Papel del calcio mitocondrial en el remodelado del cardiomiocito inducido por IGF-1
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2022Metadata
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Chiong Lay, Mario
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Papel del calcio mitocondrial en el remodelado del cardiomiocito inducido por IGF-1
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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.
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Tesis para optar al grado de Doctor en Ciencias Biomédicas
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Esta tesis cuenta con el apoyo y financiamiento de: Beca para estudios de Doctorado en Chile, ANID 2018 – 2021 (P.S.); Proyectos FONDECYT regulares 1161156 y 1200490 (S.L.); Proyecto FONDAP 15130011 (S.L., M.C.).
Identifier
URI: https://repositorio.uchile.cl/handle/2250/196795
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