Circulation Research

Tóm tắt: Nhịp điệu hàng ngày ảnh hưởng đến sinh lý tim mạch như nhịp tim và huyết áp cũng như tỷ lệ xảy ra các sự kiện tim mạch không mong muốn như nhồi máu cơ tim và đột quỵ. Ví dụ, những người làm ca đêm và bệnh nhân có rối loạn giấc ngủ, chẳng hạn như ngưng thở khi ngủ tắc nghẽn, có nguy cơ bị nhồi máu cơ tim, đột quỵ và tử vong đột ngột cao hơn. Sự biến đổi theo nhịp điệu hàng ngày cũng rõ ràng ở cấp độ phân tử, vì sự biểu hiện gen trong tim và mạch máu khác biệt đáng kể giữa ban ngày và ban đêm. Nhiều bằng chứng được trình bày ở đây cho thấy sự phát triển và tái tạo (tái cấu trúc cấu trúc) rất phụ thuộc vào các quá trình diễn ra trong đêm chủ quan. Chuyển hóa cơ tim cũng rất năng động với sự ưa thích chất nền thay đổi giữa ngày và đêm. Tỷ lệ rủi ro/lợi ích của một số chiến lược điều trị và sự xuất hiện của các dấu hiệu sinh học cũng thay đổi trong suốt chu kỳ nhịp điệu 24 giờ. Sự đồng bộ giữa các nhịp điệu hàng ngày bên ngoài và bên trong cũng như sự hài hòa giữa các nhịp điệu phân tử trong tế bào là rất cần thiết cho sinh lý học của cơ quan bình thường. Sinh lý học tế bào là 4 chiều; các thành phần chất nền và enzyme của một con đường chuyển hóa nhất định phải có mặt không chỉ ở không gian phân vùng đúng trong tế bào mà còn vào thời điểm thích hợp. Theo một cách tương ứng, chúng tôi cho thấy việc phá vỡ mối quan hệ toàn diện này có tác động tàn phá đến các hệ thống tim mạch, thận và có thể là các cơ quan khác. Sự hài hòa giữa sinh lý của chúng ta và môi trường là điều cần thiết cho sức khỏe tốt.

Chúng tôi đã từng chỉ ra rằng connexin 43 (Cx43) có mặt trong ti thể, rằng sự thiếu hụt gen của nó làm mất đi khả năng bảo vệ của quá trình tiền điều kiện do thiếu máu và diazoxide gây ra, và rằng nó tham gia vào sự hình thành các loài oxy phản ứng (ROS) trong phản ứng với diazoxide. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã điều tra vị trí trong ti thể của Cx43, cơ chế chuyển vị của Cx43 tới ti thể và ảnh hưởng của việc ức chế sự chuyển vị đến khả năng bảo vệ của quá trình tiền điều kiện. Kính hiển vi huỳnh quang của ti thể không có màng ngoài và phương pháp Western blot trên ti thể đã phân đoạn cho thấy Cx43 nằm ở màng trong của ti thể, và sự đồng kết tủa miễn dịch Cx43 với Tom20 ( T ranslocase của o utter m embrane 20 ) và với protein sốc nhiệt 90 (Hsp90) cho thấy rằng nó tương tác với máy móc nhập protein ti thể thông thường. Trong các trái tim chuột cống đã được tách ra, geldanamycin, một chất ức chế sự chuyển vị protein phụ thuộc vào Hsp90 tới màng trong của ti thể thông qua con đường TOM, đã nhanh chóng (15 phút) làm giảm hàm lượng Cx43 trong ti thể khoảng một phần ba ở cả điều kiện có và không có diazoxide. Geldanamycin một mình không có tác động đến kích thước tổn thương, nhưng nó làm mất khả năng bảo vệ chống lại tổn thương do diazoxide cung cấp. Geldanamycin đã loại bỏ sự gia tăng gấp đôi của Cx43 trong ti thể được kích thích bởi 2 chu kỳ tiền điều kiện do thiếu máu/tái tưới máu, nhưng hiệu ứng này không liên quan đến việc giảm khả năng bảo vệ. Những kết quả này cho thấy Cx43 được vận chuyển tới màng trong của ti thể thông qua sự chuyển vị qua phức hợp TOM và rằng hàm lượng Cx43 trong ti thể bình thường là quan trọng cho con đường tiền điều kiện liên quan đến diazoxide.

