Disfunzione mitocondriale e danno d`organo nell`ipertensione
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Disfunzione mitocondriale e danno d’organo nell’ipertensione arteriosa Speranza Rubattu M.D. Dip. Medicina Clinica e Molecolare Universita’ Sapienza di Roma; IRCCS Neuromed, Pozzilli (Isernia) Capri Conference 2.0 2016 15 aprile 2016 Meccanismi coinvolti nelle alterazioni vascolari nell’ipertensione arteriosa • • • • • • Attivazione endoteliale Attivazione delle piastrine Modifiche del turnover del collagene/MMP Iperattivita’ sistema ortosimpatico Aumentata attivita’ di RAAS Ridotta disponibilita’ di NO • Infiammazione vascolare • Rimodellamento vascolare • Aumento della rigidita’ arteriosa L’aumento di stress ossidativo e’ il fattore in comune tra i diversi meccanismi identificati I mitocondri costituiscono la maggior fonte di stress ossidativo intracellulare Oxphos (ETC) include 5 complessi, ciascuno dei quali e’ composto da numerose subunita’, ed e’ localizzato nella membrana interna mitocondriale Funzioni dei mitocondri: produzione di energia (ATP); modulazione dei processi di sopravvivenza e morte cellulare, della produzione dei ROS, dell’omeostasi del calcio, della termogenesi Effetti della disfunzione mitocondriale Meccanismi di progressione di malattia mediati dai mitocondri disfunzionanti. Contributo a malattie cardiovascolari, renali, neurodegenerative, metaboliche Disfunzione mitocondriale ed ipertensione arteriosa Ipertensione arteriosa TOD Disfunzione mitocondriale Danno e disfunzione mitocondriale secondari ad ipertensione arteriosa potrebbero sostenere l’ipertensione e peggiorare il danno cardiaco e vascolare Disfunzione mitocondriale ? TOD (indipendentemente dai valori pressori) Ratto spontaneamente iperteso prono allo stroke (SHRSsp): modello ottimale per studi sulla etiopatogenesi del danno vascolare associato ad ipertensione arteriosa • • • Sviluppa elevati livelli di pressione arteriosa; Mostra una aumentata incidenza di eventi cerebrovascolari soprattutto quando sottoposto a dieta stile giapponese (ricca di sale, povera di potassio e di metionina); Lo stroke e’ sempre preceduto da danno renale con marcata proteinuria. BP, Na+, K+ concorrono nella determinazione del fenotipo cerebrovascolare. Il modello SHR-Stroke Resistant non sviluppa mai eventi cerebrovascolari pur in presenza degli stessi elevati valori pressori e delle stesse condizioni dietetiche. Identificazione di 3 quantitative trait loci per stroke (STR1, STR2, STR3) nel ratto SHRSP, con effetto indipendente dagli elevati valori pressori. STR1 contribuisce con il 20% alla predisposizione genetica allo stroke Rubattu S et al. Nat. Gen. 1996 Microarray gene expression analysis per tutte le sequenze che mappano dentro STR1 nei cervelli di SHRSP e SHRSR mantenuti con dieta regolare o stile giapponese Ndufc2, subunita’ del complesso I, e’ l’unica sequenza diversamente modulata nel cervello di SHRSP vs SHRSR Dato confermato con RTPCR e WB Rubattu S et al. JAHA 2016 Rat Chromosome 1 Ndufc2 mapping within STR-1 Insert Mb Ndufc2 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1, subcomplex unknown, 2 154,6 Aqp11 aquaporin 11 154,9 Slco2b1 solute carrier organic anion transporter family, member 2b1 D1Rat49 157 156,9 Kcne3 potassium voltage-gated channel, Isk-related family, member 3 157,7 Ucp3 uncoupling protein 3 (mitochondrial, proton carrier) 157,8 Ucp2 157,9 uncoupling protein 2 (mitochondrial, proton carrier) Evidenza di disfunzione mitocondriale, associata alla riduzione di Ndufc2, nei cervelli di SHRSP mantenuti con dieta stile giapponese ridotto assemblaggio del complesso I ridotta attivita’ del complesso I ridotta sintesi di ATP soltanto in SHRSP con dieta giapponese Rubattu S et al. JAHA Detection of NDUFC2 protein expression in the brains of SHRSR and of SHRSR carrying NDUFC2 107 bp major deletion (heterozygous) Evidenza di disfunzione mitocondriale in cervelli di SHRSR portatori in eterozigosi della delezione del gene Ndufc2 ridotto assemblaggio del complesso I ridotta attivita’ del complesso I ridotta sintesi di ATP Rubattu S et al. JAHA 2016 Comparsa di danno renale e stroke in SHRSR portatori in eterozigosi della delezione del gene Ndufc2 mantenuti con dieta stile giapponese 8 10 12 aumento dell’ incidenza di stroke, sempre preceduto da