Cardiovascular impact of cytotoxicity and aging in protein aggregation

Abstract

A estrutura nativa das proteínas, decorrente do folding proteico, constitui um pré-requisito para a sua funcionalidade. No entanto, vários fatores promovem o folding incorreto (misfolding) de proteínas, causando a sua agregação. Recentemente, o misfolding e a agregação de proteínas têm sido associados às doenças cardiovasculares, que representam a principal causa de morte em todo o mundo. De forma a impedir a formação de agregados proteicos potencialmente tóxicos, os cardiomiócitos desenvolveram sistemas de controlo de qualidade proteica. Contudo, o seu comprometimento potencia a acumulação de proteínas disfuncionais na forma de agregados. Neste contexto, e tendo em consideração o papel do envelhecimento e da doxorrubicina (Doxo) no aumento do risco para o desenvolvimento de doenças cardiovasculares, será importante esclarecer a associação entre cada um destes fatores de risco e a agregação proteica. Deste modo, procuramos otimizar uma metodologia de enriquecimento de agregados proteicos provenientes de ventrículo esquerdo (VE) de um modelo animal de envelhecimento e de um modelo animal de cardiotoxicidade induzida pela Doxo, visando identificar as proteínas presentes nestes agregados por GeLC-MS/MS. A técnica de isolamento de frações enriquecidas em agregados proteicos foi otimizada com sucesso em ambos os modelos animais. A análise por GeLC-MS/MS permitiu a identificação de 1279 e 1260 proteínas no VE de ratos WKY novos e velhos, respetivamente. A análise diferencial revelou que 15 e 18 proteínas apresentavam níveis mais elevados nos agregados do grupo novos e velhos, respetivamente. Entre as proteínas presentes em maior quantidade nos ratos envelhecidos destacam-se aquelas relacionadas com a contração cardíaca (miosina-6 e miosina-7), o folding mediado pelas chaperonas (TRiC) e sistemas proteolíticos (catepsina D). Em relação ao modelo animal de cardiotoxicidade, 274 proteínas foram identificadas no grupo controlo e 267 no grupo Doxo. A análise diferencial revelou que apenas uma proteína, a glicoproteína rica em histidina (fragmento), apresentava níveis mais elevados nos agregados de animais tratados com Doxo. Esta proteína está envolvida na regulação de vários processos biológicos, como a inflamação e a angiogénese, sugerindo um possível papel da mesma na cardiotoxicidade induzida pela Doxo. A identificação destas proteínas bem como o conhecimento da sua relevância biológica fornece informações valiosas sobre o comprometimento da homeostasia das proteínas, tanto no envelhecimento como em condições de cardiotoxicidade. Desta forma, estudos futuros serão necessários para elucidar sobre o impacto real da agregação destas proteínas no envelhecimento cardíaco e em condições de cardiotoxicidade, bem como potenciais alvos terapêuticos.

Native structure of proteins, acquired by protein folding, is required for them to function properly. However, several factors promote incorrect protein folding (misfolding), causing their aggregation. Recently, protein misfolding and aggregation have been associated with cardiovascular diseases, the leading cause of death worldwide. In order to avoid the generation of potentially toxic protein aggregates, cardiomyocytes have developed protein quality control systems. However, failure of these systems promotes the accumulation of abnormal protein aggregates. In this context, and taking into account the burden of aging and doxorubicin (Doxo) for cardiovascular diseases progression, it will be important to clarify the association between these two risk factors and protein aggregation. Therefore, we aimed to optimize the methodology for protein aggregates enrichment from left ventricle (LV) of aging and Doxo-induced cardiotoxicity animal models, and also to identify the proteins presented in these aggregates by GeLC-MS/MS. In both animal models, the technique for isolation of protein aggregates-enriched fractions was successfully optimized. GeLC-MS/MS analysis allowed the identification of 1279 and 1260 proteins in young and aged WKY LV, respectively. Differential protein analysis revealed that 15 and 18 proteins were presented at higher amounts in young and aged groups, respectively. Among proteins with greater amounts in aged rats, we highlighted those related to cardiac contraction (myosin-6 and myosin-7), chaperone-mediated protein folding (TRiC) and proteolytic systems (cathepsin D). Regarding the animal model of cardiotoxicity, 274 proteins were identified in the control group and 267 in the Doxo group. Differential protein analysis revealed that only one protein, histidine-rich glycoprotein (fragment), was presented in higher amounts in aggregates from Doxo-treated animals. This protein is involved in the regulation of several biological processes, such as inflammation and angiogenesis, suggesting that it can play a role in Doxo-induced cardiotoxicity. The identification of these proteins as well as the knowledge of their biological relevance provides valuable information about protein homeostasis impairment, both in aging and in cardiotoxicity conditions. Therefore, future studies are necessary to elucidate the real impact of the aggregation of these proteins on cardiac aging and cardiotoxicity conditions, as well as potential therapeutic targets.