Các công nghệ giải trình tự cao thông suất đã trở thành thiết yếu trong các nghiên cứu về gen, epigenom và transcriptom. Mặc dù thông tin giải trình tự đã được làm sáng tỏ bằng cách sử dụng kỹ thuật giải trình tự có thông suất thấp gọi là giải trình tự Sanger, nhưng các công nghệ giải trình tự cao thông suất có khả năng giải trình tự nhiều phân tử DNA song song, cho phép hàng triệu phân tử DNA được giải trình tự cùng một lúc. Ưu điểm này cho phép giải trình tự cao thông suất được sử dụng để tạo ra các tập dữ liệu lớn, tạo ra những hiểu biết toàn diện hơn về chữ ký gen và transcriptom của các tế bào trong nhiều bệnh và giai đoạn phát triển khác nhau. Trong số các công nghệ giải trình tự cao thông suất, giải trình tự toàn bộ exome có thể được sử dụng để xác định các biến thể mới và các đột biến khác có thể là nguyên nhân của nhiều rối loạn tim mạch di truyền, trong khi giải trình tự RNA có thể được sử dụng để phân tích cách mà transcriptom thay đổi. Giải trình tự của cromatin và giải trình tự methyl hóa có thể được sử dụng để xác định các thay đổi epigenetic, trong khi giải trình tự ribosome có thể được sử dụng để xác định các bản sao mRNA nào đang được dịch mã. Trong bài tổng quan này, chúng tôi sẽ phác thảo sự khác biệt giữa các phương thức giải trình tự khác nhau và xem xét các nền tảng giải trình tự chính trên thị trường về độ sâu đọc tương đối, tốc độ và chi phí. Cuối cùng, chúng tôi sẽ thảo luận về sự phát triển của các nền tảng giải trình tự trong tương lai và cách mà các công nghệ mới này có thể cải tiến các nền tảng giải trình tự hiện tại. Cuối cùng, những công nghệ giải trình tự này sẽ là công cụ quan trọng trong việc làm rõ hơn cách mà hệ thống tim mạch phát triển và cách mà các rối loạn trong DNA và RNA có thể dẫn đến bệnh tim mạch.

MicroRNA (miRNA) là những yếu tố điều hòa quan trọng trong biểu hiện gene và có ảnh hưởng cơ bản đến chức năng tim mạch trong sức khỏe và bệnh tật. Sự kiểm soát chặt chẽ biểu hiện của miRNA là rất cần thiết để duy trì trạng thái ổn định của mô. Tuy nhiên, sự hiểu biết toàn diện về các cấp độ khác nhau của việc điều hòa miRNA vẫn còn ở giai đoạn đầu. Chúng tôi tổng hợp kiến thức hiện tại về điều hòa miRNA trong hệ tim mạch ở cấp độ phiên mã bởi các yếu tố phiên mã, trong quá trình xử lý bởi các phức hợp Drosha và Dicer, cũng như tầm quan trọng của việc sửa đổi, chỉnh sửa và cơ chế phân hủy miRNA. Là một ví dụ, việc điều hòa miRNA trong các tình trạng bệnh lý tim mạch do tiểu đường và thiếu oxy được thảo luận. Kiến thức tốt hơn về các cơ chế điều chỉnh của miRNA trong bệnh tim mạch có thể dẫn đến những liệu pháp điều trị mới và cải thiện dựa trên miRNA.

