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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.5.2016.tde-25102016-161531
Documento
Autor
Nome completo
Ana Elisa Teófilo Saturi de Carvalho
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2016
Orientador
Banca examinadora
Krieger, Jose Eduardo (Presidente)
Pinto, Nadja Cristhina de Souza
Barros, Mário Henrique de
Laurindo, Francisco Rafael Martins
Oliveira, Edilamar Menezes de
Título em português
Metabolismo energético mitocondrial e cardiomiogênese para regeneração cardíaca
Palavras-chave em português
Análise de sequeciamento de RNA
Cardiomiócitos
Coração
Metabolismo energético
Mitocôndrias
Proliferação
Regeneração cardíaca
Resumo em português
Apesar dos avanços dos últimos anos, a reposição de cardiomiócitos permanece como um dos maiores desafios da medicina regenerativa. A comprovação da existência de mecanismos endógenos de proliferação cardíaca nos impulsionou a buscar o entendimento dos eventos moleculares envolvidos na proliferação de cardiomiócitos na vida pós-natal. Neste trabalho foi testada a hipótese da influência do metabolismo energético mitocondrial na cardiomiogênese, e seu impacto na regeneração cardíaca. No primeiro momento, foi descrito pela primeira vez o modelo de ressecção apical cardíaca em ratos neonatos. Demonstrou-se que há um período restrito as primeiras 24 horas de vida em que o animal é capaz de regenerar o tecido cardíaco, formando novos cardiomiócitos e permitindo a manutenção da função cardíaca na vida adulta. Esta capacidade é perdida 7 dias após o nascimento, havendo apenas reparo com tecido fibroso e prejuízo à função cardíaca. De maneira interessante, os dados apontaram para hipoperfusão da região apical em ambos os animais ressectados. Isso possivelmente acarretou em dano mitocondrial na vida adulta, sem influenciar a função cardíaca. De maneira a investigar os eventos moleculares da regeneração cardíaca neonatal foi realizado o sequenciamento de RNA dos corações de ratos neonatos de 1 e 7 dias de vida, ressectados e sham, pela técnica de RNASeq, que apontou a relevância da idade nas diferenças de expressão de genes relacionados ao metabolismo, sendo que a intervenção da ressecção pouco influenciou o perfil de expressão gênica. Os resultados mostraram a troca de expressão de isoformas da via glicolítica com a maturação pós-natal, e a hiper-regulação da expressão de genes das vias da ?-oxidação, fosforilação oxidativa e ciclo do ácido tricarboxílico durante o mesmo período. Entretanto, os dados funcionais da atividade metabólica do tecido cardíaco e cultura de cardiomiócitos neonatais mostraram que tanto a glicólise anaeróbia quanto o consumo de oxigênio relacionado à oxidação mitocondrial estiveram elevados no neonato de 1 dia, e foram reduzidos com o desenvolvimento cardíaco. As elevadas taxas de consumo de oxigênio nas culturas de cardiomiócitos de 1 dia de vida foram relacionadas principalmente à produção de ATP. Esses cardiomiócitos foram capazes de proliferar em cultura na presença de soro como estimulador. Assim sendo, as análises de expressão gênica sozinhas pareceram ser indicadores parciais do estado funcional do metabolismo. A inibição não letal da fosforilação oxidativa evidenciou a importância do metabolismo mitocondrial na capacidade proliferativa dos cardiomiócitos na vida pós-natal. Os dados sugerem que o primeiro dia após o nascimento abrange uma alta demanda energética tanto para a diferenciação terminal quanto para a última fase robusta de proliferação de cardiomiócitos na vida pós-natal, e assim evidenciam a importância do metabolismo mitocondrial no processo regenerativo
Título em inglês
Mitochondrial energy metabolism and cardiomyogenesis for cardiac regeneration
Palavras-chave em inglês
Cardiac regeneration
Cardiomyocytes
Energy metabolism
Heart
Mitochondria
Proliferation
RNA sequencing
Resumo em inglês
Despite advances in recent years, the replacement of cardiomyocytes remains one of the biggest challenges in regenerative medicine. The existence of endogenous mechanisms of cardiac proliferation prompted us to seek the understanding of molecular events involved in cardiomyocyte proliferation in postnatal life. In this study, we investigated the influence of mitochondrial energy metabolism in cardiomyogenesis, and its impact on cardiac regeneration. At first, it was described for the first time the model of heart apical resection in neonatal rats, where there is a limited period the first 24 hours of life that animal is able to regenerate cardiac tissue, forming new cardiomyocytes and allowing the maintenance cardiac function in adulthood. This ability is lost seven days after birth, when repair is basically by fibrotic tissue and consequent impairment for heart function. Interestingly, data showed hypoperfusion of the apical region in both resected animals, which possibly resulted in mitochondrial damage in adulthood without affecting heart function. In order to investigate the molecular events of neonatal cardiac regeneration was performed RNA sequencing of hearts from newborn rats with 1 and 7 days of life, resected and sham, which pointed out the importance of age in the different expression of genes related to metabolism, and the intervention of resection had little influence on this. The results showed exchange of expression of enzymes isoforms from glycolytic pathway and hyperregulation of genes from beta-oxidation, oxidative phosphorylation and tricarboxylic acid cycle pathways, during postnatal maturation. However, the functional data of the metabolic activity of cardiac tissue and culture of neonatal cardiomyocytes showed that both anaerobic glycolysis and oxygen consumption related to mitochondrial oxidation were higher in 1-day-old newborns, and were reduced with cardiac development. The high rates of oxygen consumption in 1-day-old cardiomyocytes were related mainly to ATP production. These 1-day-old cardiomyocytes were able to proliferate in culture by serum stimulation. Therefore, the analysis of gene expression alone appeared to be a partial indicator of functional state of metabolism. The non-lethal inhibition of oxidative phosphorylation highlighted the importance of mitochondrial metabolism in the proliferative capacity of cardiomyocytes in postnatal life. Data suggest that the first day after birth covers a high energy demand for both terminal differentiation of cardiac cells and last robust phase of cardiomyocyte proliferation in postnatal life, and show the importance of mitochondrial metabolism in the regenerative process
 
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Data de Publicação
2016-10-27
 
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