Benefits in cardiac function by CD38 suppression: Improvement in NAD+ levels, exercise capacity, heart rate variability and protection against catecholamine-induced ventricular arrhythmias.

CD38 enzymatic activity regulates NAD+ and cADPR levels in mammalian tissues, and therefore has a prominent role in cellular metabolism and calcium homeostasis. Consequently, it is reasonable to hypothesize about its involvement in cardiovascular physiology as well as in heart related pathological conditions. AIM: To investigate the role of CD38 in cardiovascular performance, and its involvement in cardiac electrophysiology and calcium-handling. METHODS AND RESULTS: When submitted to a treadmill exhaustion test, a way of evaluating cardiovascular performance, adult male CD38KO mice showed better exercise capacity. This benefit was also obtained in genetically modified mice with catalytically inactive (CI) CD38 and in WT mice treated with antibody 68 (Ab68) which blocks CD38 activity. Hearts from these 3 groups (CD38KO, CD38CI and Ab68) showed increased NAD+ levels. When CD38KO mice were treated with FK866 which inhibits NAD+ biosynthesis, exercise capacity as well as NAD+ in heart tissue decreased to WT levels. Electrocardiograms of conscious unrestrained CD38KO and CD38CI mice showed lower basal heart rates and higher heart rate variability than WT mice. Although inactivation of CD38 in mice resulted in increased SERCA2a expression in the heart, the frequency of spontaneous calcium release from the sarcoplasmic reticulum under stressful conditions (high extracellular calcium concentration) was lower in CD38KO ventricular myocytes. When mice were challenged with caffeine-epinephrine, CD38KO mice had a lower incidence of bidirectional ventricular tachycardia when compared to WT ones. CONCLUSION: CD38 inhibition improves exercise performance by regulating NAD+ homeostasis. CD38 is involved in cardiovascular function since its genetic ablation decreases basal heart rate, increases heart rate variability and alters calcium handling in a way that protects mice from developing catecholamine induced ventricular arrhythmias.

Changes in Central Aortic Pressure Levels, Wave Components and Determinants Associated with High Peripheral Blood Pressure States in Childhood: Analysis of Hypertensive Phenotype.

The aims were to determine whether children's high peripheral blood pressure states (HBP) are associated with increased central aortic blood pressure (BP) and to characterize hemodynamic and vascular changes associated with HBP in terms of changes in cardiac output (stroke volume, SV), arterial stiffness (aortic pulse wave velocity, PWV), peripheral vascular resistances (PVR) and net and relative contributions of reflected waves to the aortic pulse amplitude. We included 154 subjects (mean age 11; range 4-16 years) assigned to one of two groups: normal peripheral BP (NBP, n = 101), defined as systolic and diastolic BP < 90th percentile, or high BP (HBP, n = 53), defined as average systolic and/or diastolic BP levels ≥90th percentile (curves for sex, age and body height). The HBP group included children with hypertensive and pre-hypertensive BP levels. After a first analysis, groups were compared excluding obese and dyslipidemic children. Peripheral and central aortic BP, PWV and pulse wave-derived parameters (augmentation index, forward and backward wave components' amplitude) were measured using gold-standard techniques, applanation tonometry (SphygmoCor) and oscillometry (Mobil-O-Graph). Independent of the presence of dyslipidemia and/or obesity, aortic systolic and pulse BP were higher in HBP than in NBP children. The increase in central BP could not be explained by an increase in the relative contribution of reflections to the aortic pressure wave, higher PVR or by an augmented peripheral reflection coefficient. Instead, the rise in central BP would be explained by an increase in the amplitude of both incident and reflected wave components.

High Central Aortic Rather than Brachial Blood Pressure is Associated with Carotid Wall Remodeling and Increased Arterial Stiffness in Childhood.

