Papel del calcio mitocondrial en el remodelado del cardiomiocito inducido por IGF-1

Abstract

Introducción: La hipertrofia cardiaca adaptativa o fisiológica es la respuesta del corazón para adaptar su función y estructura frente a estímulos fisiológicos, incluidos el ejercicio y el embarazo. Recientemente, se mostró que la hipertrofia cardiaca adaptativa correlaciona con incrementos en la expresión de la proteína uniportador de calcio (Ca2+) mitocondrial (MCU), lo cual se asocia con una mayor captación de Ca2+ y oxidación de sustratos en la mitocondria. La activación de la vía de señalización del receptor del factor de crecimiento análogo a insulina tipo 1 (IGF-1) es responsable de gran parte de los cambios adaptativos observados en la hipertrofia cardiaca fisiológica. Sin embargo, aún se desconoce el papel de IGF-1 en la captación de Ca2+ y función mitocondrial, y si estos cambios juegan un papel relevante en la hipertrofia cardiaca fisiológica. Objetivo: Determinar el papel de la captación de Ca2+ y función mitocondrial en la hipertrofia del cardiomiocito inducida por IGF-1. Métodos: Para abordar este objetivo se utilizaron los modelos in vitro de cardiomiocitos derivados de células madre embrionarias humanas y cardiomiocitos de ratas neonatas. En ambos modelos se evaluó el efecto de IGF-1 sobre el manejo de Ca2+ mitocondrial por medio de microscopía de fluorescencia e indirectamente por medio del análisis de la expresión de proteínas relacionadas al manejo del Ca2+ y bioenergética mitocondrial. Los efectos funcionales se analizaron a través del potencial de membrana mitocondrial y la tasa de consumo de oxígeno, utilizando microscopía de fluorescencia y un analizador de flujo metabólico, respectivamente. Resultados: IGF-1 (10 nM por 24 h) incrementó la captación de Ca2+ mitocondrial y disminuyó la fosforilación de la piruvato deshidrogenasa (PDH) en ambos modelos celulares. A pesar de estos efectos, no se detectaron cambios en los niveles de mRNA ni proteína de MCU. En su lugar, IGF-1 redujo significativamente la expresión de la proteína de captación de Ca2+ 1 (MICU1) e incrementó la proteína reguladora de MCU 1 (MCUR1), sin cambios en las otras subunidades del complejo MCU (MCUC). A nivel funcional, IGF-1 incrementó la diferencia de potencial de membrana mitocondrial y también la tasa de consumo de oxígeno, las cuales se previnieron al bloquear farmacológicamente la captación de Ca2+ mediada por MCUC. Conclusión: La estimulación con IGF-1 incrementa la captación de Ca2+ mitocondrial y la actividad de PDH, incrementando el consumo de oxígeno de los cardiomiocitos. Estos cambios se relacionan con la regulación transcripcional de las subunidades MICU1 y MCUR1 del MCUC.

“Role of mitochondrial calcium uniporter on IGF-1-induced cardiomyocyte remodeling” Introduction: The adaptive or physiological cardiac hypertrophy is a stereotyped response of the heart to adapt its shape and function to increased workloads as a results of physiological stimuli like exercise or pregnancy. Recently, physiological cardiac hypertrophy has been related to higher protein levels of the mitochondrial calcium (Ca2+) uniporter (MCU), which has a positive effect on Ca2+ uptake and substrate oxidation in the mitochondria. The insulin like growth factor type 1 (IGF-1) receptor signaling pathway is responsible for a great part of the adaptive changes observed in physiological hypertrophy. However, the role of IGF-1 on mitochondrial Ca2+ uptake and function, and its relationship with cardiomyocyte hypertrophy is still unknown. Objective: to determine the role of mitochondrial Ca2+ uptake and function in IGF-1- induced cardiomyocyte hypertrophy. Methods: to tackle this goal, we used two different in vitro models of cardiomyocytes, the embryonic stem cell-derived cardiomyocytes and neonatal rat ventricular myocytes. We evaluated the effect of IGF-1 incubation on mitochondrial Ca2+ uptake by fluorescence microscopy and indirectly, by the analysis of mRNA or protein levels of molecular targets related to mitochondrial Ca2+ handling and bioenergetics. As mitochondrial functional parameters, we measured the mitochondrial membrane potential and oxygen consumption rate using fluorescence microscopy and a metabolic flux analyzer, respectively. Results: 10 nM of IGF-1 for 24 h increased the mitochondrial Ca2+ uptake and reduced the pyruvate dehydrogenase (PDH) phosphorylation in both in vitro models. Despite these results, we did not see changes in MCU mRNA and protein levels. Interestingly, we observed a drop in the mRNA levels of the mitochondrial Ca2+ uptake protein 1 (MICU1) and higher levels of the MCU regulator 1 (MCUR1) transcripts, without other changes in the MCU complex (MCUC) subunits. At the functional level, IGF-1 increased the mitochondrial membrane potential and the oxygen consumption rate, this latest one was prevented by blocking MCUC-mediated Ca2+ uptake. Conclusion: IGF-1 stimulation enhances the mitochondrial Ca2+ uptake and PDH activity, increasing the oxygen consumption rate of the cardiomyocytes. These changes are related to the transcriptional regulation of MICU1 and MCUR1 subunits of MCUC.