dc.contributor.author | Moreira, Jose Bianco Nascimento | |
dc.date.accessioned | 2015-12-03T10:04:19Z | |
dc.date.available | 2015-12-03T10:04:19Z | |
dc.date.issued | 2015 | |
dc.identifier.isbn | 978-82-326-0823-2 | |
dc.identifier.issn | 1503-8181 | |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11250/2366633 | |
dc.description.abstract | Therapeutic Targeting of Cardiac PI3K-AKT Signaling:
Cardiac diseases (CVD) are by far the main cause of death in humans and the
prognosis for cardiac patients remains unacceptably poor, which calls for development
of novel pharmacological therapies. In this regard, previous studies demonstrated that
transgenic animals with overactivation of cardiac PI3K-AKT cascade display reduced
infarct size after ischemia and genetic disruption of PI3K-AKT signaling accelerates the
development of heart failure and impedes the cardiac benefits promoted by exercise.
While evidence from transgenic animals suggests an important role for PI3K-AKT in
the heart, it is unknown whether targeted activation of PI3K-AKT signaling with
therapeutically relevant strategies evokes cardioprotection after ischemia or mimics the
benefits of exercise in the heart. Therefore, the translation of this knowledge into the
clinic requires further investigation on molecular targeting approaches with clear
therapeutic potential. Considering these points, the goals of the studies comprising this
thesis were: (Paper I) to verify whether protein kinase AKT is activated in the human
heart by a cardioprotective intervention, remote ischemic preconditioning (RIPC);
(Paper II) to test whether a small molecule activator of AKT reduces infarct size after
ischemia; (Paper III) to evaluate the effects of cardiac-specific PI3K gene therapy on
mitochondrial function, cardiac function and aerobic capacity (VO2max) in a rat model
artificially selected for low aerobic running capacity.
In study I we demonstrated that RIPC activates protein kinase AKT in the left
ventricle of patients undergoing coronary artery bypass graft surgery. AKT was
substantially activated by RIPC before the onset of ischemia (aortic clamping), which
induced phosphorylation of AKT-specific targets at reperfusion, suggesting that AKT is
relevant for cardioprotection in humans. AKT activation was also associated with
preserved mitochondrial function in RIPC group, as compared to control. In study II we
showed that the small molecule SC79 activates cardiac AKT within 30min.
Surprisingly, activation of AKT by SC79 either before or after ischemia, in low or high
doses, was not sufficient to rescue myocardium ATP levels or reduce infarct size.
Finally, in study III we found that PI3K-AKT signaling is deactivated in the heart of
rats with inherited low aerobic capacity, which was accompanied by mitochondrial
dysfunction and impaired cardiomyocyte function. We used clinical trial-like gene
therapy with a cardiotropic adeno-associated virus (AAV9) to transfect PI3K in this
animal model, and assessed mitochondrial function, cardiac function and VO2max.
Despite inducing an efficient transfection, AAV9 carrying PI3K did not improve
cardiac function, mitochondrial function or VO2max in our animal model.
We conclude that although PI3K-AKT signaling is affected by RIPC in the human
heart and is disrupted in an animal of low aerobic capacity, targeted activation of
cardiac PI3K-AKT signaling with the selected therapeutic strategies did not induce
significant benefits. | nb_en |
dc.description.abstract | Terapeutisk manipulering av PI3K-AKT signalveien i hjertet:
Hjertesykdommer er den viktigste dødsårsaken i verden, og prognosen for
hjertepasienter er fortsatt dårlig. Dette krever utvikling av nye farmakologiske
behandlingsmetoder. I den forbindelse har vi sett på tidligere studier av transgene mus
som har en over-aktivering av PI3K-AKT signalveien i hjertet. Når disse musene blir
utsatt for et hjerteinfarkt, ser man at disse får et mindre infarktområde enn vanlige mus.
Andre studier viser også at mus med blokkert PI3K-AKT signalvei utvikler hjertesvikt
raskere enn vanlige mus, og ikke opplever de positive effektene av trening. Mens bevis
fra transgene dyr antyder at PI3K-AKT signalveien spiller en svært viktig rolle i hjertet,
så er det fremdeles uvisst om en målrettet aktivering av PI3K-AKT signalveien ved
hjelp av terapeutisk-relevante strategier, kan beskytte hjertet eller har potensiale til å
etterligne de positive effektene av trening. Basert på dette, satte vi oss følgende mål for
PhD-studiet: (Paper I) å verifisere om protein kinase AKT er aktivert i menneskehjertet
etter en teknikk som kalles fjern iskemisk prekondisjonering (remote ischemic
preconditioning, RIPC); (Paper II) å undersøke om administrering av et AKTaktiverende
molekyl kunne reduserer infarktstørrelsen etter iskemi; (Paper III) å
evaluere effektene av hjertespesifikk PI3K genterapi på mitokondriefunksjon og
hjertefunksjon i en rottemodell med medfødt lav aerob kapasitet.
I Paper I viste vi at RIPC aktiverer protein kinase AKT i venstre ventrikkel hos
pasienter som gjennomgår koronar bypass kirurgi. RIPC førte til en vesentlig aktivering
av AKT før iskemien inntraff (avklemming av aorta). Dette førte videre til fosforylering
av proteiner som er regulert av AKT (målt ved reperfusjon). Dette tyder på at aktivering
av AKT spiller en viktig rolle for å beskytte hjerte hos mennesker. Aktivering av AKT
var også assosiert med bevart mitokondriefunksjon i RIPC gruppen sammenlignet med
kontrollgruppen. I studie II viste vi at det molekylet SC79 aktiverer AKT i hjertet i løpet
av 30 minutter. Overraskende nok viste det seg at aktivering av AKT ved administrering
av SC79 enten før eller etter iskemi, i lave eller høye doser, ikke var tilstrekkelig til å
opprettholde ATP-nivåer i hjertet, eller redusere infarktstørrelse. Videre fant vi i studie
III at PI3K-AKT signalveien er deaktivert i hjertet hos rotter med arvelig lav aerob
kapasitet. Fysiologiske undersøkelser viste at hjertecellene fra disse rottene hadde
nedsatt mitokondriefunksjon og kontraksjon. Vi undersøkte deretter om hjertespesifikk
transfeksjon av PI3K med adeno-associated virus (AAV9) kunne bedre den generelle
hjertefunksjonen, mitokondriefunksjonen og maksimal aerob kapasitet (VO2max) hos
rottene med medfødt lav aerob kapasitet. Til tross for at transfeksjonen var vellykket,
fant vi ingen forbedring i hjertefunksjon, mitokondriefunksjon eller VO2max.
Vi konkluderer med at selv om PI3K-AKT signalveien påvirkes av RIPC hos
mennesker, og er deaktivert i rotter med medfødt lav aerob kapasitet, så ser det ikke ut
til at aktivering av denne signalveien med de terapeutiske strategiene vi har testet fører
til forbedringer i hjertet. | nb_NO |
dc.language.iso | eng | nb_NO |
dc.publisher | NTNU | nb_NO |
dc.relation.ispartofseries | Doctoral thesis at NTNU;2015:83 | |
dc.title | Therapeutic Targeting of Cardiac PI3K-AKT Signaling | nb_NO |
dc.type | Doctoral thesis | nb_NO |
dc.subject.nsi | VDP::Medical disciplines: 700 | nb_NO |