Estudio de las vías transduccionales que regulan la actividad metabólica de la testosterona a través de PGC-1α en cardiomiocitos

Abstract

El cardiomiocito, la célula contráctil del corazón, requiere el suministro continuo de energía para llevar a cabo la contracción muscular y sus diversos procesos celulares que incluyen sobrevida, crecimiento y metabolismo. Los efectos anabólicos de la testosterona, la principal hormona esteroide anabólica/androgénica, sobre el cardiomiocito implican adaptaciones metabólicas. En este tipo celular el ATP se genera por β-oxidación y en menor medida por glicólisis. En condiciones fisiológicas, la respuesta metabólica del cardiomiocito comprende una interacción entre las necesidades y la disponibilidad de sustratos energéticos. A pesar de los avances en el conocimiento de los efectos de la testosterona sobre el sistema cardiovascular, poco se sabe de las vías metabólicas usadas por esta hormona en cardiomiocitos. El co-factor transcripcional PGC-1α es un coactivador transcripcional que regula la biogénesis mitocondrial y diversos genes del metabolismo oxidativo y glicolítico. PGC-1α es regulado por diversas proteínas, tales como la quinasa dependiente del complejo Ca2+/Calmodulina tipo II (CaMKII) y la proteína quinasa activada por AMPK (AMPK). El objetivo de este trabajo fue estudiar la participación de estas proteínas quinasas en la activación de PGC-1α mediada por testosterona en condiciones de hipertrofia del cardiomiocito. Los resultados muestran que la testosterona (100 nM) produce un aumento de la localización nuclear de PGC-1α y de la actividad del plasmidio reportero PGC-1α luciferasa a las 24 h de estímulo. En este tiempo el cardiomiocito presenta un fenotipo hipertrófico. La inhibición de CaMKII con el péptido inhibidor, AIP (Autocamptide-2 Related Inhibitor Peptide) bloqueó tanto la translocación nuclear como la actividad transcripcional de PGC-1α. Por otro lado, la testosterona aumentó la expresión de Hexoquinasa II (HKII) y la captación de glucosa. Este último fue inhibido por Indinavir (inhibidor del transportador de glucosa GLUT4) y AIP. Además, el aumento en la captación de glucosa inducido por testosterona fue bloqueado por el uso de un siRNA dirigido contra PGC-1α. Estos resultados sugieren a PGC-1α como un regulador clave en los cambios metabólicos inducidos por testosterona, donde la CaMKII es necesaria para la activación de PGC-1α. La participación de CaMKII y PGC-1α parecen ser actores claves en el control del metabolismo inducido por la testosterona para inducir hipertrofia del cardiomiocito

Cardiomyocytes require a continuous supply of energy to maintain muscle contraction as well as hemodynamic adaptation, survival, growth and metabolism. Anabolic effects of testosterone, the main anabolic/androgenic steroid hormone, on cardiomyocytes involve metabolic adaptations. In cardiomyocytes, ATP required for cellular energy is generated mainly by fatty acid oxidation and in less proportion by glucose as energy substrate. Because the heart must adapt to continuously changing energy demands but has limited capacity for storing fatty acids or glucose, cardiomyocyte energy substrate flux must be tightly matched with demand. To elicit functional actions, androgen receptor once activated by testosterone must interact with coactivator proteins. A main metabolic coactivator in cardiac cells is the peroxisome proliferator-activated receptor (PPARγ) coactivator-1α (PGC-1α), which is a key transcriptional energy regulator. PGC-1α obtains information from upstream signaling pathways as Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) and AMPK protein kinase activated by AMP (AMPK) to connect energy demands with cell growth via gene expression. However, the signaling mechanisms that regulate cardiac metabolic adaptation during testosterone-induce cardiomyocyte hypertrophy are up until now incompletely understood. The objective of this work was to study the involvement of these protein kinases in the activation of PGC-1α by testosterone during cardiomyocyte hypertrophy. The results show that testosterone (100 nM) increased nuclear localization of PGC-1α and PGC-1α-luciferase activity. Inhibition of CaMKII with autocamptide-2 related inhibitor peptide (AIP) blocked both nuclear translocation and transcriptional activity of PGC-1α. Moreover, testosterone increased hexokinase II (HKII) expression and glucose uptake. Glucose uptake was inhibited by indinavir (a GLUT4 inhibitor) and AIP. Moreover, glucose uptake increases induced testosterone was blocked by siRNA to PGC-1α. Together, these results suggest that CaMKII is required for PGC-1α activation and PGC-1α is a key regulator of the metabolic changes induced by testosterone in cardiomyocytes