Biopolym. Cell. 2013; 29(2):124-130.
Структура и функции биополимеров
Эмбриональная делеция одного аллеля гена β-катенина вызывает задержку постнатального развития миокарда и нарушения экспрессии фетальных генов
1, 2Пальчевська О. Л., 1, 2Балацький В. В., 1, 2Андрєєва А. О., 1Мацевич Л. Л., 1Півень О. О., 1Лукаш Л. Л.
  1. Институт молекулярной биологии и генетики НАН Украины
    ул. Академика Заболотного, 150, Киев, Украина, 03680
  2. Учебно-научный центр «Институт биологии»
    Киевского национального университета имени Тараса Шевченко
    ул. Владимирская, 64/13, Киев, Украина, 01601

Abstract

Роль белка β-катенина в перестройках миокарда и развитии его гипертрофии на сегодняшний день является предметом упорных и зачастую противоречивых исследований. Цель. Изучить влияние кардиоспецифического снижения уровня экспрессии гена β-катенина на развитие сердца на модели условно-нокаутных животных. Методы. Использованы стандартные гистологические методы (гематоксилин-эозиновое и трихромное окрашивание) и обратно-транскриптазную ПЦР в реальном времени. Результаты. Проанализировано влияние недостатка одного аллеля гена β-катенина на постнатальное развитие и формирование взрослого органа. Отмечено повышение уровня экспрессии фетальных генов во всех возрастных группах животных при условии недостатка одного аллеля гена β-катенина. Выводы. Полученные данные показывают, что исследованное нами состояние вызывает задержку развития и роста взрослого сердца, впрочем без каких-либо признаков морфологических отклонений по сравнению с контрольными животными соответствующих возрастных групп.
Keywords: развитие сердца, β-катенин, Wnt-сигналлинг, перестройка сердца, гипертрофический ответ

References

[1] Nadal-Ginard B., Kajstura J., Leri A., Anversa P. Myocyte death, growth, and regeneration in cardiac hypertrophy and failure Circ. Res 2003 92, N 2:139–150.
[2] Brade T., Manner J., Kuhl M. The role of Wnt signalling in cardiac development and tissue remodeling in the mature heart Cardiovasc. Res 2006 72, N 2:198–209.
[3] Malekar P., Hagenmueller M., Anyanwu A., Buss S., Streit M. R., Weiss C. S., Wolf D., Riffel J., Bauer A., Katus H. A., Hardt S. E. Wnt signaling is critical for maladaptive cardiac hypertrophy and accelerates myocardial remodeling Hypertension 2010 55, N 4:939–945.
[4] Grigoryan T., Wend P., Klaus A., Birchmeier W. Deciphering the function of canonical Wnt signals in development and disease: Conditional lossand gain-of-function mutations of beta-catenin in mice Genes Dev 2008 22, N17 P. 2308–2341.
[5] Lickert H., Kutsch S., Kanzler B., Tamai Y., Taketo M. M., Kemler R. Formation of multiple hearts in mice following deletion of beta-catenin in the embryonic endoderm Dev. Cell 2002 3, N 2 P. 171–181.
[6] Cadigan K. M., Peifer M. Wnt signaling from development to disease: insights from model systems Cold Spring Harb. Perspect. Biol 2009 1, N 2 a002881.
[7] Bergmann M. W. WNT signaling in adult hypertrophy and remodeling: lessons learned from cardiac development Circ. Res 2010 107, N 10 P. 1198–1208.
[8] Gordon M. D., Nusse R. Wnt signaling: multiple pathways, multiple receptors, and multiple transcription factors J. Biol. Chem 2006 281, N 32 P. 22429–22433.
[9] Rao T. P., Kuhl M. An updated overview on Wnt signaling pathways: a prelude for more Circ. Res 2010 106, N 12 P. 1798–1806.
[10] Archbold H. C., Yang Y. X., Chen L., Cadigan K. M. How do they do Wnt they do?: regulation of transcription by the Wnt/b-catenin pathway Acta. Physiol. (Oxf) 2012 204, N 1:74–109.
