Der Transkriptionsfaktor EB (Tfeb) begünstigt unter chronischem myokardialen Stress die Entstehung einer Herzinsuffizienz

Abstract

Hintergrund Hämodynamischer Stress induziert eine kompensatorische myokardiale Hypertrophie, was einen Risikofaktor für die Entstehung einer Herzinsuffizienz darstellt. Molekulare Mechanismen, die diesen Prozess beeinflussen sind unzureichend charakterisiert. Der Autophagie-Lysosom Signalweg (ALP), welcher eine wesentliche Rolle bei der zellulären Proteinhomöostase und dem Abbau von Proteinen und Zellorganellen einnimmt, zeigt beim Übergang von myokardialer Hypertrophie zur Herzinsuffizienz Aktivitätsunterschiede auf. Der Transkriptionsfaktor EB (TFEB) ist ein wichtiger Regulator der Expression von ALP-Genen und letztlich bei der Steuerung der ALP-Aktivität. Eine Beteiligung bei der Entstehung einer Herzinsuffizienz wurde bisher nicht überprüft.

Hypothese Es wurde die Hypothese geprüft, ob TFEB am Übergang von der kardialen Hypertro-phie in die Herzinsuffizienz beteiligt ist.

Methodik Durch Adeno-assoziierte virale Vektoren Typ 9 (AAV9) wurde Tfeb in den Kardiomyozyten von erwachsenen C57BL/6J Mäusen überexprimiert (AAV9-Tfeb), wobei die Kardiomyozyten-spezifische Expression durch Verwendung eines spezifischen Promoters (Myosin Leichtketten (MLC) 2v Promoter) erfolgte. AAV9-Luciferase (AAV9-Luc) diente als Kontrollvektor. Es erfolgte eine Operation mit Konstriktion der transversen Aorta (transverse aortic constriction, TAC, 27Gauge, AAV9-Luc: n=9, AAV9-Tfeb: n=14) oder eine Scheinoperation (Sham, AAV9-Luc: n=9, AAV9-Tfeb: n=9). Präopera-tiv sowie 4 Wochen postoperativ wurde die Struktur und Funktion der Herzen der Ver-suchstiere echokardiographisch untersucht. Durch Sequenzierung der nächsten Generation von RNA (RNA-Seq), die aus dem interventrikulären Septum isoliert wurde, erfolgte die Analyse einer veränderten Genexpression und die Identifizierung von induzierten Signalwegen unter Sham- bzw. TAC-Operation sowie Überexpression von Tfeb oder Luc. Die weitere Charakterisierung von Veränderungen erfolgte mittels quantitativer Echtzeit Polymerase-Kettenreaktion, Western Blot und Histologie.

Ergebnisse Die AAV9-Tfeb behandelten Tiere zeigten eine effektive Tfeb Expression im Herzen. Sham-operierte AAV9-Tfeb und AAV9-Luc Tiere zeigten geringfügige Unterschiede in Morphologie und Genexpression. In den AAV9-Luc Tieren induzierte die TAC-Operation eine kompensierte myokardiale Hypertrophie. Im Unterschied dazu führte die TAC-Operation nach Tfeb-Überexpression zu einer linksventrikulären Dilatation und eine Reduktion der linksventrikulären Ejektionsfraktion. In der weiteren Charakterisierung zeigte sich eine Zunahme des Herzgewichts und eine höhere Expression von myokardialen Stressmarkern in der TAC-operierten AAV9-Tfeb Gruppe verglichen mit AAV9-Luc. Durch RNA-Sequenzierung, quantitative Real-Time Polymerase Ket-tenreaktion und Western Blot konnte eine stärkere Aktivierung des ALP nachgewiesen werden.

Schlussfolgerung In einem Modell von hämodynamischem Stress führte die Überexpression von Tfeb zu einer Herzinsuffizienz mit hochgradig eingeschränkter linksventrikulärer Ejektionsfraktion. Dies war begleitet von einer erhöhten Aktivität des Autophagie-Lysosom Signalwegs.

Background Hemodynamic stress induces a compensatory myocardial hypertrophy, one of the risk factors leading to heart failure. Molecular mechanism involved in this process are not well understood. The autophagy-lysosome pathway, a protein and organelle degrading system, assures protein homeostasis and is shown to be regulated during this process. The transcription factor EB (TFEB) is a key factor in the regulation of ALP gene expression and activation of autophagy. If TFEB is involved in the progression from myocardial hypertrophy to heart failure still remains uncertain.

Hypothesis The hypothesis was tested if TFEB is involved in the progression from cardiac hypertrophy to heart failure.

Methods Adeno-associated viral vectors type 9 (AAV9) were used to overexpress Tfeb in cardiomyocytes of adult C57Bl/6J mice (AAV9-Tfeb). Cardiomyocyte-specific expression was ensured by using a specific promoter (myosin light chain (MLC) 2v promoter). AAV9-Luciferase (AAV9-Luc) was used as a control. Mice were either exposed to transverse aortic constriction (TAC, 27G, AAV9-Luc: n=9, AAV9-Tfeb: n=14) or Sham operation (Sham, AAV9-Luc: n=9, AAV9-Tfeb: n=9). Echocardiography was performed prior to and 4 weeks after operation to examine heart structure and function. Next-generation sequencing of RNA (RNA-Seq) of tissue isolated from the interventricular septum was used to identify differentially regulated signaling pathways under condi-tions of sham and TAC operation as well as overexpression of Tfeb or Luc. Differences were further analyzed by quantitative real-time polymerase chain reaction, Western Blot and histology.

Results AAV9-Tfeb treated mice showed effective overexpression of Tfeb in heart tissue. Sham operated AAV9-Luc and AAV9-Tfeb treated animals only showed minor differences in morphology and gene expression. In AAV9-Luc, TAC operation induced a compensated myocardial hypertrophy. In contrast, TAC induced left-ventricular dilatation and strong reduction in left ventricular ejection fraction after Tfeb overexpression. AAV9-Tfeb TAC mice showed an increase in heart weight and higher expression of stress markers compared to AAV9-Luc. RNA-sequencing, quantitative Real-Time Polymer-ase Chain Reaction and Western Blot identified activation of the ALP.

Conclusion In a model of hemodynamic stress, Tfeb overexpression induced heart failure with re-duced ejection fraction. This was associated with increased autophagy-lysosome pathway gene expression.