[학위논문]선택적인 히스톤 탈아세틸화효소8 억제제의 심장비대 및 심부전의 치료효과 및 기전 Therapeutic effects and mechanisms of selective histone deacetylase 8 inhibitor on cardiac hypertrophy and heart failure원문보기
배경 및 목적: 심혈관 질환에서 히스톤 탈아세틸화효소(Histone deacetylase, HDAC)의 발현과 효소 활성이 잘 조절되지 않으며 ...
배경 및 목적: 심혈관 질환에서 히스톤 탈아세틸화효소(Histone deacetylase, HDAC)의 발현과 효소 활성이 잘 조절되지 않으며 클래스 I HDAC 중에서 HDAC2는 심장비대중에서 중요한 역할을 하는 것으로 보고되었지만, HDAC8의 명확한 기능은 아직 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 이소프로테레놀 [Isoproterenol(ISP)]로 유도되는 심장비대 및 압력과부하로 유도하는 심부전 생쥐 모델을 사용하여 심장비대 및 심부전에 대한 HDAC8의 역할을 조사하고자 하였다.
방법：심장비대 연구에서 ISP를 주입하는 생쥐에 선택적인 HDAC8 억제제인 PCI34051(30mg/kg/day)을 5일 동안 주사하였다. 심부전 연구에서 횡대동맥 수축 시술 [transverse aorta contraction(TAC)]6주 후, 생쥐에 PCI34051(3, 10, 30mg/kg/day)을 2주 동안 약물처리하였다. 심장비대는 심장무게/체중무게 비율, 심근세포 단면적에 의해 평가하였다. 심장초음파 검사를 이용하여 좌심실구혈율과 분획단축율을 측정하였다. 실시간 중합효소 연쇄반응, 웨스턴 블롯팅, 조직학적 분석 및 세포 크기 측정을 하였다. 심장비대 및 심부전에서 HDAC8의 기전을 규명하기 위해서 HDAC8 녹다운 및 HDAC8 과발현을 이용하였다.
결과：심장비대 연구에서 ISP 생쥐와 H9c2 세포에서 HDAC8의 mRNA 양과 단백질 발현을 증가시킨 반면 PCI34051 처리한 경우에 심장비대를 감소시켰다. ISP처리된 생쥐에서 PCI34051 약물처리는 심장비대 마커(Nppa, Nppb및 Myh7) 및 섬유화 마커(Colla1, Fn1 및 CcN2)의 발현을 감소시켰다. HDAC8 과발현은 세포의 크기를 증가시킨 반면 HDAC8 녹다운은 이러한 효과를 역전시켰다. HDAC8 선택적 억제제와 HDAC8 녹다운은 ISP로 유도하는 p38 MAPK 활성화를 억제시킨 반면, HDAC8 과발현은 p38 MAPK 인산화를 촉진하였다. 또한, p38 MAPK 억제제인 SB203580처리는 HDAC8 과발현에 의해 유도된 p38 MAPK 인산화 수준과 ANP, BNP 단백질 발현 수준을 유의하게 감소시켰다. 심부전 연구에서 HDAC8은 TAC모델 생쥐의 심장 및 폐 조직에서 발현이 증가되였다. 안지오텐신 전환 효소 1 (ACE1) 및 안지오텐신 II 수용체 유형 1 (AT1)의 발현은 TAC 생쥐에서 증가된 반면, ACE2 및 AT2의 발현은 감소 되였다. HDAC8의 억제제 또는 녹다운은 동물 및 심근세포에서 NF-kB 및 IkBα 발현을 평가한 결과, 염증을 감소시켰다. HDAC8의 과발현으로 유도되는 NF-kB 경로는 ACE1 녹다운에 의하여 감소되었다. 피크로시리우스 적색 염색, 실시간 중합효소 연쇄반응, 웨스턴 블롯팅 분석에서 PCI34051 처리후 섬유증 및 섬유증 관련 유전자가 억제됨이 확인하였다. 쥐 심장 섬유아세포에서 HDAC8의 억제제 또는 녹다운은 전환 성장 인자 β1 (TGF-β1)-Smad2/3 경로를 통해 심장 섬유증을 감소시켰다. 기전으로는 과발현 및 짧은간섭 RNA 녹다운 실험을 통하여 HDAC8 및 ACE1이 염증 및 섬유증을 유도하는 것으로 밝혔다.