INTRODUCTION: In adults, central blood pressure (cBP) is reported to associate target organ damages (TODs) rather than peripheral blood pressure (pBP). However, data regarding the association of pre-clinical TODs with cBP and pBP in pediatric populations are scarce. AIM: To evaluate in children and adolescents the importance of cBP and pBP levels, in terms of their association with hemodynamic and vascular changes. METHODS: 315 subjects [age (mean/range) 12/8-18 years] were included. MEASUREMENTS: pBP (oscillometry, Omron-HEM433INT and Mobil-O-Graph), cBP levels and waveforms (oscillometry, Mobil-O-Graph; applanation tonometry, SphygmoCor), aortic wave reflection-related parameters, carotid intima-media thickness (CIMT) and carotid (elastic modulus, stiffness-index) and aortic stiffness (carotid-femoral pulse wave velocity, PWV). Four groups were defined considering pBP and cBP percentiles (th): cBP ≥90th, cBP <90th, pBP ≥90th, pBP <90th. In each group, haemodynamic and vascular parameters were compared for subgroups defined considering the level of the remaining blood pressure (cBP or pBP). Subgroups were matched for anthropometric and cardiovascular risk factors (propensity matching-score). RESULTS: Subjects with high cBP showed a worse cardiovascular risk profile in addition to worse peripheral hemodynamic conditions. The CIMT, carotid and aortic stiffness levels were also higher in those subjects. CIMT and carotid stiffness remained statistically higher when subjects were matched for pBP and other cardiovascular risk factors. There were no differences in arterial properties when subjects were analyzed (compared) considering similar pBP levels, during normal and high cBP conditions. CONCLUSION: Compared with pBP, the cBP levels show a greater association with vascular alterations (high CIMT and arterial stiffness), in children and adolescents.

CD38: rol en la electrofisiología cardíaca normal y en arritmias por isquemia y reperfusión / CD38: role in normal cardiac electrophysiology and in arrhythmias due to ischemia and reperfusion

