Cercetările revoluționare privind regenerarea cardiacă oferă speranță pentru tratamentul insuficienței cardiace

Capacitatea de regenerare a inimii este extrem de limitată la mamiferele adulte, ceea ce reprezintă un obstacol major în tratarea insuficienței cardiace ischemice. În timpul dezvoltării fetale, cardiomiocitele (CMs) proliferează activ pentru a permite creșterea organului, dar după naștere ele intră într-o stare post-mitotică, ieșind definitiv din ciclul celular. Prin urmare, identificarea factorilor care controlează acest blocaj al ciclului celular este esențială pentru a reactiva capacitatea proliferativă latentă a cardiomiocitelor și a facilita regenerarea miocardică.
Calciul intracelular (Ca²⁺) joacă un rol central în fiziologia cardiomiocitelor, fiind implicat nu doar în contracția acestora, ci și în procese fundamentale precum expresia genică, metabolismul, supraviețuirea celulară și maturizarea cardiacă. În mod special, canalele de calciu de tip L (LTCC - L-type calcium channels) sunt inițiatori ai ciclului Ca²⁺ în cardiomiocite. Deși studii recente au sugerat că inhibarea LTCC poate induce proliferarea cardiomiocitelor, mecanismul exact prin care acest proces are loc nu era cunoscut.

Studiul de la Departamentul de Chirurgie Michael E. DeBakey de la Colegiul de Medicină Baylor, Institutul de Cercetare Medicală QIMR Berghofer din Brisbane, Australia și instituțiile colaboratoare demonstrează că blocarea farmacologică (cu nifedipină) sau genetică (prin supraexprimarea proteinei RRAD, un inhibitor endogen al LTCC) a canalelor de calciu de tip L promovează diviziunea cardiomiocitelor prin inhibarea activității calcineurinei - o fosfatază serin/treonină dependentă de calciu, implicată în oprirea ciclului celular al cardiomiocitelor mature.

Metode

Pentru a investiga modul în care manipularea semnalizării Ca²⁺ influențează proliferarea cardiomiocitelor, cercetătorii au utilizat mai multe modele experimentale:

• Ecranare farmacologică a unor molecule care modulează ciclul Ca²⁺ în cardiomiocite umane mature derivate din organoizi cardiaci (hCOs).
• Experimente pe cardiomiocite izolate din șoareci neonatali (P7 NMCMs) pentru validarea efectelor LTCC asupra ciclului celular.
• Secvențiere ARN unicelular pentru identificarea genelor asociate cu proliferarea cardiomiocitelor.
• Experimente ex vivo pe secțiuni de inimă umană infectate cu adenovirusuri care supraexprimă RRAD.
• Studii in vivo pe șoareci MADM, un model genetic pentru urmărirea diviziunii cardiomiocitelor.

Rezultate

Inhibarea LTCC cu nifedipină activează ciclul celular al cardiomiocitelor

Ecranarea farmacologică a identificat nifedipina, un inhibitor al LTCC, ca fiind singurul compus capabil să inducă activitatea ciclului celular în cardiomiocite mature.

• Tratamentul cu nifedipină a crescut semnificativ expresia markerilor proliferativi, cum ar fi Ki-67 și PHH3, indicând intrarea cardiomiocitelor în fazele G1-S și G2-M ale ciclului celular.
• Aceste efecte nu au fost observate în cazul altor inhibitori ai ciclului Ca²⁺, cum ar fi rianodina (RyR inhibitor) sau tapsigargin (SERCA inhibitor).
• Efectul proliferativ a fost tranzitoriu, iar după întreruperea tratamentului, cardiomiocitele au revenit la starea lor inițială.

RRAD, un inhibitor endogen al LTCC, este corelat cu proliferarea cardiomiocitelor

Analiza ARN unicelular a arătat că RRAD este exprimat în cardiomiocitele care proliferează spontan. RRAD este un membru al familiei de proteine RGK care se leagă direct de subunitatea β a LTCC, reducând curentul ICa,L.

• Supraexprimarea RRAD în cardiomiocite neonatale și adulte a stimulat proliferarea acestora, similar cu inhibarea farmacologică a LTCC cu nifedipină.
• În schimb, reducerea expresiei RRAD (prin interferență ARN) a blocat efectul proliferativ al nifedipinei, confirmând că mecanismul de proliferare indus de nifedipină este dependent de LTCC.

Inhibarea LTCC prin RRAD sau nifedipină reduce activitatea calcineurinei

Calcineurina este o fosfatază dependentă de Ca²⁺, care joacă un rol critic în oprirea ciclului celular al cardiomiocitelor postnatale prin activarea factorului de transcripție Hoxb13, ce suprimă expresia genelor proliferative.

RRAD și nifedipina reduc activitatea calcineurinei, ceea ce duce la:

• Scăderea expresiei Rcan1, un marker al activității calcineurinei.
• Reducerea translocării nucleare a Hoxb13, favorizând astfel intrarea cardiomiocitelor în ciclul celular.

Combinarea RRAD cu factori de ciclu celular (CDK4/CCND) stimulează regenerarea cardiacă după infarct miocardic

Pentru a evalua impactul regenerativ al acestei strategii în context patologic, cercetătorii au utilizat un model de infarct miocardic la șoarece.

• Injectarea adenovirală a RRAD combinat cu CDK4/CCND (2F) în zona peri-infarct a dus la o îmbunătățire semnificativă a funcției cardiace (fracția de ejecție și fracția de scurtare) și la reducerea dimensiunii cicatricei miocardice.
• Pe de altă parte, RRAD singur nu a fost suficient pentru a îmbunătăți funcția cardiacă, sugerând că proliferarea cardiomiocitelor necesită atât inhibarea LTCC, cât și activarea directă a ciclului celular.

Concluzii și implicații clinice

Acest studiu demonstrează că inhibarea farmacologică sau genetică a canalelor de calciu de tip L prin nifedipină sau RRAD promovează proliferarea cardiomiocitelor prin suprimarea activității calcineurinei. În mod special:

• Blocarea LTCC eliberează frâna impusă de calcineurină asupra ciclului celular, facilitând reactivarea diviziunii cardiomiocitelor.
• Combinarea RRAD cu activatori ai ciclului celular (CDK4/CCND) oferă o strategie promițătoare pentru regenerarea cardiacă după infarct miocardic.
• Impactul asupra altor celule cardiace este limitat, ceea ce sugerează o specificitate a acestui mecanism pentru cardiomiocite.

Perspective viitoare:

• Optimizarea duratei și dozei de inhibiție LTCC pentru a echilibra efectele asupra contractilității miocardice.
• Dezvoltarea unor strategii de livrare controlată, precum utilizarea ARN modificat, pentru a asigura o expresie tranzitorie și sigură a RRAD/CDK4/CCND.
• Studii preclinice extinse, pentru validarea siguranței și eficacității acestei abordări înainte de testele clinice la om.

Aceste rezultate deschid noi direcții în terapia regenerativă a inimii și oferă o țintă terapeutică inovatoare pentru tratamentul insuficienței cardiace ischemice.