| dc.date.accessioned |
2022-08-24T13:43:22Z |
|
| dc.date.available |
2022-08-24T13:43:22Z |
|
| dc.date.issued |
2022-08-24 |
|
| dc.identifier.uri |
http://hdl.handle.net/123456789/42782 |
|
| dc.title |
Effects of metabolic modulation on cardiomyocyte phenotype |
en |
| ethesis.faculty |
Farmasian tiedekunta |
fi |
| ethesis.faculty |
Faculty of Pharmacy |
en |
| ethesis.faculty |
Farmaceutiska fakulteten |
sv |
| ethesis.faculty.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/9a2784ea-4d84-40d4-a651-895ae66a37ea |
|
| ethesis.university.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/50ae46d8-7ba9-4821-877c-c994c78b0d97 |
|
| ethesis.university |
Helsingin yliopisto |
fi |
| ethesis.university |
University of Helsinki |
en |
| ethesis.university |
Helsingfors universitet |
sv |
| dct.creator |
Savola, Mirjam |
|
| dct.issued |
2022 |
|
| dct.abstract |
Sepelvaltimotauti ja sen aiheuttama sydämen vajaatoiminta ovat seurausta sydämen hapenpuutteen aiheuttamasta palautumattomasta sydänlihassolujen menetyksestä. Sepelvaltimotauti on maailmanlaajuisesti merkittävin kuolinsyy, joten sydänlihassolukatoa ennaltaehkäiseville tai kumoaville regeneratiivisille hoidoille on valtava tarve. Ennen syntymää sikiökaudella sydän kasvaa sydänlihassolujen jakautumisen kautta, ja sydänlihassolujen käyttämä energia tuotetaan pääsääntöisesti anaerobisen glykolyysin avulla. Syntymän jälkeen veren happi- ja rasvahappopitoisuuden kasvaessa sydänlihassolut siirtyvät rasvahappojen hapettamiseen, ja samanaikaisesti solusykli ja jakautuminen pysähtyvät. Tämän jälkeen sydän ei pysty regeneroitumaan vaurion jälkeen, mikä johtaa sydämen vajaatoiminnan kehittymiseen.
Tämän työn tavoitteena oli määrittää sydänlihassolujen aineenvaihdunnan sekä hapenpuutteen (hypoksian) vaikutuksia solusyklin aktivaatioon tutkimalla aineenvaihdunnan modulaation ja hapenpuutteen vaikutuksia sydänlihassolujen fenotyyppiin ja hypoksiavasteeseen. Tavoitteenamme oli lisäksi selvittää hapenpuutteen vaikutuksia aineenvaihduntaan ja hypoksiaan liittyvien geenien ilmentymiseen, sekä sitä, kuinka sydänlihassolujen kypsyminen aineenvaihdunnan muutoksen seurauksena vaikuttaa yllä mainittuihin. Hypoksian ja kypsymisen vaikutuksia ihmisen monikykyisistä kantasoluista erilaistettujen sydänlihassolujen (hiPSC-sydänlihassolu) geenien ilmentymiseen tutkittiin qRT-PCR:llä. Viiden aineenvaihduntaa säätelevän yhdisteen vaikutuksia solusykliin ja hiPSC-sydänlihassolujen fenotyyppiin tutkittiin automatisoidun kuva-analyysin avulla. Hypoksia havaittiin hiPSC-sydänlihassoluissa lisääntyneenä VEGFA-geenin ilmentymisenä kolmen tunnin hypoksia-altistuksen seurauksena. hiPSC-sydänlihassolujen kypsyminen ja siihen liittyvä oksidatiivinen aiheenvaihdunta havaittiin lisääntyneenä SDHA:n ilmentymisenä, joka väheni hypoksia-altistuksen seurauksena. Solujen kypsyminen aiheutti jakautumisen lisääntymistä ja stressisignaloinnin vähentymistä. Krebsin syklin metaboliitti sukkinaatti vähensi kypsytettyjen hiPSC-sydänlihassolujen jakautumista hypoksiassa 8,2 prosentilla, viitaten oksidatiivisen aineenvaihdunnan solujakautumista estävään vaikutukseen. Mevalonaattireitin ja ketogeneesin inhibitio ei vaikuttanut solusykliin tai fenotyyppiin, mutta β-hydroksibutyraatti hieman lisäsi solujakautumista, vahvistaen nykyistä käsitystä siitä, että ketogeneesillä on rooli sydänlihassolujen solusyklin säätelyssä. Havaintomme perusteella hiPSC-sydänlihassolut voivat olla hyödyllisiä fenotyypin ja geeniekspression analyyseissä. Kuitenkin toisenlaisia tutkimusmenetelmiä tarvitaan aineenvaihdunnan modulaation ja sen vaikutusten yksityiskohtaiseksi määrittämiseksi. |
fi |
| dct.abstract |
Ischemic heart disease (IHD) and subsequent heart failure are caused by irreversible loss of contractile cardiomyocytes due to low oxygen supply to the heart. As the leading cause of death worldwide, IHD raises an urgent need for regenerative therapies that prevent or reverse loss of cardiomyocytes. The fetal mammalian heart grows by cardiomyocyte proliferation and utilizes glycolysis as main energy metabolism pathway, until it is introduced to increased oxygen and fatty acid supply at birth. Subsequently, cardiac energy metabolism shifts from glycolysis to β-oxidation of fatty acids and cardiomyocytes exit the mitotic cell cycle. Due to cessation of proliferation the heart can no longer regenerate after ischemic injury and responds to it by introduction of maladaptive pathological processes leading to heart failure.
