A sinalização colinérgica–Gi como eixo modulador da proteção e da maturação cardíaca
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Fernando Pedro Souza Neto
Adriana Castello Costa Girardi
Gabriela Placoná Diniz
Ivanita Stefanon
Adriana Castello Costa Girardi
Gabriela Placoná Diniz
Ivanita Stefanon
Resumo
Introdução: Os receptores acoplados à proteína G (GPCRs) desempenham papel central na regulação da função cardíaca e no desenvolvimento do coração, modulando processos como frequência cardíaca, contratilidade, remodelamento e maturação dos cardiomiócitos (CMs). Enquanto a hiperatividade das vias Gs e Gq está associada ao surgimento de patologias cardíacas e à aceleração da maturação celular, a ativação da via Gi (classicamente estimulada pela acetilcolina (ACh) por meio do receptor muscarínico M2), tem sido associada à cardioproteção e ao controle do crescimento celular. No entanto, apesar desses avanços, os mecanismos que sustentam tais efeitos, bem como as bases celulares envolvidas, permanecem pouco explorados. Nesse contexto, investigamos o papel da sinalização colinérgica/Gi tanto na resposta do coração adulto ao estresse adrenérgico, quanto na regulação da maturação cardíaca pós-natal. Para isto, esta tese foi dividida em dois capítulos. Capítulo I: Para avaliar o papel terapêutico da via Gi em cardiomiócitos adultos, utilizamos um modelo murino com ativação seletiva da via Gi em CMs por meio do sistema DREADD (Myh6-hM4Di), ativado farmacologicamente por clozapina-N-óxido (CNO). Em protocolos in vitro e in vivo de sobrecarga adrenérgica induzida por 7 dias de isoproterenol (ISO), demonstramos que a ativação de Gi em CMs reduz a contratilidade celular e previne o remodelamento cardíaco patológico, incluindo o desenvolvimento da hipertrofia, morte de cardiomiócitos, a presença de infiltrado inflamatório e ativação de fibroblastos. Além disso, a ativação tardia de Gi, no dia 4 após o início do tratamento com isoproterenol, foi capaz de reverter alterações cardíacas já estabelecidas, como hipertrofia e inflamação, evidenciando um papel ativo dessa via na orquestração do reparo cardíaco. Capítulo II: Para investigar o papel da atividade colinérgica na maturação cardíaca pós-natal, utilizamos diferentes modelos murinos com ganho ou redução da atividade colinérgica: camundongos VAChT-KD, Chat-ChR2, DREADD com ativação da sinalização Gi entre os dias 1 e 21 pós-natais (P1–P21), período que compreende a janela de maturação. Além de cultura de CMs neonatais. O aumento sistêmico de ACh nos camundongos Chat-ChR2 resultou em atraso maturacional, caracterizado por maior proliferação de CMs, menor crescimento celular e maior proporção de cardiomiócitos mononucleados. Em contraste, a redução global dos níveis de ACh acelerou o processo de maturação, promovendo o aumento do tamanho celular e da polinucleação. Já a ativação seletiva da via Gi em cardiomiócitos neonatais reproduziu o fenótipo de atraso maturacional, observado nos camundongos Chat-ChR2, indicando que os efeitos da ACh são predominantemente mediados pelo eixo ACh–M2–Gi. Estudos in vitro em cultura de cardiomiócitos demonstraram ainda que a ACh de origem miocitária exerce papel autócrino/parácrino no controle do crescimento celular, uma vez que a inibição da sua degradação reduziu a área dos CMs, enquanto o bloqueio da sua liberação ou sinalização promoveu hipertrofia celular. Conclusão: Em conjunto, os dados demonstram que a via colinérgica/Gi exerce papel dual no coração, atuando como mecanismo de proteção frente a insultos adrenérgicos no coração adulto e como moduladora negativa da maturação estrutural e funcional dos cardiomiócitos no período pós-natal. Assim, o balanço dinâmico entre as vias adrenérgica e colinérgica emerge como determinante tanto para a adaptação cardíaca ao estresse, quanto para o desenvolvimento maturacional cardíaco, posicionando a sinalização Gi como potencial alvo terapêutico em diferentes contextos fisiológicos e patológicos do coração. Palavras Chave: Cardiomiócito; Remodelamento cardiaco; GPCRs; Via Gi; maturação cardíaca.
