Účasť mitochondriálnych proteínov v srdci na biologických procesoch regulovaných hypoxickým preconditioningom

V mnohých experimentálnych a klinických štúdiách bolo opísané, že krátkodobé  mierne stresové stimuly (napr. hypoxia) vyvolávajú krátkodobo alebo dlhodobo trvajúce adaptívne procesy v srdci, čo vedie k väčšej odolnosti voči ischemicko/reperfúznemu (I/R) poškodeniu. Tento fenomén sa nazýva preconditioning. Mitochondrie sa preukázali ako jeden z konečných cieľov kardioprotektívnych signálnych dráh, ktoré sú aktivované v modeloch preconditioningu.

Cieľom našej štúdie bolo identifikovať zmeny na úrovni mitochondriálnych proteínov, ktoré boli vyvolané hypoxickým preconditioningom (HPC) a I/R poškodením.

Na získanie dát o abundanciách proteínov vo vzorke bola použitá metóda LC-MS/MS. Proteomické analýzy boli vykonané na izolovaných mitochondriách srdca potkana kmeňa Wistar. Proteíny boli štiepené v roztoku trypsínom. Model HPC pozostával z 8 hod. umiestnenia potkana do hypoxickej komory (10 % O₂) jeden deň počas štyroch týždňov. Protokol navodenia I/R poškodenia pozostával z 15-min. stabilizačnej fázy, 30-min. fázy globálnej ischémie a 40-min. fázy reperfúzie vypreparovaného srdca na aparatúre Langendorffovho prístroja. Experimentálne zvieratá boli rozdelené do dvoch skupín: skupina s HPC a I/R poškodením (HYP+IR) a skupina s I/R poškodením (IR).

129 mitochondriálnych proteínov bolo kvantifikovaných a podrobených funkčným analýzam pomocou databázy STRING. Zo zoznamu biologických procesov sme sa zamerali na súvisiace so sledovanými experimentálnymi podmienkami, konkrétne: reakcia na záťaž, apoptotické procesy, reakcia na hypoxiu, reakcia na oxidačné poškodenie, reakcia na hladinu kyslíka, reakcia na ischémiu, aeróbny metabolizmus. Proteín OPA1, ktorý je zapojený do apoptotických procesov, reakcií na záťaž, hladinu kyslíka a hypoxiu bol významne downregulovaný. Z proteínov, ktoré sa podieľajú na apoptotických procesoch sa svojou expresiou od ostatných odlišuje PRDX5. Tento proteín pôsobí ako antioxidačný enzým proti endogénnym alebo exogénnym peroxidom. Hoci jeho expresia je vplyvom HPC nezmenená (zvýšenie iba o 2 %), zvyšné proteíny patriace do tejto skupiny boli downregulované. Proteín, ktorý je zapojený do všetkých sledovaných biologických procesov okrem reakcie na hypoxiu je AIFM1, ktorý patrí medzi proapoptotické faktory. Jeho expresia bola účinkom HPC signifikantne downregulovaná (p = 0,012). Expresia ďalšieho proapoptotického faktora CYC bol tiež znížená o 5 %. ACOT2, proteín reagujúci na záťaž, hypoxiu a hladinu kyslíka, bol vystavením HPC upregulovaný (p = 0,052). NU1M podjednotka komplexu I dýchacieho reťazca je tiež jedným z proteínov, ktorý je zapojený do aeróbneho metabolizmu, reakcie na oxidačné poškodenie a reakcie na záťaž. NU1M bol vplyvom HPC upregulovaný o 7 %. Z proteínov reagujúcich na ischémiu preukázali všetky zníženie expresie pri porovnaní skupín HYP+IR vs.IR.

Pilotnou štúdiou modelu HPC sme nepreukázali dostatočne silný efekt na reguláciu expresie významného počtu analyzovaných proteínov, ktorý by naznačoval iniciovanie adaptačných mechanizmov na úrovni mitochondrií, ktoré boli potvrdené u iných modelov preconditioningu. Napriek tomu však u vybraných proteínov HPC dokázal preukázať pozitívnu stimuláciu.