Rola białka Klotho w kardioprotekcji
Choroby sercowo-naczyniowe są jedną z głównych przyczyn zgonów wśród Europejczyków. Według klinicznej definicji zawał serca (MI) oznacza obecność ostrego uszkodzenia, wykrytego na podstawie nieprawidłowego stężenia biomarkerów w sytuacji klinicznej, w której stwierdza się cechy ostrego niedokrwienia mięśnia sercowego. Mimo znacznego postępu badań, będących podstawą opracowania efektywnych strategii profilaktycznych oraz terapeutycznych MI, zasadniczą formą terapii jest nadal interwencja farmakologiczna i/lub mechaniczna. Czy białko Klotho będzie potencjalnym czynnikiem o działaniu kardioprotekcyjnym? Odpowiedzi na to pytanie w swych badaniach szuka dr Agnieszka Olejnik z Katedry Analityki Medycznej.
Monika Szymańska-Antosiak
Przywrócenie przepływu krwi w obszarze niedokrwiennym niesie za sobą pewne następstwa. Niedokrwione myocardium jest wyjątkowo wrażliwe na szok tlenowy podczas wczesnych etapów reperfuzji (przywrócenie przepływu krwi w niedokrwionym narządzie). Konsekwencją nagłego przywrócenia krążenia w niedokrwionym sercu jest uszkodzenie niedokrwienno-reperfuzyjne (IRI).
IRI prowadzi do zmian strukturalnych i funkcjonalnych tkanki sercowej oraz śmierci kardiomiocytów. Wyzwaniem dla współczesnej kardiologii jest poszukiwanie nowych, potencjalnych czynników o działaniu kardioprotekcyjnym.
- Nazwa białka Klotho pochodzi z greckiej mitologii i wywodzi się od imienia greckiej bogini Clotho, która przędła nić ludzkiego życia. Gen Klotho został zidentyfikowany w 1997 roku u transgenicznych myszy. Zwierzęta z inaktywowanym genem Klotho charakteryzowały się szeregiem zaburzeń, takich jak ograniczony wzrost, niepłodność, hipogonadyzm, osteopenia, sarkopenia, atrofia skóry, rozedma płuc, choroby zwyrodnieniowe ośrodkowego układu nerwowego, przewlekła choroba nerek, rozległa miażdżyca, zwapnienia naczyniowe oraz niewydolność serca. U myszy z nadekspresją genu zaobserwowano natomiast wydłużenie czasu życia. Klotho jest transbłonowym i wydzielniczym białkiem, którego synteza zachodzi głównie w nerkach i mózgu. Ekspresję Klotho potwierdzono również w wielu innych narządach, w tym w tkance sercowej – tłumaczy dr Agnieszka Olejnik.
Badania wykazały, że białko Klotho jest koreceptorem dla czynnika wzrostu fibroblastów 23 (FGF23), dzięki czemu uczestniczy w regulacji metabolizmu oraz zachowaniu równowagi jonowej organizmu. Dowiedziono również, że Klotho przyczynia się do redukcji stresu oksydacyjnego, stanu zapalnego, apoptozy i zmian włóknieniowych w przebiegu chorób nerek i mózgu. Wykazano, iż niedobór Klotho może być potencjalnym biomarkerem uszkodzenia nerek i jednocześnie celem terapeutycznym. Mechanizmy antyoksydacyjne i antyapoptotyczne związane z białkiem Klotho zostały gruntownie przeanalizowane między innymi w rozwoju chorób nerek, mózgu i jajników. Stan wiedzy o wpływie białka Klotho na serce uszkodzone w wyniku IR i leżące u podstaw zawału mięśnia sercowego mechanizmy wymaga pilnego uzupełnienia. Dlatego celem projektu prowadzonego przez dr Olejnik jest ocena roli białka Klotho i jego potencjalnych właściwości kardioprotekcyjnych w przebiegu MI.
