Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/98038
Title: IGF1: between cardiac regeneration and repair
Other Titles: IGF1: Entre a Regeneração e Reparo Cardíaco
Authors: Rebelo, Diogo Vasco Gonçalves
Orientador: Carvalho, Ana Luísa Monteiro de
Nascimento, Diana
Keywords: Doenças Cardiovasculares;; Coração1; IGF1; Reparação; Regeneração; Cardiovascular Diseases; Heart; IGF1; Repair; Regeneration
Issue Date: 7-Dec-2021
Project: info:eu-repo/grantAgreement/FCT/9471 - RIDTI/152211/PT 
Serial title, monograph or event: IGF1: BETWEEN CARDIAC REGENERATION AND REPAIR
Place of publication or event: i3S - Instituto de Investigação e Inovação em Saúde & Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar da Universidade do Porto
Abstract: Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide, with ischemic heart disease being the most prevalent, yet no breakthrough in restoring healthy tissue function has been achieved. In part, this has been attributed to the limited regenerative capacity of the heart since cardiomyocytes after an injury do not replicate at a sufficient rate for regeneration to occur.Myocardial Infarction, or MI, is the widespread cell death resulting from an acute ischemic injury following sudden blockage of the coronary arteries, leading to a lack of oxygen and nutrients reaching the myocardium. To prevent the tissue rupture caused by the hollow space left out by the cell death post-injury, a collagen-rich fibrous scar is formed by the abnormal deposition of the extracellular matrix (ECM) by cardiac fibroblasts (CF). Although essential, this provides structural support to the myocardial wall after injury, cardiac fibrosis also contributes to heart failure and is associated with poor clinical outcomes.However, work in mice showed a brief time window for heart regeneration: at postnatal day 1 (P1), the heart regenerates by the proliferation of cardiomyocytes, while at postnatal day 7 (P7), it engages on a repair response. Yet, the role of CF and their produced ECM in this transition is still unknown. This is especially important considering CFs are known to play a significant role in cardiac remodeling.Herein, using RNA-sequencing, we showed that insulin-like growth factor 1 or IGF1, an ECM-associated protein secreted by CF, is up-regulated between P1 and P7. IGF1 is known to induce cell proliferation and survival in CMs and CFs. Following this, we combined an in vitro human CF (HCF) activation protocol with adult (Repair model) and neonatal (Regenerative model) MI mouse models to unveil the role of IGF1 in repair and regeneration, respectively. We observed an upregulation of IGF1 expression in different heart regions after MI in the adult MI model. Contrarily, IGF1 expression was downregulated following neonatal MI. These findings demonstrate that IGF-1 may be essential for the repair process and that IGF1 knockdown may be determinant for effective regeneration.Using an activation protocol of HCF, we measured the impact of IGF1 on CF activation and found that although not very evident at the transcriptional level, IGF1 was able to increase the number of α-SMA-expressing cells supporting IGF1 capability to induce fibroblast activation. Furthermore, we demonstrated that IGF1 is capable of protecting HCF from hypoxia-induced apoptosis.Briefly, we found that IGF1 has an important role in response to cardiac ischemic injury, is capable of CF activation and that its modulation may be of therapeutic significance.
As doenças cardiovasculares são a principal causa de morte no mundo, contudo pouco progresso tem sido efetuado na restituição da função do tecido danificado em situações de doença ou lesão. Isto é atribuído à limitada capacidade regenerativa do coração, uma vez que os cardiomiócitos, as células fundamentais do coração, não são capazes de se replicarem a uma taxa que compense a perda de tecido.O enfarte miocárdio corresponde à morte celular generalizada resultante de uma lesão isquémica. Caracterizada pelo bloqueio súbito das artérias coronárias (vasos sanguíneos responsáveis por levar o sangue ao coração) levando à falta de oxigênio e nutrientes que chegam ao tecido cardíaco. Para evitar a rutura do tecido, causada pelo espaço vazio deixado pela morte celular pós-lesão, forma-se uma cicatriz fibrosa secretada pelos fibroblastos cardíacos residentes. A fibrose cardíaca é constituída por deposição aberrante de matriz extracelular, rica em colagénio, que apesar de ter uma função estrutural essencial, também contribui para a insuficiência cardíaca e está associada a prognósticos negativos.Contrariamente aos animais adultos, os murganhos neonatais apresentam uma breve janela de tempo para a regeneração cardíaca. Assim, no primeiro dia do nascimento (P1) o coração é capaz de regenerar ativando a proliferação de cardiomiócitos. Ao contrário, no dia 7 pós-natal (P7), esta capacidade já não é observada. Resultando numa resposta reparatória com formação de fibrose cardíaca. Presentemente, o papel dos fibroblastos cardíacos e da matriz extracelular por si produzida na regeneração e na transição para uma fase reparatória é desconhecido. O que é particularmente importante considerando que os fibroblastos desempenham um papel significativo na remodelação cardíaca.Os resultados do nosso grupo mostraram que a expressão do transcrito que codifica o fator de crescimento semelhante à insulina 1 ou IGF1 está aumentada entre P1 e P7. IGF1 é conhecido por ser capaz de induzir a proliferação e sobrevivência celular em cardiomiócitos e fibroblastos cardíacos. Subsequentemente, utilizamos um modelo de cultura celular de fibroblastos cardíacos humanos (FCH), e dois modelos de enfarte do miocárdio (EM) de murganho, um modelo adulto (de reparação) e um modelo neonatal (de regeneração) para descobrir o papel do IGF1 no processo reparador e de regeneração, respetivamente.No modelo adulto, observamos um aumento da expressão de IGF1 na região do coração sujeita EM 96 horas pós lesão quando comparado com o controlo. Contrariamente, no modelo de lesão neonatal, a expressão de IGF1 diminuiu em comparação com o controlo.Usando o protocolo de ativação de FCH avaliamos o papel do IGF1 na ativação de FCH. Apesar de ao nível transicional o aumento da expressão de genes associados á ativação de fibroblastos em resposta do tratamento com IGF1 ser modesto, ao nível da proteína verificou-se um aumento significativo de α-SMA (marcador de ativação de fibroblastos cardíacos), indicando que o IGF1 induz a ativação de fibroblastos cardíacos. Paralelamente, por meio de um ensaio de hipoxia, demonstramos que o IGF1 é capaz de proteger o HCF da apoptose induzida por hipoxia, que é um dos componentes da lesão isquémica.Em suma, descobrimos que o IGF1 tem um papel importante na resposta à lesão isquémica cardíaca e induz ativação de FC, podendo o seu aumento no período neonatal estar envolvido na transição regeneração-reparação.
Description: Dissertação de Mestrado em Biologia Celular e Molecular apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/98038
Rights: openAccess
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