aumento di proteinuria, nonostante livelli pressori comparabili a quelli di SHRSR Rubattu S et al. JAHA 2016 Disfunzione mitocondriale da deficit del Complesso I e ipertrofia cardiaca in SHRSR NDUFC2 heterozygous rat wild type rat Rubattu S et al. 2016 ongoing Una variante del gene NDUFC2 umano associa con una significativa riduzione dell’espressione genica (rs11237379) e con un significativo aumento del rischio di stroke ischemico giovanile Rubattu S et al. JAHA 2016 Linfociti di soggetti sani portatori della variante NDUFC2 X3 +LPS X1 +LPS Nu wt PM Nu PM X4 +LPS X4 +LPS MM PM Rubattu S et al. 2016 ongoing Nu Nu PM NDUFC2 - meccanismo di danno cellulare e tissutale Rubattu S et al. 2016 submitted Microarray gene expression analysis per tutte le sequenze che mappano all’interno di STR1 nei reni di SHRSP e SHRSR mantenuti con dieta regolare o stile giapponese UCP2 unica sequenza diversamente modulata nei reni di SHRSP vs SHRSR Rat Chromosome 1 Ucp2 mapping within STR-1 Insert Mb Ndufc2 NADH dehydrogenase (ubiquinone) 1, subcomplex unknown, 2 154,6 Aqp11 aquaporin 11 154,9 Slco2b1 solute carrier organic anion transporter family, member 2b1 D1Rat49 157 156,9 Kcne3 potassium voltage-gated channel, Isk-related family, member 3 157,7 Ucp3 uncoupling protein 3 (mitochondrial, proton carrier) 157,8 Ucp2 157,9 uncoupling protein 2 (mitochondrial, proton carrier) Effetti del silenziamento genico di UCP2 in cellule mesangiali renali vitro ridotta vitalita’ cellulare aumentata mortalita’ cellulare Di Castro S et al. Hypertension 2013; 61:534-541 Danno renale in SHRSP associa con la ridotta espressione di UCP2 ed e’ assente quando l’espressione di UCP2 e’ stimolata da estratto di germoglio di Brassica Oleracea, indipendentemente dai livelli pressori Rubattu S. et al. J Hypertens 2015; 33:1465-79 La proteinuria aumenta in Japanese diet fed SHRSP e si riduce con il supplemento di estratto di germoglio di Brassica Oleracea Rubattu S. et al. J Hypertens 2015; 33:1465-79 Impatto di estratto di germoglio di Brassica Oleracea sulla espressione cerebrale del gene UCP2 e conseguentemente sull’occorrenza di stroke in Japanese diet fed SHRSP -Actin > UCP2 > RD JD JD + Brassica O. juice RD JD JD+ Brassica juice Rubattu S et al. 2016 ongoing Impatto del fenofibrato sulla espressione cerebrale del gene UCP2 e conseguentemente sull’occorrenza di stroke in Japanese diet fed SHRSP Rubattu S et al. 2016 ongoing UCP2 - meccanismo molecolare di danno cellulare e tissutale Rubattu S et al. 2016 submitted SHRSP, modello animale di danno cerebrovascolare e renale favorito da disfunzione mitocondriale in presenza di dieta ipersodica dieta ricca di sale/povera di potassio elevati valori pressori fattori genetici ed epigenetici Disfunzione mitocondriale STROKE danno renale Conclusioni • Il modello animale del ratto spontaneamente iperteso con aumentata predisposizione al danno cerebrovascolare e renale favorito dalla dieta ipersodica (SHRSP) rivela il ruolo della disfunzione mitocondriale come meccanismo contributorio a TOD. • La translazionalita’ dei dati alla malattia umana rafforza il significato dei risultati ottenuti nel modello SHRSP. • Le nostre evidenze supportano il concetto che una corretta funzione mitocondriale mantiene lo stato di salute cellulare, tissutale e dell’intero organismo, e che la disfunzione mitocondriale contribuisce alle patologie cardiovascolari. • Nuove molecole mirate a correggere la disfunzione mitocondriale sono in corso di sperimentazione e certamente rappresentano la prossima frontiera per il trattamento delle malattie cardiovascolari (IMA, stroke). Ringraziamenti • Massimo Volpe, Direttore UOC Cardiologia, Universita’ Sapienza di Roma; • Sara Di Castro, Rosita Stanzione, Maria Cotugno, Simona Marchitti, Franca Bianchi, Michele Madonna (IRCCS Neuromed, Pozzilli - Isernia, Molise); • Norbert Hubner, MDC, Berlino, Germania; • Aron Geurts, HMGC, Medical College of Wisconsin, USA; • Betti Giusti, Gian Franco Gensini (Universita’ di Firenze); PierMannuccio Mannucci, Flora Peyvandi (Universita’ di Milano); Maurizia Rasura (Universita’ Sapienza di Roma); • Luigi Sironi, Paolo Gelosa (Universita’ di Milano, IRCCS Monzino) • Paolo Costantino, Roberto Mattioli (Universita’ Sapienza di Roma) • Giorgio Morelli, Simona Baima (CRA-NUT, Roma) • Klaus Lindpaintner