- Podczas moich dotychczasowych badań nad Klotho dowiodłam, że białko to jest intensywnie syntezowane w komórkach serca w odpowiedzi na IRI, co może świadczyć o działaniu ochronnym (Olejnik i wsp. (2020), https://doi.org/10.1111/jcmm.15293). Następnie wskazałam na kardioprotekcję Klotho na poziomie komórkowym i tkankowym, gdzie Klotho przyczyniło się do wzmocnienia odpowiedzi antyoksydacyjnej komórek i ochrony białek kurczliwych serca (Olejnik i wsp. (2020) DOI: 10.1155/2020/6427284; Olejnik i wsp. (2021), DOI: 10.5603/CJ.a2021.0174). Podaż egzogennego białka Klotho zredukowała uszkodzenie kardiomiocytów oraz usprawniła funkcję mechaniczną i kurczliwość serca. Dlatego też kolejnym krokiem moich badań jest poznanie dokładnych mechanizmów leżących u podstaw ochronnej roli Klotho podczas MI – wyjaśnia dr Agnieszka Olejnik.
Pierwszym etapem badań w ramach projektu będzie analiza zmian stężenia białka Klotho i FGF23 u pacjentów po przebytym MI, z uwzględnieniem czynników ryzyka i strategii leczenia.
- Planuję wykonać badania próbek krwi pobranych od pacjentów z zawałem z uniesieniem odcinka ST (STEMI) i bez uniesienia odcinka ST (NSTEMI). Moim celem jest określenie związku między stężeniem Klotho i FGF23 a markerami uszkodzenia mięśnia sercowego i funkcji nerek, reakcją zapalną i innymi parametrami stanu pacjenta – dodaje ekspertka.
Analizie zostanie poddana również korelacja między Klotho/FGF23 a zastosowanym u pacjentów leczeniem farmakologicznym i inwazyjnym. Wyniki badań przeprowadzonych na tym etapie projektu pozwolą odpowiedzieć na pytanie, czy białko Klotho może być wykorzystane jako potencjalny marker MI. Ponadto dowiemy się, czy stężenie Klotho może posłużyć do monitorowania stanu pacjenta w przyszłości.
- Analiza wpływu białka Klotho na mechanizmy antyapoptotyczne, przeciwzapalne i/lub włóknieniowe w sercu to kolejny cel, który postawiłam w ramach prowadzonego projektu. Na tym etapie ocenię wpływ podaży egzogennego białka Klotho na serce w badaniach ex vivo. Analizie zostaną poddane potencjalne mechanizmy kardioprotekcyjne związane z sygnalizacją Klotho-FGF23. W badaniach eksperymentalnych wykorzystane będą wyizolowane serca szczurze, perfundowane metodą Langendorffa buforem z dodatkiem białka Klotho i poddane IRI ex vivo. Metoda Langendorffa polega na perfundowaniu serca poprzez aortę. Przepływ wsteczny (w stosunku do fizjologicznego) powoduje zamknięcie zastawki aortalnej i przemieszczenie buforu do tętnic wieńcowych. Wywołanie niedokrwienia odbywa się poprzez całkowite zatrzymanie przepływu wieńcowego. W projekcie planowana jest analiza wpływu podaży białka Klotho na czynniki związane ze stanem zapalnym, stresem oksydacyjnym i/lub apoptozą, które prowadzą do uszkodzenia, włóknienia i przerostu mięśnia sercowego. Ten etap badań obejmować będzie analizy ekspresji mRNA oraz analizy jakościowe i ilościowe białek związanych z poszczególnymi szlakami komórkowymi – wyjaśnia dr Agnieszka Olejnik.
W ostatnich latach Klotho zostało zidentyfikowane jako potencjalny regulator autofagii w przebiegu choroby Alzheimera, uszkodzenia nerek czy cukrzycy. Dlatego innowacyjnym zadaniem w projekcie będzie również analiza wpływu Klotho na autofagię podczas IRI serca.
- Rezultatem realizowanego przeze mnie projektu może być poznanie roli Klotho w MI oraz wpływu białka na mechanizmy obronne w komórkach serca. Wyniki uzyskane w projekcie mogą być podstawą do opracowania nowej strategii diagnostyczno-terapeutycznej chorób sercowo-naczyniowych. Jestem przekonana, że niniejsze badania przyczynią się do istotnego poszerzenia wiedzy w obszarze kardiologii eksperymentalnej i dają szansę na poznanie nowych czynników kardioprotekcyjnych – kończy dr Olejnik.