Natrium-kalsium-utveksleren (NCX) som legemiddelmål ved kronisk hjertesykdom
Til tross for at det de siste tiårene har skjedd en betydelig utvikling av medisinsk behandling mot jertesvikt er insidensen av hjertesvikt i befolkningen økende og en av de vanligste årsaker til død i den vestlige verden. Dette skyldes den manglende innsikt i de molekylære mekanismene som er involvert i utvikling av hjertesvikt. Identifisering av molekylære mekanismer kan bidra til å utvikle mer effektive og spesifikke terapeutiske strategier for behandling.
Balansert natrium (Na+) og kalsium (Ca2+) homeostase er svært viktig for normal hjertefunksjon. Små endringer i intracellulær Na+ kan føre til flere effekter på hjertet og kan påvirke intracellulær Ca2+ og videre modulere hjerte kontraktilitet. Derfor fokuserer vi på Na+ og Ca2+ homeostase i dette prosjektet. To proteiner som har ansvar for å opprettholde Na+ og Ca2+ homeostase er natrium-kalsium-utveksleren (NCX1) og natrium / kalium (K+) pumpen (NKA). Både NCX1 og NKA er lokalisert i cellemembranen. NCX1 transporterer tre Na+ ioner inn i hjertemuskelcellen i bytte mot en Ca2+ ut. NKA flytter videre Na+ ioner ut fra hjertemuskelcellen til det ekstracellulære rom. En fin balanse mellom disse to prosessene styrer nettobeløpet av intracellulær Na+ og Ca2+ og avvik i et av disse to systemene kan ha en stor innvirkning på hjertets kontraktilitet. NCX1-aktivitet er ofte endret ved hjertesvikt og det mangler legemidler som direkte og spesifikt normaliserer NCX1-aktivitet ved denne tilstanden.
Phospholemman (PLM) er et hjerteprotein som stimulerer NKA, men hemmer NCX i hjertemuskelceller. Vi har tidligere utviklet et spesifikt legemiddellignende molekyl som bryter interaksjon mellom NCX1 og PLM og dette molekylet, såkalt "Opt-Pep" (peptid pro-medikament), øker NCX funksjon. Opt-pep representerer dermed et nytt og potent pro-medikament mot hjertesykdom.
I dette prosjektet ønsker vi å bruke både induserbare Opt-pep-mus (transgene) og Adeno-assosierte-virus (AAV) injeksjon av Opt-Pep i mus. Dyrene skal undersøkes med en rekke avanserte in vivo og molekylærbiologiske teknikker inkludert elektrofysiologi for å studere virkning av Opt-pep på NCX1 in vivo og ved hjertesykdom. Vi ønsker også å se på effekten av Opt-Pep i mus etter trykkoverbelastning (aorta banding). Vi forventer at Opt-Pep overuttrykksmus har forbedret hjertefunksjon under hjertesvikt. Dyrene vil bli utsatt for operasjon under anestesi (aortic banding) for å fremkalle utvikling av hjertesvikt. Moderate smerter kan oppleves etter kirurgiske inngrep eller ved hjertesvikt progresjon. I begge tilfeller vil smerte behandles med analgesi.
Når det gjelder kravene til 3R, dyreforsøkene kan dessverre ikke erstattes med andre forsøk. Vi har gjort in vitro forsøk i cellekultur og fått lovende resultater fra Opt-Pep molekylet som muligens kan omsettes til effektive legemidler som direkte og spesifikt normaliserer NCX1-aktivitet ved hjertesvikt. I tillegg vil vi bruke dyrene til flere undersøkelser slik at totalt antall dyr reduseres. Vi har etablert effektive protokoller til in vivo-intervensjoner i dyrene på IEMF og vårt personale har lang erfaring med dyreforsøk slik at dyrenes lidelser blir minimert.
Balansert natrium (Na+) og kalsium (Ca2+) homeostase er svært viktig for normal hjertefunksjon. Små endringer i intracellulær Na+ kan føre til flere effekter på hjertet og kan påvirke intracellulær Ca2+ og videre modulere hjerte kontraktilitet. Derfor fokuserer vi på Na+ og Ca2+ homeostase i dette prosjektet. To proteiner som har ansvar for å opprettholde Na+ og Ca2+ homeostase er natrium-kalsium-utveksleren (NCX1) og natrium / kalium (K+) pumpen (NKA). Både NCX1 og NKA er lokalisert i cellemembranen. NCX1 transporterer tre Na+ ioner inn i hjertemuskelcellen i bytte mot en Ca2+ ut. NKA flytter videre Na+ ioner ut fra hjertemuskelcellen til det ekstracellulære rom. En fin balanse mellom disse to prosessene styrer nettobeløpet av intracellulær Na+ og Ca2+ og avvik i et av disse to systemene kan ha en stor innvirkning på hjertets kontraktilitet. NCX1-aktivitet er ofte endret ved hjertesvikt og det mangler legemidler som direkte og spesifikt normaliserer NCX1-aktivitet ved denne tilstanden.
Phospholemman (PLM) er et hjerteprotein som stimulerer NKA, men hemmer NCX i hjertemuskelceller. Vi har tidligere utviklet et spesifikt legemiddellignende molekyl som bryter interaksjon mellom NCX1 og PLM og dette molekylet, såkalt "Opt-Pep" (peptid pro-medikament), øker NCX funksjon. Opt-pep representerer dermed et nytt og potent pro-medikament mot hjertesykdom.
I dette prosjektet ønsker vi å bruke både induserbare Opt-pep-mus (transgene) og Adeno-assosierte-virus (AAV) injeksjon av Opt-Pep i mus. Dyrene skal undersøkes med en rekke avanserte in vivo og molekylærbiologiske teknikker inkludert elektrofysiologi for å studere virkning av Opt-pep på NCX1 in vivo og ved hjertesykdom. Vi ønsker også å se på effekten av Opt-Pep i mus etter trykkoverbelastning (aorta banding). Vi forventer at Opt-Pep overuttrykksmus har forbedret hjertefunksjon under hjertesvikt. Dyrene vil bli utsatt for operasjon under anestesi (aortic banding) for å fremkalle utvikling av hjertesvikt. Moderate smerter kan oppleves etter kirurgiske inngrep eller ved hjertesvikt progresjon. I begge tilfeller vil smerte behandles med analgesi.
Når det gjelder kravene til 3R, dyreforsøkene kan dessverre ikke erstattes med andre forsøk. Vi har gjort in vitro forsøk i cellekultur og fått lovende resultater fra Opt-Pep molekylet som muligens kan omsettes til effektive legemidler som direkte og spesifikt normaliserer NCX1-aktivitet ved hjertesvikt. I tillegg vil vi bruke dyrene til flere undersøkelser slik at totalt antall dyr reduseres. Vi har etablert effektive protokoller til in vivo-intervensjoner i dyrene på IEMF og vårt personale har lang erfaring med dyreforsøk slik at dyrenes lidelser blir minimert.