[11] Nusse R. Wnt signaling and stem cell control Cell Res 2008 18, N 5:523–527.
[12] Klaus A., Muller M., Schulz H., Saga Y., Martin J. F., Birchmeier W. Wnt/b-catenin and Bmp signals control distinct sets of transcription factors in cardiac progenitor cells Proc. Natl Acad. Sci. USA 2012 109, N 27 P. 10921–10926.
[13] Gessert S., Kuhl M. The multiple phases and faces of Wnt signaling during cardiac differentiation and development Circ. Res 2010 107, N 2 P. 186–199.
[14] Haegel H., Larue L., Ohsugi M., Fedorov L., Herrenknecht K., Kemler R. Lack of beta-catenin affects mouse development at gastrulation Development 1995 121, N 11 P. 3529–3537.
[15] Huelsken J., Vogel R., Brinkmann V., Erdmann B., Birchmeier C., Birchmeier W. Requirement for beta-catenin in anteriorposterior axis formation in mice J. Cell. Biol 2000 148, N 3 P. 567–578.
[16] Lickert H., Kutsch S., Kanzler B., Tamai Y., Taketo M. M., Kemler R. Formation of multiple hearts in mice following deletion of beta-catenin in the embryonic endoderm Dev. Cell 2002 3, N 2 P. 171–181.
[17] Piven O. O., Kostetskii I. E., Macewicz L. L., Kolomijec Y. M., Radice G. L., Lukash L. L. Requirement for N-cadherin-catenin complex in heart development Exp. Biol. Med. (Maywood) 2011 236, N 7 P. 816–822.
[18] Qu J., Zhou J., Yi X. P., Dong B., Zheng H., Miller L. M., Wang X., Schneider M. D., Li F. Cardiac-specific haploinsufficiency of beta-catenin attenuates cardiac hypertrophy but enhances fetal gene expression in response to aortic constriction J. Mol. Cell. Cardiol 2007 43, N 3. P. 319–326.
[19] Butz S., Stappert J., Weissig H., Kemler R. Plakoglobin and beta-catenin: distinct but closely related Science 1992 257, N 5073 P. 1142–1144.
[20] Zhou J., Qu J., Yi X. P., Graber K., Huber L., Wang X., Gerdes A. M., Li F. Upregulation of gamma-catenin compensates for the loss of beta-catenin in adult cardiomyocytes Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol 2007 292, N 1 H270–H276.
[21] Swope D., Cheng L., Gao E., Li J., Radice G. L. Loss of cadherin-binding proteins, b-catenin and plakoglobin, in the heart leads to gap junction remodelling and arrhythmogenesis Mol. Cell. Biol 2012 32, N 6 P. 1056–1067.
[22] Haq S., Michael A., Andreucci M., Bhattacharya K., Dotto P., Walters B., Woodgett J., Kilter H., Force T. Stabilization of beta-catenin by a Wnt-independent mechanism regulates cardiomyocyte growth Proc. Natl Acad. Sci. USA 2003 100, N 8 P. 4610–4615.
[23] Liu X., Rubin J. S., Kimmel A. R. Rapid, Wnt-induced changes in GSK3beta associations that regulate beta-catenin stabilization are mediated by Galpha proteins Curr. Biol 2005 15, N 22 P. 1989–1997.
[24] Chen X., Shevtsov S. P., Hsich E., Cui L., Haq S., Aronovitz M., Kerkela R., Molkentin J. D., Liao R., Salomon R. N., Petten R., Force T. The beta-catenin/T-cell factor/lymphocyte enhancer factor signaling pathway is required for normal and stress induced cardiac hypertrophy Mol. Cell. Biol 2006 26, N 12 P. 4462–4473.
[25] Hirschy A., Croquelois A., Perriard E., Schoenauer R., Agarkova I., Hoerstrup S. P., Taketo M. M., Pedrazzini T., Perriard J. C., Ehler E. Stabilised beta-catenin in postnatal ventricular myocardium leads to dilated cardiomyopathy and premature death Basic Res. Cardiol 2010 105, N 5 P. 597–608.
