Kardiyak hipertrofide beta 3-AR'lerin NA+/K+-atpaz enzimi üzerindeki etkisi
The effect of beta 3-ARS on NA+/K+-atpase in cardiac hypertrophy
Yazar: GİZEM KAYKI MUTLU
Danışman: PROF. DR. VECDİ MELİH ALTAN
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmakoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: Adenosin trifosfatazlar = Adenosine triphosphatases ; Hipertrofi = Hypertrophy ; Kalp = Heart ; Kalp hastalıkları = Heart diseases ; Kardiyomiyopati-hipertrofik = Cardiomyopathy-hypertrophic ; Norepinefrin = Norepinephrine

Özet:
Negatif inotropik etkiye aracılık eden β3-AR'lerin etkileri sağlıklı kalpte belirgin olmamakla birlikte, sempatik aşırı aktivasyonla ilişkili kardiyak patolojilerde ekspresyonunun arttığı ve etkilerinin güçlendiği öne sürülmektedir. β3-AR'lerin sağlıklı kalpte kardiyak pompa β1 alt ünitesi üzerindeki oksidatif modifikasyonu geri döndürerek artan Na+/K+ akımına aracılık ettikleri gösterilmiştir. Ne var ki, bir patoloji varlığında β3-AR'lerin NKA üzerindeki etkileri henüz bilinmemektedir. Bu nedenle çalışmamızda sempatik sistem aktivasyonu sonucu gelişen rat hipertrofi modelinde β3-AR'lerin Na+-K+ pompası üzerindeki etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Öncelikle, taze izole edilmiş rat kardiyomiyositlerinde kısa (3 saat) süreli, in vitro noradrenalin inkübasyonunun Na+/K+ pompa akımını azalttığı ve istatiksel olarak anlamlı olmamakla birlikte hücre içi Na+ floresans düzeylerinde hafif bir artış oluşturduğu gözlenmiştir. Ortama β3-AR agonisti BRL 37344 eklendiğinde ise pompa akımındaki azalma geri dönmekte ve Na+ düzeylerindeki artış ise azalmaktadır. In vitro olarak elde edilen bu bulgunun in vivo etkilerinin incelenmesi amacıyla ise ratlara 2 hafta süreyle noradrenalin tedavisi uygulanarak hipertrofi modeli geliştirilmiştir. Bu ratların kardiyak fonksiyonları sol ventrikül basınç-hacim analiz yöntemiyle incelenmiştir. Kalp ağırlığı/beden ağırlığı oranı artan noradrenalin tedavili ratların sistolik fonksiyonlarını gösteren ESP ve dPmax; diyastolik fonksiyonların göstergesi olan EDP değerlerinin arttığı ve dPmin değerinin ise azaldığı gözlenmiştir. Öte yandan kalp atım hızının da hipertrofik ratlarda arttığı gözlenmiştir. Buna ek olarak, yük-bağımsız kontraktilite indeksleri PRSW ve Ees değerleri ile ventrikül katılığının da noradrenalin tedavili ratlarda arttığı gözlenmiştir. Afterload'u tanımlayan Ea parametresi de hipertrofik ratlarda artmaktadır. Noradrenalin tedavisiyle gelişen sistolik performans artışının afterload artışına karşı gelişen kompensatuvar bir yanıt olduğu düşünülmektedir. β3-AR agonisti BRL 37344 tedavisiyle ise bu parametrelerin kontrol düzeylerine geri döndüğü gözlenmiştir. Ne var ki, ratların sistol ve diyastol sonu ventrikül hacimleri ile atım hacmi arasında bir farklılık bulunmamıştır. Hipertrofik rat kalplerinde ayrıca, Na+/K+ pompa aktivitesi azalmaktadır. Noradrenaline ek olarak BRL 37344'ün tedaviye eklenmesiyle Na+/K+ pompa aktivitesi düzelmektedir. Ayrıca, hipertrofi belirteci bir gen olan ANP düzeylerinin de noradrenalin tedavisiyle arttığı, β3-AR stimülasyonuyla ise azaldığı gözlenmiştir. Hipertrofik ratlarda β3-AR ekspresyonları artmakta, BRL tedavisiyle ise bu artış geri dönmektedir. Öte yandan, hipertrofide NKA alt ünitelerinden β1 ekspresyonlarında bir değişiklik olmaksızın α1 altünitesinde hafif bir artış, α2 alt ünitesinde ise hafif bir azalma gözlenmiştir. β3-AR agonist tedavisi ise bu değişiklikleri geri döndürmektedir. Spesifik β3-AR agonizminin Na+/K+ pompa stimülasyonu aracılı antihipertrofik etkilerinin gösterildiği çalışmamız, hipertrofi tedavisine yeni bir potansiyel terapötik yaklaşım sunmaktadır. Buna ek olarak, hipertrofi patofizyolojisinin daha iyi anlaşılmasına da katkı sağlamaktadır.

Abstract:
β3-ARs mediate negative inotropic effects, the physiological role of which is not clear in healthy heart. They are known to be upregulated in cardiac pathologies associated with sympathetic overactivation and their effects become more prominent. β3-ARs are shown to stimulate cardiac Na+/K+ pump via the reversal of an oxidative modification in the regulatory β1 subunit of the pump in healthy heart. However, their effects on the pump in the presence of a cardiac pathology are still not known. For this purpose, we aimed to investigate the effects of β3-ARs on Na+-K+ pump in hypertrophy related to sympathetic overstimulation. Firstly, we observed a decrease on Na+/K+ pump current and a slight increase on Na+ fluorescence on in vitro, short term (3 hours) noradrenaline incubated freshly isolated cardiomyocytes. When β3-AR agonist, BRL 37344 is added, pump current and Na+ fluorescence values returned to control values. To determine the in vivo effect, we treated rats with noradrenaline for 2 weeks and hypertrophy was induced. Cardiac function of these rats was investigated by the method of left ventricle pressure-volume analysis. Systolic function parameters ESP and dPmax, diastolic function parameter EDP were found to be increased and dPmin to be decrased in noradrenaline-treated rats with higher heart weight/body weight ratio. Heart rate was also increased in these rats. Moreover, load-independent contractility indexes PRSW, Ees and stiffness were increased in hypertrophic rats. On the other hand, BRL 37344 improved these parameters. However, end systolic, end diastolic ventricle volumes and stroke volume were not different among groups. Na+/K+ pump activity was also increased in hypertrophic rats. In addition to noradrenaline, when BRL 37344 was also added to the treatment, Na+/K+ pump activity returned to control values. Moreover, ANP which is an hypertrophy marker, was increased with hypertrophy and decreased with β3-AR stimulation. In hypertrophic rats, an increase was observed in β3-AR expression which was decreased by BRL treatment. On the other hand, NKA β1 subunit was not changed, however a slight increase in α1 subunit and a slight decrease in α2 subunit were determined. Our study which shows spesific in vivo β3-AR agonism has an antihypertrophic effect via the stimulation of Na+/K+ pump may be a promising therapeutic option for hypertrophy and provides better understanding of the pathophysiology of hypertrophy.