결론：이 연구는 HDAC8의 활성 또는 발현의 억제를 통해서 p38 MAPK를 조절함으로써 심장비대 및 섬유증을 억제함을 보여주었다. HDAC8 활성의 약리학적 억제는 TAC모델로 유도된 심부전 생쥐의 심장 및 폐 기능을 개선할 수 있었다. 이러한 결과는 HDAC8 억제제가 심장비대 및 심부전 치료를 위한 새로운 치료제로 사용될수 있음을 시사하였다.
배경 및 목적: 심혈관 질환에서 히스톤 탈아세틸화효소(Histone deacetylase, HDAC)의 발현과 효소 활성이 잘 조절되지 않으며 클래스 I HDAC 중에서 HDAC2는 심장비대중에서 중요한 역할을 하는 것으로 보고되었지만, HDAC8의 명확한 기능은 아직 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 이소프로테레놀 [Isoproterenol(ISP)]로 유도되는 심장비대 및 압력과부하로 유도하는 심부전 생쥐 모델을 사용하여 심장비대 및 심부전에 대한 HDAC8의 역할을 조사하고자 하였다.
방법：심장비대 연구에서 ISP를 주입하는 생쥐에 선택적인 HDAC8 억제제인 PCI34051(30mg/kg/day)을 5일 동안 주사하였다. 심부전 연구에서 횡대동맥 수축 시술 [transverse aorta contraction(TAC)]6주 후, 생쥐에 PCI34051(3, 10, 30mg/kg/day)을 2주 동안 약물처리하였다. 심장비대는 심장무게/체중무게 비율, 심근세포 단면적에 의해 평가하였다. 심장초음파 검사를 이용하여 좌심실구혈율과 분획단축율을 측정하였다. 실시간 중합효소 연쇄반응, 웨스턴 블롯팅, 조직학적 분석 및 세포 크기 측정을 하였다. 심장비대 및 심부전에서 HDAC8의 기전을 규명하기 위해서 HDAC8 녹다운 및 HDAC8 과발현을 이용하였다.
결과：심장비대 연구에서 ISP 생쥐와 H9c2 세포에서 HDAC8의 mRNA 양과 단백질 발현을 증가시킨 반면 PCI34051 처리한 경우에 심장비대를 감소시켰다. ISP처리된 생쥐에서 PCI34051 약물처리는 심장비대 마커(Nppa, Nppb및 Myh7) 및 섬유화 마커(Colla1, Fn1 및 CcN2)의 발현을 감소시켰다. HDAC8 과발현은 세포의 크기를 증가시킨 반면 HDAC8 녹다운은 이러한 효과를 역전시켰다. HDAC8 선택적 억제제와 HDAC8 녹다운은 ISP로 유도하는 p38 MAPK 활성화를 억제시킨 반면, HDAC8 과발현은 p38 MAPK 인산화를 촉진하였다. 또한, p38 MAPK 억제제인 SB203580처리는 HDAC8 과발현에 의해 유도된 p38 MAPK 인산화 수준과 ANP, BNP 단백질 발현 수준을 유의하게 감소시켰다. 심부전 연구에서 HDAC8은 TAC모델 생쥐의 심장 및 폐 조직에서 발현이 증가되였다. 안지오텐신 전환 효소 1 (ACE1) 및 안지오텐신 II 수용체 유형 1 (AT1)의 발현은 TAC 생쥐에서 증가된 반면, ACE2 및 AT2의 발현은 감소 되였다. HDAC8의 억제제 또는 녹다운은 동물 및 심근세포에서 NF-kB 및 IkBα 발현을 평가한 결과, 염증을 감소시켰다. HDAC8의 과발현으로 유도되는 NF-kB 경로는 ACE1 녹다운에 의하여 감소되었다. 피크로시리우스 적색 염색, 실시간 중합효소 연쇄반응, 웨스턴 블롯팅 분석에서 PCI34051 처리후 섬유증 및 섬유증 관련 유전자가 억제됨이 확인하였다. 쥐 심장 섬유아세포에서 HDAC8의 억제제 또는 녹다운은 전환 성장 인자 β1 (TGF-β1)-Smad2/3 경로를 통해 심장 섬유증을 감소시켰다. 기전으로는 과발현 및 짧은간섭 RNA 녹다운 실험을 통하여 HDAC8 및 ACE1이 염증 및 섬유증을 유도하는 것으로 밝혔다.
