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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.42.2018.tde-14092018-074613
Document
Author
Full name
Laís Santos Domingues
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2018
Supervisor
Committee
Ferreira, Julio Cesar Batista (President)
Barauna, Valerio Garrone
Diniz, Gabriela Placoná
Irigoyen, Maria Claudia Costa
Title in Portuguese
Validação da atividade do eixo intracelular PKCépsilon-ALDH2 como mecanismo-chave na cardioproteção induzida pelo exercício físico.
Keywords in Portuguese
Enzima ALDH2
Exercício Físico
Infarto agudo do miocárdio
Langendorff
Pré-condicionamento isquêmico
Proteína quinase C
Abstract in Portuguese
As doenças isquêmicas representam a principal causa de mortalidade e morbidade no mundo. Dessa forma, o melhor entendimento dos sinais intracelulares envolvidos no estabelecimento e propagação do dano induzido pela isquemia-reperfusão (I/R) é essencial para o desenvolvimento de novas estratégias, futuramente utilizadas na prevenção e no tratamento do infarto agudo do miocárdio, acidente vascular cerebral e isquemia renal. O processo de isquemia-reperfusão gera danos irreparáveis aos tecidos acometidos. A reperfusão do tecido afetado, que ficara temporariamente mantido em hipóxia (com baixa tensão de oxigênio), resulta em um brusco aporte de oxigênio (alta tensão de oxigênio) e consequente colapso metabólico, caracterizado pela disfunção mitocondrial associada à elevada produção de radicais livres. Recentemente demonstramos que estímulos cardioprotetores (ex. pré-condicionamento isquêmico e etanol) são acompanhados pela ativação da proteína quinase C isoforma épsilon (PKCε), aumento de sua translocação para a mitocôndria e consequente fosforilação/ativação da enzima mitocondrial aldeído desidrogenase 2 (ALDH2). A ALDH2 é uma enzima chave na proteção contra danos isquêmicos devido a sua capacidade de oxidar aldeídos, como 4-hidroxi-2-nonenal e acetaldeído, produzidos durante estresse oxidativo. Semelhante ao pré-condicionamento isquêmico, o exercício físico (EF) também promove um aumento da tolerância do miocárdio à lesão de isquemia-reperfusão, entretanto os mecanismos celulares envolvidos nessa cardioproteção ainda são pouco compreendidos. No presente projeto de pesquisa buscamos validar o eixo intracelular PKCε-ALDH2 como possível mecanismo cardioprotetor induzido pelo EF frente estresse de isquemia-reperfusão. Inicialmente, utilizando camundongos selvagens, avaliamos se o exercício físico (7 dias consecutivos) modula a PKCε e a ALDH2, e se essa resposta é transiente ou sustentada. Em seguida, por meio da técnica de isquemia-reperfusão ex vivo (Langendorff), avaliamos a participação individual da PKCε e ALDH2 na cardioproteção mediada pelo exercício físico. Nossos resultados mostram que o exercício físico aumenta a expressão da PKCε no cardiomiócito de forma transiente, visto que 24h após a última sessão de exercício físico esse valor foi restabelecido, e a ALDH2 mostrou aumento sustentado em sua atividade, mantida até mesmo 24h após a última sessão de exercício físico. Além disso, sete dias de exercício físico é capaz de proteger o coração da lesão de isquemia e reperfusão. Entretanto, quando foram utilizados inibidores específicos ou animais geneticamente modificados, essa cardioproteção foi perdida. Assim, nossos resultados sugerem um papel importante do eixo PKCε-ALDH2 na cardioproteção induzida pelo exercício físico frente a uma lesão por isquemia/reperfusão.
Title in English
Intracellular PKCε-ALDH2 axis as a key mechanism in exercise-mediated cardioprotection.
Keywords in English
ALDH2 enzyme
Ischemic preconditioning
Langendorff
Myocardial infarction
Physical Exercise
Protein kinase C
Abstract in English
Ischemic diseases are the leading cause of mortality and morbidity worldwide. Thus, a better understanding of the intracellular signals involved in the establishment and propagation of damage induced by ischemia-reperfusion is essential to the development of new strategies that can be used in the prevention and treatment of myocardial infarction, stroke and renal ischemia. The process known as ischemia-reperfusion (I/R) causes irreparable damage to the affected tissues due to the wide variation in tissue oxygen tension. Reperfusion of the affected tissue, which had been temporarily maintained at hypoxia (low oxygen tension), results in abrupt oxygen supply (high oxygen tension) and consequent metabolic collapse, characterized by mitochondrial dysfunction associated with high production of free radicals. We recently demonstrated that cardioprotective stimuli (i.e. ischemic preconditioning and ethanol) are accompanied by increased translocation of protein kinase C isoform epsilon (PKCε) to the mitochondria and subsequent phosphorylation-activation of mitochondrial aldehyde dehydrogenase enzyme 2 (ALDH2), which has an inverse correlation with myocardial injury. ALDH2 is a key enzyme in the protection against ischemic damage due to its capacity to oxidize aldehydes (i.e. acetaldehyde and 4-hydroxynonenal) produced during oxidative stress. Similar to ischemic preconditioning, exercise promotes increased myocardial tolerance to ischemia-reperfusion injury; however, the cellular mechanisms involved in this process are still poorly understood. We proposed to validate the intracellular PKCε-ALDH2 axis as a possible exercise-mediated cardioprotective mechanism upon ischemia-reperfusion. Firstly, using wild-type mice, we evaluated whether exercise (7 consecutive days) modulates the activity of PKCε and ALDH2 (transient vs. sustained). Then, through the ex vivo ischemia-reperfusion technique (Langendorff), we evaluated the individual participation of PKCε and ALDH2 in exercise-mediated cardioprotection. Our results show that physical exercise increases the cardiomyocyte PKCε levels in a transient way, since this response was reestablished 24h after the last physical exercise session. Moreover, ALDH2 showed a sustained increase in its activity, which was maintained even 24h after the last session. In addition, seven days of physical exercise was able to protect the heart from ischemia and reperfusion injury, whereas this cardioprotection was lost when specific inhibitors or genetically modified animals (PKCε knockout mice and ALDH2 knock-in mice) were used. Thus, our results suggest an important role of the PKCε-ALDH2 axis in the cardioprotection induced by exercise against ischemia/reperfusion injury.
 
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Release Date
2020-09-13
Publishing Date
2018-09-14
 
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