RESUMO
We used transient biochemical and structural kinetics to elucidate the molecular mechanism of mavacamten, an allosteric cardiac myosin inhibitor and a prospective treatment for hypertrophic cardiomyopathy. We find that mavacamten stabilizes an autoinhibited state of two-headed cardiac myosin not found in the single-headed S1 myosin motor fragment. We determined this by measuring cardiac myosin actin-activated and actin-independent ATPase and single-ATP turnover kinetics. A two-headed myosin fragment exhibits distinct autoinhibited ATP turnover kinetics compared with a single-headed fragment. Mavacamten enhanced this autoinhibition. It also enhanced autoinhibition of ADP release. Furthermore, actin changes the structure of the autoinhibited state by forcing myosin lever-arm rotation. Mavacamten slows this rotation in two-headed myosin but does not prevent it. We conclude that cardiac myosin is regulated in solution by an interaction between its two heads and propose that mavacamten stabilizes this state.
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Actinas/metabolismo , Benzilaminas/farmacologia , Miosinas Cardíacas/metabolismo , Cardiomiopatia Hipertrófica Familiar/tratamento farmacológico , Subfragmentos de Miosina/metabolismo , Uracila/análogos & derivados , Difosfato de Adenosina/metabolismo , Trifosfato de Adenosina/metabolismo , Regulação Alostérica/efeitos dos fármacos , Benzilaminas/uso terapêutico , Miosinas Cardíacas/química , Cardiomiopatia Hipertrófica Familiar/etiologia , Humanos , Cinética , Subfragmentos de Miosina/química , Estabilidade Proteica/efeitos dos fármacos , Uracila/farmacologia , Uracila/uso terapêuticoAssuntos
Adenosina Trifosfatases/antagonistas & inibidores , Benzilaminas/administração & dosagem , Miosinas Cardíacas/antagonistas & inibidores , Cardiomiopatia Hipertrófica Familiar/tratamento farmacológico , Contração Miocárdica/efeitos dos fármacos , Cadeias Pesadas de Miosina/antagonistas & inibidores , Sarcômeros/efeitos dos fármacos , Uracila/análogos & derivados , Animais , Humanos , MasculinoRESUMO
Hypertrophic cardiomyopathy (HCM) is an inherited disease of heart muscle that can be caused by mutations in sarcomere proteins. Clinical diagnosis depends on an abnormal thickening of the heart, but the earliest signs of disease are hyperdynamic contraction and impaired relaxation. Whereas some in vitro studies of power generation by mutant and wild-type sarcomere proteins are consistent with mutant sarcomeres exhibiting enhanced contractile power, others are not. We identified a small molecule, MYK-461, that reduces contractility by decreasing the adenosine triphosphatase activity of the cardiac myosin heavy chain. Here we demonstrate that early, chronic administration of MYK-461 suppresses the development of ventricular hypertrophy, cardiomyocyte disarray, and myocardial fibrosis and attenuates hypertrophic and profibrotic gene expression in mice harboring heterozygous human mutations in the myosin heavy chain. These data indicate that hyperdynamic contraction is essential for HCM pathobiology and that inhibitors of sarcomere contraction may be a valuable therapeutic approach for HCM.
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Adenosina Trifosfatases/antagonistas & inibidores , Benzilaminas/administração & dosagem , Miosinas Cardíacas/antagonistas & inibidores , Cardiomiopatia Hipertrófica Familiar/tratamento farmacológico , Contração Miocárdica/efeitos dos fármacos , Cadeias Pesadas de Miosina/antagonistas & inibidores , Sarcômeros/efeitos dos fármacos , Uracila/análogos & derivados , Animais , Benzilaminas/química , Miosinas Cardíacas/genética , Cardiomiopatia Hipertrófica Familiar/patologia , Cardiomiopatia Hipertrófica Familiar/fisiopatologia , Células Cultivadas , Modelos Animais de Doenças , Fibrose , Ventrículos do Coração/efeitos dos fármacos , Ventrículos do Coração/patologia , Heterozigoto , Humanos , Masculino , Camundongos , Camundongos Endogâmicos , Mutação , Miocárdio/patologia , Miócitos Cardíacos/efeitos dos fármacos , Miócitos Cardíacos/patologia , Cadeias Pesadas de Miosina/genética , Ratos , Uracila/administração & dosagem , Uracila/químicaRESUMO
PURPOSE OF REVIEW: This article provides an overview of the latest advances in in-vitro modeling of inherited cardiomyopathies using human-induced pluripotent stem cells (iPSCs). RECENT FINDINGS: Inherited cardiomyopathies have been recently modeled by generating iPSCs from patients harboring mutations in genes associated with the pathogenesis of hypertrophic cardiomyopathy, dilated cardiomyopathy, and arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy/dysplasia. SUMMARY: Patient-specific iPSCs and their differentiated cardiomyocytes (induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes) now provide a novel model to study the underlying molecular mechanism of the pathogenesis of familial cardiomyopathies as well as for in-vitro drug screening and drug discovery.
