| Data: |
2025 |
| Resum: |
La insuficiència cardíaca (IC) continua sent una de les principals causes de morbiditat i mortalitat entre pacients majors de 65 anys, amb una taxa de supervivència als cinc anys al voltant del 50%, fet que posa de manifest la necessitat urgent de noves estratègies terapèutiques. Una característica clau en el desenvolupament de la IC és la hipertrofia ventricular patològica en resposta a l'estrès hemodinàmic, procés que s'acompanya d'una reprogramació profunda del metabolisme cardíac. Tot i que gran part de la investigació s'ha centrat en el metabolisme dels àcids grassos i la glucosa, el paper dels aminoàcids de cadena ramificada (BCAAs: leucina, isoleucina i valina) ha estat poc explorat, malgrat la seva importància en el creixement cel·lular, la senyalització de nutrients i la producció energètica. Hi ha evidències sòlides que indiquen que nivells elevats de BCAAs, tant en sang com en teixit cardíac, són característics de la IC i contribueixen activament a la seva progressió. Tradicionalment s'ha atribuït a un catabolisme deficient, no obstant, el paper del transport de BCAAs al miocardi s'ha estudiat poc. Aquesta tesi es centra en el transportador LAT1 (L-type amino acid transporter 1, codificat per Slc7a5) i la seva implicació en la captació de BCAAs al cor, avaluant-ne el seu paper en el desenvolupament d'hipertròfia ventricular patològica i IC. Els nostres resultats mostren que nivells sistèmics elevats de BCAAs es correlacionen amb una major severitat de la hipertrofia, tant en models animals com en pacients amb estenosi aòrtica. Després de dues setmanes de constricció aòrtica transversa (TAC), es va identificar una sobreexpressió significativa de Slc7a5 (LAT1) al cor, consistent en diversos models d'IC i independentment de l'estímul, es va correlacionar amb el grau d'hipertròfia. A més, també es va confirmar en septe interventricular de pacients amb estenosi aòrtica, i es va relacionar tant amb la hipertrofia com amb la seva disfunció. En cardiomiòcits aïllats de ratolins TAC i en cèl·lules H9c2 estimulades amb angiotensina II, es va observar una sobreexpressió de LAT1 i un augment en la captació de leucina marcada, associada a l'activació de mTORC1. Paral·lelament, el transcriptoma cardíac va revelar una disminució en l'expressió de gens del catabolisme dels BCAAs, i estudis de traçat metabòlic amb isòtops estables van mostrar un augment en la captació de leucina, una menor oxidació i una preferència per la seva reaminació. Durant les etapes inicials de la hipertrofia, es va observar un canvi en la utilització dels substrats energètics, amb un augment del consum de glucosa en detriment de l'oxidació d'àcids grassos. En etapes més avançades, aquest remodelat es va acompanyar d'un descens en la ràtio fosfocreatina / ATP i de disfunció cardíaca. Per validar el paper de LAT1 en el metabolisme dels BCAAs, la hipertrofia cardíaca i la IC, es van utilitzar estratègies farmacològiques i genètiques. El tractament crònic amb JPH203, un inhibidor específic de LAT1, en ratolins sotmesos a TAC, va reduir la captació de leucina, va normalitzar els nivells de BCAAs, va restaurar la flexibilitat metabòlica, va atenuar la hipertrofia i va millorar la funció cardíaca, juntament amb una inhibició de mTORC1. Així mateix, la deleció específica de LAT1 en cardiomiòcits o el seu silenciament en cèl·lules H9c2 van confirmar el seu paper en el desenvolupament d'hipertròfia i IC. En conclusió, aquesta tesi demostra que la reprogramació del metabolisme dels BCAAs és un esdeveniment primerenc i clau en el remodelat cardíac patològic. La sobreexpressió de LAT1 en cardiomiòcits promou la captació excessiva i acumulació de BCAAs i l'activació de la via mTORC1, contribuint al desenvolupament de la hipertrofia i la IC. Aquests resultats posicionen LAT1 com una diana terapèutica prometedora per prevenir o revertir la progressió cap a la IC. |
| Resum: |