결론：이 연구는 HDAC8의 활성 또는 발현의 억제를 통해서 p38 MAPK를 조절함으로써 심장비대 및 섬유증을 억제함을 보여주었다. HDAC8 활성의 약리학적 억제는 TAC모델로 유도된 심부전 생쥐의 심장 및 폐 기능을 개선할 수 있었다. 이러한 결과는 HDAC8 억제제가 심장비대 및 심부전 치료를 위한 새로운 치료제로 사용될수 있음을 시사하였다.
Background and Aim：The expression and activity of histone deacetylase (HDAC) are dysregulated in heart disease. Among all the enzymes of class I HDAC, HDAC2 is reported to play a key role in myocardial hypertrophy. However, the exact function of HDAC8 is unknown. Therefore, this study used isoproter...
Background and Aim：The expression and activity of histone deacetylase (HDAC) are dysregulated in heart disease. Among all the enzymes of class I HDAC, HDAC2 is reported to play a key role in myocardial hypertrophy. However, the exact function of HDAC8 is unknown. Therefore, this study used isoproterenol-induced cardiac hypertrophy mouse model and pressure-overload-induced heart failure mouse model to investigate the role of HDAC8 in cardiac hypertrophy and heart failure. Methods：PCI34051 (30 mg/kg/day), a selective inhibitor of HDAC8, was intraperitoneally injected into mice，which were implanted with a pump with isoproterenol. Six weeks after transverse aortic constriction (TAC), mice were treated with PCI34051 (3, 10, or 30 mg/kg/day) for 2 weeks. Enlarged hearts were assessed by heart weight to body weight (HW/BW) ratio, cardiomyocyte cross-sectional area. Echocardiography is used to measure left ventricular ejection fraction and fractional shortening. In addition, experimental methods such as real-time polymerase chain reaction (RT-PCR), western blotting, histological analysis, and cell size measurement are used. In order to illustrate the mechanism of HDAC8 in cardiac hypertrophy and heart failure, HDAC8 knockdown and HDAC8 overexpression were also used in this study.
Results：In the study of cardiac hypertrophy, isoproterenol induced HDAC8 mRNA and protein expression in mice and H9c2 cells, and PCI34051 drug treatment reduced the cardiac hypertrophy of mice and H9c2 cells caused by isoproterenol. PCI34051 injection also reduced the expression of cardiac hypertrophy markers (Nppa, Nppb and Myh7) and myocardial fibrosis markers (Colla1, Fn1 and CcN2) in mice induced by isoproterenol. Overexpression of HDAC8 stimulates cardiomyocyte hypertrophy, while knockdown of HDAC8 reverses this effect. Selective inhibitor of HDAC8 and HDAC8 knockdown inhibit isoproterenol-induced p38 MAPK activation, while HDAC8 overexpression promotes p38 MAPK phosphorylation. In addition, the use of the p38 MAPK inhibitor SB203580 significantly reduced the phosphorylation level of p38 MAPK and the expression of ANP and BNP proteins promoted by HDAC8 overexpression. In heart failure study, HDAC8 was up-regulated in the heart and lung tissues of TAC model mice. In addition, in TAC mice, the expressions of angiotensin converting enzyme 1 (ACE1) and angiotensin II receptor type 1 (AT1) were up-regulated, while the expressions of ACE2 and AT2 were reversed. Pharmacological inhibition or knockdown of HDAC8 reduced inflammation as determined by the levels of NF-B and IBα in vivo and in cardiomyocytes, but not in cardiac fibroblasts. HDAC8 overexpression-induced NF-B pathway depends on ACE1 knockdown. Real-time polymerase chain reaction, western blot analysis and Picro-sirius red staining confirmed that PCI34051 administration inhibited the progression of fibrosis and fibrosis-related genes. In addition, the pharmacological inhibition or knockdown of HDAC8 in rat cardiac fibroblasts can reduce cardiac fibrosis through the transforming growth factor β1-Smad2/3 pathway. Mechanistically, the overexpression of fibroblasts and siRNA knockdown experiments proved that HDAC8 and ACE1 induce inflammation and fibrosis. Conclusions：The study showed that inhibition of HDAC8 suppresses cardiac hypertrophy and fibrosis by regulating p38 MAPK. The pharmacological inhibition of HDAC8 activity also can improve cardiac and lung function in the TAC-induced heart failure mouse model. The study demonstrated a new role for HDAC8 in the induction of inflammation and fibrosis. These data suggested that HDAC8 inhibitor could be a new therapeutic target for the treatment of cardiac hypertrophy and heart failure accompanied by pathological lung diseases. Keywords: histone deacetylase; histone deacetylase inhibitor; cardiac hypertrophy; heart failure; fibrosis; inflammation