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Displasia Arritmogênica Ventricular Direita , Cardiomiopatia Dilatada , Cardiomiopatia Hipertrófica Familiar , Células-Tronco Pluripotentes Induzidas , Miócitos Cardíacos , Displasia Arritmogênica Ventricular Direita/tratamento farmacológico , Displasia Arritmogênica Ventricular Direita/etiologia , Displasia Arritmogênica Ventricular Direita/patologia , Cardiomiopatia Dilatada/congênito , Cardiomiopatia Dilatada/tratamento farmacológico , Cardiomiopatia Dilatada/patologia , Cardiomiopatia Hipertrófica Familiar/tratamento farmacológico , Cardiomiopatia Hipertrófica Familiar/etiologia , Cardiomiopatia Hipertrófica Familiar/patologia , Descoberta de Drogas/métodos , Descoberta de Drogas/tendências , Estudo de Associação Genômica Ampla , Humanos , Técnicas In Vitro/métodos , Técnicas In Vitro/tendências , Células-Tronco Pluripotentes Induzidas/efeitos dos fármacos , Células-Tronco Pluripotentes Induzidas/patologia , Modelos Cardiovasculares , Miócitos Cardíacos/efeitos dos fármacos , Miócitos Cardíacos/patologiaRESUMO
The effects of nicotine (NIC) on normal hearts are fairly well established, yet its effects on hearts displaying familial hypertrophic cardiomyopathy have not been tested. We studied both the acute and chronic effects of NIC on a transgenic (TG) mouse model of FHC caused by a mutation in α-tropomyosin (Tm; i.e., α-Tm D175N TG, or Tm175). For acute effects, intravenously injected NIC increased heart rate, left ventricular (LV) pressure, and the maximal rate of LV pressure increase (+dP/dt) in non-TG (NTG) and Tm175 mice; however, Tm175 showed a significantly smaller increase in the maximal rate of LV pressure decrease (-dP/dt) compared with NTGs. Western blots revealed phosphorylation of phospholamban Ser16 and Thr17 residue increased in NTG mice following NIC injection but not in Tm175 mice. In contrast, phosphorylation of troponin I at serine residues 23 and 24 increased equally in both NTG and Tm175. Thus the attenuated increase in relaxation in Tm175 mice following acute NIC appears to result primarily from attenuated phospholamban phosphorylation. Chronic NIC administration (equivalent to smoking 2 packs of cigarettes/day for 4 mo) also increased +dP/dt in NTG and Tm175 mice compared with chronic saline. However, chronic NIC had little effect on heart rate, LV pressure, -dP/dt, LV wall and chamber dimensions, or collagen content for either group of mice.
Assuntos
Cardiomiopatia Hipertrófica Familiar/tratamento farmacológico , Nicotina/farmacologia , Agonistas Nicotínicos/farmacologia , Tropomiosina/genética , Animais , Pressão Sanguínea/efeitos dos fármacos , Sinalização do Cálcio/efeitos dos fármacos , Proteínas de Ligação ao Cálcio/metabolismo , Cardiomiopatia Hipertrófica Familiar/genética , Cardiomiopatia Hipertrófica Familiar/fisiopatologia , Separação Celular , Colágeno/metabolismo , Ecocardiografia , Feminino , Corantes Fluorescentes , Fura-2 , Frequência Cardíaca/efeitos dos fármacos , Hemodinâmica/efeitos dos fármacos , Masculino , Camundongos , Contração Miocárdica/efeitos dos fármacos , Miocárdio/metabolismo , Miócitos Cardíacos/efeitos dos fármacos , Nicotina/administração & dosagem , Agonistas Nicotínicos/administração & dosagem , Função Ventricular Esquerda/fisiologia , Remodelação Ventricular/efeitos dos fármacosRESUMO
A cardiomiopatia hipertrófica é doença com grande variedade de apresentações e sintomas, e ainda não existe consenso quanto ao seu tratamento ideal. O tratamento sintomático e a estratificação dos pacientes com alto risco para morte súbita devem ser considerados abordagens distintas. Pacientes jovens com história de morte súbita familiar e pacientes recuperados de parada cardíaca ou com episódios documentados de taquicardia ventricular são sabidamente de alto risco e devem ser tratados, sejam eles sintomáticos ou não. Pacientes assintomáticos que não possam ser enquadrados no grupo de alto risco devem ser submetidos a reavaliação anual e ter atividade física adequada a suas limitações...