To gain deeper insight on the roles of cardiac metabolism pathways and hypoxia in cell cycle activation, we evaluated the effects of pharmacological metabolic modulation and oxygen supply on cardiomyocyte phenotype and hypoxia response. Furthermore, we studied the changes in the metabolic genotype of cardiomyocytes under alterations of oxygen supply. We utilized quantitative reverse transcription PCR (qRT-PCR) to evaluate the effects of hypoxia and metabolic maturation on the expression of genes involved in hypoxia signaling and metabolism of human induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs). Additionally, we investigated the effects of five metabolism-modulating compounds on cell cycle and phenotype of both metabolically matured and unmatured hiPSC-CMs, by utilizing high content analysis. We observed presence of hypoxia signaling as an increase in vascular endothelial growth factor A (VEGFA) expression following 3-hour hypoxic exposure. High expression of succinate dehydrogenase complex flavoprotein subunit A (SDHA) in hiPSC-CMs, which was downregulated at hypoxia, confirmed occurrence of oxidative metabolism induced by metabolic maturation. Surprisingly, metabolic maturation tended to increase proliferation and decrease stress response signaling of hiPSC-CMs. Introduction of the TCA cycle intermediate succinate decreased proliferation of metabolically unmatured hypoxic hiPSC-CMs by 8.2 %. Finally, inhibition of the mevalonate pathway and ketogenesis caused no alterations in hiPSC-CM phenotype or cell cycle, but introduction of the ketone body β-hydroxybutyrate tended to increase proliferation, supporting current evidence that ketogenesis plays a role in cardiomyocyte cell cycle regulation. Our observations suggest that hypoxic hiPSC-CMs can be useful in investigating gene expression and phenotype. Even so, additional methodologies are needed for in-depth evaluation of metabolic reprogramming and its effects on cardiomyocyte phenotype. |
en |
| dct.subject |
sydämen regeneraatio |
|
| dct.subject |
sydänlihassolujen jakautuminen |
|
| dct.subject |
sydänlihassolujen aineenvaihdunta |
|
| dct.subject |
ihmisen monikykyisistä kantasoluista erilaistetut sydänlihassolut |
|
| dct.subject |
automatisoitu kuva-analyysi |
|
| ethesis.language.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/languages/eng |
|
| ethesis.language |
englanti |
fi |
| ethesis.language |
English |
en |
| ethesis.language |
engelska |
sv |
| ethesis.supervisor |
Umesh Chaudhari ja Virpi Talman |
und |
| ethesis.thesistype |
pro gradu -tutkielmat |
fi |
| ethesis.thesistype |
master's thesis |
en |
| ethesis.thesistype |
pro gradu-avhandlingar |
sv |
| ethesis.thesistype.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/thesistypes/mastersthesis |
|
| dct.identifier.ethesis |
E-thesisID:64eae63f-05f4-4c69-ae99-7451fb6f8a66 |
|
| ethesis-internal.timestamp.reviewStep |
2022-08-01 13:27:05:006 |
|
| ethesis.principalprofessor |
Tomi Rantamäki |
und |
| dct.identifier.urn |
URN:NBN:fi:hulib-202208243354 |
|
| dct.alternative |
Metabolian säätelyn vaikutukset sydänlihassolujen fenotyyppiin |
fi |
| ethesis.facultystudyline |
Farmakologia |
fi |
| ethesis.facultystudyline |
Pharmacology |
en |
| ethesis.facultystudyline |
Farmakologi |
sv |
| ethesis.facultystudyline.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/SH55_003 |
|
| ethesis.mastersdegreeprogram |
Proviisorin koulutusohjelma |
fi |
| ethesis.mastersdegreeprogram |
Master 's Programme in Pharmacy |
en |
| ethesis.mastersdegreeprogram |
Utbildningsprogrammet för provisorsexamen |
sv |
| ethesis.mastersdegreeprogram.URI |
http://data.hulib.helsinki.fi/id/MH55_001 |
|