La insuficiencia cardiaca (IC) continúa siendo una de las principales causas de morbilidad y mortalidad entre pacientes mayores de 65 años, con una tasa de supervivencia a cinco años en torno al 50%, lo que pone de relieve la necesidad urgente de nuevas estrategias terapéuticas. Una característica clave en el desarrollo de la IC es la hipertrofia ventricular patológica en respuesta al estrés hemodinámico, proceso asociado a una reprogramación profunda del metabolismo cardíaco. Aunque gran parte de la investigación se ha centrado en el metabolismo de los ácidos grasos y la glucosa, el papel de los aminoácidos de cadena ramificada (BCAAs: leucina, isoleucina y valina) ha sido poco explorado, a pesar de su importancia en el crecimiento celular, la señalización de nutrientes y la producción energética. Numerosas evidencias indican que niveles elevados de BCAAs, tanto en sangre como en tejido cardíaco, son característicos de la IC y contribuyen activamente a su progresión. Aunque tradicionalmente este acúmulo se ha atribuido a un catabolismo deficiente, el papel del transporte de BCAAs en el miocardio ha sido poco estudiado. Esta tesis se centra en el transportador LAT1 (L-type amino acid transporter 1, codificado por Slc7a5) y su implicación en la captación de BCAAs en el corazón, evaluando su rol en el desarrollo de hipertrofia ventricular patológica e IC. Nuestros resultados muestran que niveles sistémicos elevados de BCAAs se correlacionan con mayor severidad de la hipertrofia cardíaca, tanto en modelos animales como en pacientes con estenosis aórtica. Tras dos semanas de constricción aórtica transversa (TAC), se identificó una sobreexpresión significativa de Slc7a5 (LAT1) en el corazón. Esta alteración fue consistente en múltiples modelos de IC, independientemente del estímulo, y correlacionó con el grado de hipertrofia. Además, la sobreexpresión de LAT1 también se confirmó en septo interventricular de pacientes con estenosis aórtica, y se relacionó tanto con hipertrofia como con disfunción. En cardiomiocitos aislados de ratones TAC y en células H9c2 estimuladas con angiotensina II, se observó una sobreexpresión de LAT1 y un aumento en la captación de leucina marcada, asociado a la activación temprana de la vía de señalización mTORC1, clave en el crecimiento celular. En paralelo, el transcriptoma cardíaco reveló una disminución en la expresión de genes del catabolismo de BCAAs, y estudios de trazado metabólico con isótopos estables mostraron un aumento en la captación de leucina, una menor oxidación y una preferencia por su reaminación. Durante etapas iniciales de la hipertrofia, también se observó un cambio en la utilización de sustratos energéticos, caracterizado por un mayor uso de la glucosa en detrimento de la oxidación de ácidos grasos. En etapas más avanzadas, este remodelado metabólico se acompañó de un descenso en la ratio de fosfocreatina / ATP y disfunción cardiaca. Para validar el papel de LAT1 en el metabolismo de los BCAAs, la hipertrofia cardiaca, y la IC, se emplearon enfoques farmacológicos y genéticos. El tratamiento crónico con JPH203, un inhibidor específico de LAT1, en ratones sometidos a TAC, redujo la captación de leucina, normalizó los niveles de BCAAs, restauró la flexibilidad metabólica, atenuó la hipertrofia y mejoró la función cardiaca, junto con una inhibición de mTORC1. Asimismo, la deleción específica de LAT1 en cardiomiocitos o su silenciamiento en células H9c2 reprodujo estos efectos beneficiosos. En conclusión, esta tesis demuestra que la reprogramación del metabolismo de BCAAs es un evento temprano y clave en el remodelado cardíaco patológico. La sobreexpresión de LAT1 en cardiomiocitos promueve la captación excesiva de BCAAs, su acumulación intracelular y la activación de la vía mTORC1, contribuyendo al desarrollo de hipertrofia e IC. Estos hallazgos posicionan a LAT1 como una diana terapéutica prometedora para prevenir o revertir la progresión hacia la IC. |
| Resum: |
Heart failure (HF) remains a leading global cause of mortality and hospitalization among patients over 65 years of age. Despite significant advances in treatment, five-year survival rates remain near 50%, stressing the need for novel therapies addressing unexplored physiopathological mechanisms. Pathological ventricular hypertrophy is a key feature of myocardial remodeling and is causally linked to the development and progression of HF. During cardiac hypertrophy, the metabolic network is rewired, affecting the overall stress response of the heart. While research has largely focused on alterations in fatty acid and glucose metabolism during ventricular remodeling, the role of branched-chain amino acids (BCAAs) metabolism has received comparatively less attention. However, BCAAs-leucine, isoleucine, and valine-are critical for cellular growth, energy production, and nutrient