Oxide nitric (NO) đóng vai trò trung gian trong nhiều quá trình sinh lý và bệnh lý ở hệ thống tim mạch. Các hợp chất dược lý giải phóng NO đã trở thành công cụ hữu ích để đánh giá vai trò then chốt của NO trong sinh lý và liệu pháp tim mạch. Các tác nhân này bao gồm hai loại hợp chất chính: những hợp chất giải phóng NO hoặc một trong các đồng vị redox của nó một cách tự phát và những hợp chất yêu cầu quá trình chuyển hóa enzym để tạo ra NO. Ngoài ra, một số thuốc tim mạch thường dùng cũng phát huy tác dụng có lợi của chúng, một phần là bằng cách điều chỉnh con đường NO. Ở đây, chúng tôi sẽ tổng hợp lại các loại tác nhân này, tóm tắt hóa học và dược lý cơ bản của chúng, và cung cấp cái nhìn tổng quan về cơ chế tác động của chúng đối với tim mạch.

Tóm tắt —ACE2, đồng dạng đầu tiên được biết đến ở người của enzyme chuyển angiotensin (ACE), đã được xác định thông qua trình tự vùng 5′ từ thư viện cDNA của cơ tim bị suy chức năng. ACE2 có một peptide tín hiệu rõ ràng, một vị trí hoạt động metalloprotease đơn và một miền xuyên màng. Các miền xúc tác metalloprotease của ACE2 và ACE có độ đồng nhất 42%, và sự so sánh cấu trúc gen cho thấy hai gen này phát sinh thông qua quá trình sao chép. Ngược lại với ACE phổ biến hơn, các bản sao của ACE2 chỉ được tìm thấy trong tim, thận và tinh hoàn trong 23 mô người đã được kiểm tra. Kết quả hóa mô học cho thấy protein ACE2 chủ yếu ở nội mô của các mạch vành và nội thận cũng như trong biểu mô ống thận. Enzyme ACE2 hoạt động được tiết ra từ các tế bào đã chuyển gen bằng cách cắt ở đầu N của miền xuyên màng. ACE2 tái tổ hợp thủy phân leucine ở đầu carboxy từ angiotensin I để tạo ra angiotensin 1-9, cái này sau đó được chuyển đổi thành các peptide angiotensin nhỏ hơn bởi ACE trong môi trường in vitro và bởi các cardiomyocytes trong nuôi cấy. ACE2 cũng có thể cắt des-Arg bradykinin và neurotensin nhưng không cắt bradykinin hoặc 15 peptide vasoactive và hormonal khác đã được thử nghiệm. ACE2 không bị ức chế bởi lisinopril hoặc captopril. Sự biểu hiện cụ thể theo cơ quan và tế bào của ACE2 cùng với khả năng cắt đặc trưng các peptide vasoactive quan trọng cho thấy vai trò thiết yếu của ACE2 trong hệ thống renin-angiotensin tại chỗ của tim và thận. Toàn văn bài báo này có sẵn tại http://www.circresaha.org.

Cardiac myosin binding protein-C (cMyBP-C) is a thick filament accessory protein that binds tightly to myosin, but despite evidence that mutations in the cMyBP-C gene comprise a frequent cause of hypertrophic cardiomyopathy, relatively little is known about the role(s) of cMyBP-C in myocardium. Based on earlier studies demonstrating the potential importance of stretch activation in cardiac contraction, we examined the effects of cMyBP-C on the stretch activation responses of skinned ventricular preparations from wild-type (WT) and homozygous cMyBP-C knockout mice (cMyBP-C ^−/− ) previously developed in our laboratory. Sudden stretch of skinned myocardium during maximal or submaximal Ca ²⁺ activations resulted in an instantaneous increase in force that quickly decayed to a minimum and was followed by a delayed redevelopment of force (ie, stretch activation) to levels greater than prestretch force. Ablation of cMyBP-C dramatically altered the stretch activation response, ie, the rates of force decay and delayed force transient were accelerated compared with WT myocardium. These results suggest that cMyBP-C normally constrains the spatial position of myosin cross-bridges, which, in turn, limits both the rate and extent of interaction of cross-bridges with actin. We propose that ablation of cMyBP-C removes this constraint, increases the likelihood of cross-bridge binding to actin, and speeds the rate of delayed force development following stretch. Regardless of the specific mechanism, acceleration of cross-bridge cycling in cMyBP-C ^−/− myocardium could account for the abbreviation of systolic ejection in this mouse as a direct consequence of premature stretch activation of ventricular myocardium.