60). Η υπερέκφραση αΒ-κρυσταλλίνης επαναφέρει τα αλλαγμένα επίπεδα των ενζύμων κοντά στα φυσιολογικά. Ερευνώντας τον υπεύθυνο μηχανισμό αυτών των αλλαγών, βρήκαμε ότι η δεσμίνη και η αΒ-κρυσταλλίνη, αλληλεπιδρούν με πρωτεΐνες που παίζουν σημαντικό ρόλο στη μορφολογία των πτυχώσεων της εσωτερικής μεμβράνης των μιτοχονδρίων και τη λειτουργία των μιτοχονδρίων, όπως η μιτοφιλίνη, η OPA1 (optic atrophy 1) και η ΑΤΡ συνθετάση. Ακόμη, βρήκαμε ότι η δεσμίνη και η αΒ-κρυσταλλίνη, επιπλέον των γνωστών σημείων, εντοπίζονται σε εξειδικευμένες μεμβράνες του σαρκοπλασματικού δικτύου οι οποίες συνδέονται με τα μιτοχόνδρια (MAMs: mitochondria associated membranes), όπου αλληλεπιδρούν με τη VDAC (voltage depedent anion channel) και το σύμπλοκο MICOS (mitochondrial contact site and cristae organizing system), γνωστό για το σημαντικό του ρόλο στη μορφολογία και λειτουργία των μιτοχονδρίων. Οι παραπάνω αλληλεπιδράσεις προβάλλουν ένα σημαντικό ρόλο για τη δεσμίνη και την αΒ-κρυσταλλίνη στη διατήρηση της μιτοχονδριακής ομοιόστασης, στην αναστολή του κυτταρικού θανάτου και στη βιοενεργητική του κυττάρου.Συμπερασματικά, η αΒ-κρυσταλλίνη αποτελεί ένα εξαιρετικό θεραπευτικό μέσον για τη μυοκαρδιοπάθεια, καθώς αναστέλλει πλήρως την ανάπτυξή της στο μοντέλο του μυός με έλλειψη δεσμίνης, βελτιώνοντας σημαντικά όλα τα παθολογικά χαρακτηριστικά. Η δράση της δεσμίνης και της αΒ-κρυσταλλίνης στον άξονα μιτοχονδρίων-σαρκοπλασματικού δικτύου δίνει την ικανότητα στο μυοκαρδιοκύτταρο να συντονίσει τις λειτουργίες του και να ανταπεξέρχεται στις αυξημένες ενεργειακές ανάγκες του μυός. Τα αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής ανοίγουν νέους ορίζοντες για έρευνα σχετικά με την καρδιοπροστασία και τη συμβολή των ενδιάμεσων ινιδίων στην αλληλεπίδραση και ομοιόσταση των οργανιδίων.