Abstract
Introduction: G protein-coupled receptors (GPCRs) play a central role in the regulation of cardiac function and heart development by modulating processes such as heart rate, contractility, cardiac remodeling, and cardiomyocyte (CM) maturation. While hyperactivation of Gs and Gq signaling pathways is associated with the development of cardiac pathologies and accelerated maturation, activation of the Gi pathway (classically stimulated by acetylcholine (ACh) via the M2 muscarinic receptor) has been associated with cardioprotection and modulation of cellular growth. However, despite these advances, the mechanisms underlying these effects, as well as the cellular bases involved, remain poorly explored. In this context, we investigated the role of cholinergic/Gi signaling both in the response of the adult heart to adrenergic stress and in the regulation of postnatal cardiac maturation. For this purpose, this thesis was divided into two chapters. Chapter I: To evaluate the therapeutic role of the Gi pathway in adult cardiomyocytes, we used a murine model with selective Gi activation in CMs through the DREADD system (Myh6-hM4Di), pharmacologically activated by clozapine-N-oxide (CNO). In in vitro and in vivo models of adrenergic overload induced by isoproterenol (ISO), we demonstrated that Gi activation in CMs reduces cellular contractility and prevents pathological cardiac remodeling, including cardiac and cellular hypertrophy, cardiomyocyte death, inflammatory infiltration, fibroblast activation, and increased collagen expression. Moreover, late Gi activation was able to reverse already established cardiac injury, highlighting an active role of this pathway in orchestrating cardiac repair, possibly through communication between cardiomyocytes, inflammatory cells, and fibroblasts. Chapter II: To investigate the role of cholinergic activity in postnatal cardiac maturation, we used different murine models with either increased or reduced cholinergic activity: VAChT-KD mice, Chat-ChR2 mice, and DREADD-based activation of Gi signaling between postnatal days 1 and 21 (P1–P21), the period that encompasses the maturation window. We also used neonatal CM cultures. Increased systemic ACh availability resulted in delayed maturation, characterized by increased CM proliferation, reduced cellular growth, and a higher proportion of mononucleated cardiomyocytes. In contrast, global reduction of ACh accelerated maturation, promoting increased cell size and higher multinucleation. Selective activation of the Gi pathway in neonatal cardiomyocytes reproduced the delayed maturation phenotype, indicating that ACh effects are predominantly mediated through the ACh–M2–Gi axis. In vitro studies further demonstrated that cardiomyocyte-derived ACh exerts an autocrine/paracrine role in controlling cellular growth, as inhibition of its degradation reduced CM area, whereas blockade of its release or muscarinic signaling promoted cellular hypertrophy. Conclusion: Collectively, our data demonstrate that the cholinergic/Gi pathway exerts a dual role in the heart, acting as a protective mechanism against adrenergic insults in the adult heart and as a negative modulator of structural and functional cardiomyocyte maturation during the postnatal period. Thus, the dynamic balance between adrenergic and cholinergic signaling emerges as a key determinant of both cardiac adaptation to stress and cardiac development, positioning Gi signaling as a potential therapeutic target across different physiological and pathological cardiac contexts: Keywords: Cardiomyocyte; Cardiac remodeling; GPCRs; Gi pathway; cardiac maturation.
Assunto
Fisiologia, Coração, Miócitos Cardíacos, Receptores Acoplados a Proteínas G
Palavras-chave
Cardiomiócito, Remodelamento cardiaco, GPCRs, Via Gi, Maturação cardíaca