Background and Aim：The expression and activity of histone deacetylase (HDAC) are dysregulated in heart disease. Among all the enzymes of class I HDAC, HDAC2 is reported to play a key role in myocardial hypertrophy. However, the exact function of HDAC8 is unknown. Therefore, this study used isoproterenol-induced cardiac hypertrophy mouse model and pressure-overload-induced heart failure mouse model to investigate the role of HDAC8 in cardiac hypertrophy and heart failure. Methods：PCI34051 (30 mg/kg/day), a selective inhibitor of HDAC8, was intraperitoneally injected into mice，which were implanted with a pump with isoproterenol. Six weeks after transverse aortic constriction (TAC), mice were treated with PCI34051 (3, 10, or 30 mg/kg/day) for 2 weeks. Enlarged hearts were assessed by heart weight to body weight (HW/BW) ratio, cardiomyocyte cross-sectional area. Echocardiography is used to measure left ventricular ejection fraction and fractional shortening. In addition, experimental methods such as real-time polymerase chain reaction (RT-PCR), western blotting, histological analysis, and cell size measurement are used. In order to illustrate the mechanism of HDAC8 in cardiac hypertrophy and heart failure, HDAC8 knockdown and HDAC8 overexpression were also used in this study.
Results：In the study of cardiac hypertrophy, isoproterenol induced HDAC8 mRNA and protein expression in mice and H9c2 cells, and PCI34051 drug treatment reduced the cardiac hypertrophy of mice and H9c2 cells caused by isoproterenol. PCI34051 injection also reduced the expression of cardiac hypertrophy markers (Nppa, Nppb and Myh7) and myocardial fibrosis markers (Colla1, Fn1 and CcN2) in mice induced by isoproterenol. Overexpression of HDAC8 stimulates cardiomyocyte hypertrophy, while knockdown of HDAC8 reverses this effect. Selective inhibitor of HDAC8 and HDAC8 knockdown inhibit isoproterenol-induced p38 MAPK activation, while HDAC8 overexpression promotes p38 MAPK phosphorylation. In addition, the use of the p38 MAPK inhibitor SB203580 significantly reduced the phosphorylation level of p38 MAPK and the expression of ANP and BNP proteins promoted by HDAC8 overexpression. In heart failure study, HDAC8 was up-regulated in the heart and lung tissues of TAC model mice. In addition, in TAC mice, the expressions of angiotensin converting enzyme 1 (ACE1) and angiotensin II receptor type 1 (AT1) were up-regulated, while the expressions of ACE2 and AT2 were reversed. Pharmacological inhibition or knockdown of HDAC8 reduced inflammation as determined by the levels of NF-B and IBα in vivo and in cardiomyocytes, but not in cardiac fibroblasts. HDAC8 overexpression-induced NF-B pathway depends on ACE1 knockdown. Real-time polymerase chain reaction, western blot analysis and Picro-sirius red staining confirmed that PCI34051 administration inhibited the progression of fibrosis and fibrosis-related genes. In addition, the pharmacological inhibition or knockdown of HDAC8 in rat cardiac fibroblasts can reduce cardiac fibrosis through the transforming growth factor β1-Smad2/3 pathway. Mechanistically, the overexpression of fibroblasts and siRNA knockdown experiments proved that HDAC8 and ACE1 induce inflammation and fibrosis. Conclusions：The study showed that inhibition of HDAC8 suppresses cardiac hypertrophy and fibrosis by regulating p38 MAPK. The pharmacological inhibition of HDAC8 activity also can improve cardiac and lung function in the TAC-induced heart failure mouse model. The study demonstrated a new role for HDAC8 in the induction of inflammation and fibrosis. These data suggested that HDAC8 inhibitor could be a new therapeutic target for the treatment of cardiac hypertrophy and heart failure accompanied by pathological lung diseases. Keywords: histone deacetylase; histone deacetylase inhibitor; cardiac hypertrophy; heart failure; fibrosis; inflammation
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