sensing, and their dysregulation has been increasingly implicated in the structural and functional deterioration associated with cardiac remodeling. Solid evidence indicates that elevated levels of systemic and myocardial BCAAs contribute to the development of adverse cardiac remodeling and HF, highlighting BCAA accumulation as a metabolic hallmark of HF. While these alterations have been attributed to impaired BCAA catabolism, the potential contribution of dysregulated BCAA transport remains poorly characterized. This thesis explores the metabolic reprogramming of BCAAs during adverse ventricular remodeling, focusing on the role of the L-type amino acid transporter 1 (LAT1, encoded by Slc7a5) in mediating BCAA uptake and its contribution to the development of pathological ventricular hypertrophy and HF triggered by hemodynamic stress. Our results show that elevated systemic BCAAs were associated with the severity of cardiac hypertrophy, both in preclinical models and in patients with aortic stenosis. Gene expression analysis performed after 2 weeks of transverse aortic constriction (TAC) revealed profound alterations in the expression of amino acid transporters, with LAT1 as the most upregulated. LAT1 overexpression was consistently observed across multiple HF models, irrespective of the underlying hypertrophic stimulus, and strongly correlated with the extent of cardiac hypertrophy. LAT1 overexpression was also confirmed in hypertrophied septal tissue from patients with aortic stenosis and correlated with both the degree of hypertrophy and the extent of cardiac dysfunction. Importantly, LAT1 overexpression occurred in isolated cardiomyocytes from TAC mice and angiotensin II-treated H9c2 myoblasts, and was linked to a marked increase in radiolabeled leucine uptake. These findings are early events in cardiac remodeling and are associated with activation of the mTORC1 pathway. In parallel, transcriptomic analysis revealed a downregulation of key enzymes involved in BCAA catabolism. In vivo stable isotope tracing demonstrated that LAT1 overexpression was associated with increased leucine uptake, impaired oxidation, and preferential reamination. During early hypertrophy, there was a metabolic shift toward increased glucose utilization over fatty acid oxidation. At more advanced stages, this metabolic remodeling was accompanied by a decline in the phosphocreatine to ATP ratio and cardiac dysfunction. The role of LAT1 in BCAA metabolism, cardiac hypertrophy, and HF was explored using both pharmacological and genetic approaches. Mice subjected to TAC were treated with the LAT1 inhibitor JPH203 or genetically modified to induce cardiomyocyte-specific LAT1 deletion. Moreover, H9c2 cells were transfected with siRNAs targeting Slc7a5. LAT1 inhibition significantly reduced leucine uptake, lowered systemic and cardiac BCAA levels, restored metabolic flexibility, attenuated hypertrophy and improved cardiac function, in association with mTORC1 pathway inhibition. Genetic LAT1 downregulation further confirmed its critical role in the development of hypertrophy and HF. Our study demonstrates that BCAA metabolism is profoundly altered during cardiac remodeling. We identify cardiomyocyte-specific LAT1 upregulation in response to hemodynamic stress as a key driver of pathological cardiac hypertrophy and HF through increased BCAA uptake and mTORC1 activation. These findings support LAT1 as a promising therapeutic target for preventing or potentially reversing cardiac hypertrophy and progression to HF. |
| Nota: |
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Bioquímica, Biologia Molecular i Biomedicina |
| Drets: |
Aquest material està protegit per drets d'autor i/o drets afins. Podeu utilitzar aquest material en funció del que permet la legislació de drets d'autor i drets afins d'aplicació al vostre cas. Per a d'altres usos heu d'obtenir permís del(s) titular(s) de drets.  |
| Llengua: |
Anglès |
| Col·lecció: |
Programa de Doctorat en Bioquímica, Biologia Molecular i Biomedicina |
| Document: |
Tesi doctoral ; Text ; Versió publicada |
| Matèria: |
Aminoàcids de cadena ramificad ;
Branched-chain amino acids ;
Aminoácidos de cadena ramifica ;
Hipertròfia cardíaca ;
Cardiac hypertrophy ;
Hipertrofia cardiaca ;
Insuficiència cardíaca ;
Heart failure ;
Insuficiencia cardiaca ;
Ciències Experimentals ;
616.1 |
visitant ::
identificació