[26] Hahn J. Y., Cho H. J., Bae J. W., Yuk H. S., Kim K. I., Park K. W., Koo B. K., Chae I. H., Shin C. S., Oh B. H., Choi Y. S., Park Y. B., Kim H. S. Beta-catenin overexpression reduces myocardial infarct size through differential effects on cardiomyocytes and cardiac fibroblasts J. Biol. Chem 2006 281, N 41 P. 30979– 30989.
[27] Baurand A., Zelarayan L., Betney R., Gehrke C., Dunger S., Noack C., Busjahn A., Huelsken J., Taketo M. M., Birchmeier W., Dietz R., Bergmann M. W. Beta-catenin downregulation is required for adaptive cardiac remodeling Circ. Res 2007 100, N 9 P. 1353–1362.
[28] Lyons G. E., Schiaffino S., Sassoon D., Barton P., Buckingham M. Developmental regulation of myosin gene expression in mouse cardiac muscle J. Cell. Biol 1990 111, N 6, Pt 1 P. 2427–2436.
[29] Agah R., Frenkel P. A., French B. A., Michael L. H., Overbeek P. A., Schneider M. D. Gene recombination in postmitotic cells. Targeted expression of Cre recombinase provokes cardiacrestricted, site-specific rearrangement in adult ventricular muscle in vivo J. Clin. Invest 1997 100, N 1 P. 169–179.
[30] Nagy A., Gertsenstein M., Vintersten K., Behringer R. Manipulating the mouse embryo: A laboratory manual New York: Cold Spring Harbor Lab. Press, 2003 234 p.
[31] Palermo J., Gulick J., Colbert M., Fewell J., Robbins J. Transgenic remodeling of the contractile apparatus in the mammalian heart Circ. Res 1996 78, N 3: 504–509.
[32] Izumo S., Lompre A. M., Matsuoka R., Koren G., Schwartz K., Nadal-Ginard B., Mahdavi V. Myosin heavy chain messenger RNA and protein isoform transitions during cardiachypertrophy. Interaction between hemodynamic and thyroid hormoneinduced signals J. Clin. Invest 1987 79, N 3:970–977.
[33] Besse S., Assayag P., Delcayre C., Carre F., Cheav S. L., Lecarpentier Y., Swynghedauw B. Normal and hypertrophied senescent rat heart:mechanical and molecular characteristics Am. J. Physiol 1993 265, N 1 Pt 2 H183–H190.
[34] Lowes B. D., Minobe W., Abraham W. T., Rizeq M. N., Bohlmeyer T. J., Quaife R. A., Roden R. L., Dutcher D. L., Robertson A. D., Voelkel N. F., Badesch D. B., Groves B. M., Gilbert E. M., Bristow M. R. Changes in gene expression in the intact human heart. Downregulation of alpha-myosin heavy chain in hypertrophied, failing ventricular myocardium J. Clin. Invest 1997 100, N 9:2315–2324.
[35] Li J., Swope D., Raess N., Cheng L., Muller E. J., Radice G. L. Cardiac tissue-restricted deletion of plakoglobin results in progressive cardiomyopathy and activation of {beta}-catenin signaling Mol. Cell. Biol 2011 31, N 6:1134–1144.
[36] Vanderheyden M., Bartunek J., Goethals M. Brain and other natriuretic peptides: molecular aspects Eur. J. Heart Fail 2004 6, N 3 P. 261–268.
[37] Tamura N., Ogawa Y., Chusho H., Nakamura K., Nakao K., Suda M., Kasahara M., Hashimoto R., Katsuura G., Mukoyama M., Itoh H., Saito Y., Tanaka I., Otani H., Katsuki M. Cardiac fibrosis in mice lacking brain natriuretic peptide Proc. Natl Acad. Sci. USA 2000 97, N 8 P. 4239–4244.