Introducción: CD38 es una glicoproteína transmembrana de 300 aminoácidos y 45 kDa expresada de forma ubicua en el organismo que cumple importantes funciones en el metabolismo del cofactor NAD+ y en la regulación del movimiento del calcio celular. Uno de los productos enzimáticos de CD38 es el adenosín difosfato ribosa cíclico o ADP-ribosil cíclico (ADPRc), que actúa como segundo mensajero sensibilizando la liberación de calcio inducida por calcio (CICR por su sigla en inglés). En las últimas 3 décadas se han hecho esfuerzos en la investigación del papel de esta enzima en el sistema cardiovascular, sin embargo aún resta mucho por saber. Antecedentes: Los primeros estudios sobre el papel de CD38/ADPRc a nivel miocárdico mostraron un efecto potenciador del transitorio del calcio por parte del ADPRc. Además se ha descrito un papel arritmogénico utilizando distintas técnicas tanto en modelos reduccionistas como en organismos de mamíferos in vivo. Entre ellos se encuentran modelos de ratones Knock Out para CD38 (CD38KO). La enzima forma parte de la vía de señalización adrenérgica a través de la producción de ADPRc, y se la ha vinculado también a procesos patológicos relacionados con hipertrofia ventricular e isquemia miocárdica. Por ejemplo, la inhibición de la actividad de CD38 protegería al corazón contra la injuria por isquemia y reperfusión (I-R) in vivo e in vitro, disminuyendo el área de infarto. Nuestro grupo ha estado estudiando el rol de CD38 en la actividad cardíaca. Hemos reportado alteraciones en el manejo del Ca++ en miocitos ventriculares aislados de ratones CD38KO, y, en ratones CD38KO in vivo, menor frecuencia cardíaca (FC), marcada variabilidad de la FC, así como menor incidencia de arritmias ventriculares ante un estímulo suprafisiológico de cafeína/adrenalina. No obstante, no se ha investigado su papel en las arritmias por isquemia y reperfusión (I-R) teniendo en cuenta la conocida sobrecarga celular de calcio en este contexto y sabiendo que es la principal causa de muerte súbita en la población general. Tampoco sabemos cómo contribuye a la electrofisiología miocárdica en condiciones fisiológicas, específicamente a la morfología del potencial de acción miocárdico (PA) o a la morfología del trazado electrocardiográfico (ECG). Objetivo: Analizar el papel de CD38 en la actividad eléctrica miocárdica estudiando desde el PA celular hasta el ECG de superficie y su posible impacto en arritmias ventriculares producidas por isquemia y reperfusión. Estrategia: Para el desarrollo de la tesis trabajé con modelos de ratones salvajes (wild type, WT) y CD38KO tanto in vivo como in vitro. Estudié el corazón aislado y perfundido mediante el sistema Langendorff realizando registro extracelular (EMG) e intracelular (potencial de acción, PA). Realicé una caracterización de la morfología del PA midiendo la duración al 30% (APD30) y al 90% (APD90) de la repolarización. Comparé entre las cepas WT y CD38KO con y sin estimulo adrenérgico y en la cepa WT entre estado control y ante la inhibición de CD38 con 78c, un fármaco inhibidor de la actividad enzimática de CD38. Para comparar el potencial arritmogénico de los corazones de ambas cepas a la injuria provocada por I-R registré la actividad eléctrica espontánea mediante EMG, en condiciones basales, durante isquemia global y reperfusión. En el modelo in vivo analicé el ECG de ratones WT y CD38KO anestesiados y comparé la actividad basal y la respuesta arrítmica ante un modelo de infarto de miocardio por sobrecarga adrenérgica con isoproterenol. Resultados y discusión: Describí por primera vez la morfología del PA en la cepa CD38KO y no fue distinta a la de los ratones salvajes en condiciones basales. Esta falta de diferencias podría deberse a compensaciones fisiológicas que ocurren ante la carencia de la enzima como el aumento en la expresión de la bomba SERCA2a. Por lo contrario, cuando sometí el preparado a un desequilibrio homeostático estimulando con un agonista beta adrenérgico, la APD90 de los corazones CD38KO no disminuyó como la de los WT. En concordancia, la inhibición aguda de CD38 en el PA miocárdico de corazones WT perfundidos con 78c aumentó la APD90 significativamente sin cambios en el APD30. Cuando sometí a los corazones CD38KO aislados a un medio arritmogénico con alto contenido de calcio y bajo en potasio, la FC en estos no aumentó a diferencia de lo que ocurrió marcadamente en los WT. La respuesta arrítmica ante la isquemia global en el corazón aislado no fue menor en la cepa CD38KO a diferencia de lo esperado, mostrando una incidencia de 57 % en los WT y 75 % en los CD38KO (valor p = 0.61). En el modelo in vivo describí por primera vez el trazado electrocardiográfico (DII) de animales carentes de CD38. No hubo diferencias en la FC, intervalo PR, intervalo QT, amplitud de onda S, ni amplitud de onda T. Sin embargo la duración del QRS fue menor, mientras que la amplitud de la onda R fue mayor en los ratones CD38KO, probablemente secundario a una mayor velocidad de conducción. Estas diferencias se perdieron en la etapa aguda de la isquemia por sobrecarga adrenérgica. En la cepa CD38KO como era esperado vi mayor proporción de pausas sinusales, que se hicieron más evidentes ante la injuria por isoproterenol, lo que podría estar evidenciando una mayor refractariedad del CICR por disminución del contenido de calcio reticular. No se demostró la protección ante arritmias generadas por isquemia en la cepa CD38KO ya que el incremento de la carga arrítmica fue similar en ambas cepas. No hubo diferencias significativas en la proporción de ratones afectados ni en la suma total de extrasístoles ventriculares registradas pero la mortalidad que generó la sobrecarga adrenérgica en el grupo WT fue de 1/3 mientras que la totalidad de los ratones CD38KO sobrevivieron. Conclusiones: En esta tesis presento una caracterización electrofisiológica de CD38 desde el PA en corazón entero hasta la manifestación electrocardiográfica de superficie, con una evaluación especial de su papel en arritmias por I-R y desarrollando técnicas innovadoras a nivel nacional. Las principales conclusiones son: CD38: rol en la electrofisiología cardíaca normal y en arritmias por isquemia y reperfusión 12 - CD38 contribuye a la repolarización tardía disminuyendo el APD90. - La ausencia de la enzima evita el aumento de la FC en un medio arritmogénico con sobrecarga de Ca++ . - CD38 contribuye con un enlentecimiento en la velocidad de conducción miocárdica manifiesta en un descenso de la duración y aumento del voltaje del QRS en los corazones de ratones que no expresan CD38La deleción de CD38 genera un aumento marcado de pausas sinusales ante la isquemia. - No hay evidencia de una protección ante arritmias malignas por I-R in vitro mediante la deleción de CD38. - No se vio una contribución de CD38 a arritmias malignas por isquemia in vivo aunque la ausencia de la enzima parece mejorar el perfil de supervivencia.