text size

Studium molekulárních mechanismů kardioprotektivního působení morfinu

Notice: I hereby declare that I am aware that the information acquired from theses published by Charles University may not be used for commercial purposes or may not be published for educational, scientific or other creative activities as activities of person other than the author.
Title:
Studium molekulárních mechanismů kardioprotektivního působení morfinu
Titile (in english):
Studies on the molecular mechanisms of cardioprotective effects of morphine
Type:
Dissertation
Author:
Mgr. Jitka Škrabalová
Supervisor:
doc. RNDr. Jiří Novotný, DSc.
Opponents:
doc. RNDr. Olga Nováková, CSc.
Mgr. Markéta Hlaváčková, Ph.D.
Thesis Id:
114287
Faculty:
Faculty of Science (PřF)
Department:
Department of Physiology (31-152)
Study programm:
Animal Physiology (P1521)
Study branch:
-
Degree granted:
Ph.D.
Defence date:
21/09/2018
Defence result:
Pass
Language:
Czech
Keywords (in czech):
morfin, srdce, proteomika, adenylylcykláza, heat shock proteiny, H9c2 buňky, oxidativní stress, PI3K, GSK-3β, p38 MAPK
Keywords:
morphine, heart, proteomics, adenylyl cyclase, heat shock proteins, H9c2 cells,oxidative stress, PI3K, GSK-3β, p38 MAPK
Abstract (in czech):
Abstrakt Akutní i chronické podávání morfinu dokáže u potkanů výrazně snížit ischemicko- reperfuzní poškození srdce. Molekulární mechanismy zprostředkovávající protektivní působení morfinu však nejsou dodnes zcela objasněny. Zároveň existuje jen velmi málo poznatků o důsledcích dlouhodobého působení morfinu na srdeční tkáň. V první části projektu jsme se proto zaměřili na zkoumání vlivu dlouhodobého podávání vysokých dávek morfinu (10 mg/kg/den, 10 dní) na srdeční tkáň potkana. Ve druhé části projektu jsme zkoumali vliv 1 mM morfinu na viabilitu a redoxní stav buněčné linie potkaních kardiomyoblastů H9c2, u které byl vyvolán oxidativní stres působením 300 µM tert-butylhydroperoxidu (t-BHP). Naše experimenty ukázaly, že dlouhodobé podávání morfinu neovlivnilo množství a afinitu myokardiálních β-adrenergních receptorů (β-AR), ale téměř zdvojnásobilo množství dominantní izoformy myokardiální adenylylcyklázy (AC) V/VI a vedlo k supersenzibilizaci AC. Proteomické analýzy současně odhalily, že dlouhodobé podávání morfinu bylo spojené s výraznými změnami proteomu levé srdeční komory. Docházelo přitom především ke zvýšení exprese heat shock proteinů (HSP). Zvýšená exprese HSP27 byla současně doprovázena zvýšenou fosforylací tohoto proteinu, přičemž míra fosforylace byla nejvyšší 3 dny po ukončení podávání morfinu a 6. den se navrátila na kontrolní hladinu. Naopak žádné změny nebyly pozorovány v expresi proteinů, které jsou zapojeny do regulace oxidativního stresu. Ve druhé části projektu jsme ukázali, že 1 mM morfin dokáže významně ochránit buněčnou linii H9c2 před oxidativním stresem, který byl vyvoláván působením t-BHP. Protektivní působení morfinu bylo přinejmenším částečně zprostředkováno současnou aktivací signálních drah p38 MAPK a PI3K/GSK-3β. Morfin zároveň zvýšil celkovou antioxidační kapacitu buněk a snížil karbonylaci proteinů, peroxidaci lipidů a celkové množství volných kyslíkových radikálů. Preinkubace s morfinem pak snížila negativní dopad t-BHP na všechny výše popsané parametry redoxního stavu buněk. V souhrnu naše experimenty ukazují, že dlouhodobé podávání vysokých dávek morfinu potkanům výrazně ovlivňuje myokardiální AC signalizaci a vede k četným změnám v proteomu srdeční tkáně. V in vitro podmínkách může morfin vykazovat silné antioxidační účinky a dokáže významně ochránit H9c2 buňky před oxidativním stresem. Klíčová slova: morfin, srdce, proteomika, adenylylcykláza, heat shock proteiny, H9c2 buňky, oxidativní stress, PI3K, GSK-3β, p38 MAPK
Abstract:
Abstract Acute and chronic morphine administration can significantly reduce ischemia- reperfusion injury of the rat heart. However, the molecular mechanisms mediating the protective effect of morphine are not yet fully elucidated. Concurrently, there is a lack of information about the effects of the long-term action of morphine on heart tissue. Therefore, in the first part of the project, we studied the effect of long-term administration of high doses of morphine (10 mg/kg/day, 10 days) on rat heart tissue. In the second part of the project, we investigated the effect of 1 mM morphine on viability and redox state of rat cardiomyoblast cell line H9c2 that was influenced by oxidative stress elicited by exposure to 300 μM tert-butyl hydroperoxide (t-BHP). Our experiments have shown that long-term morphine administration affected neither the amount nor the affinity of myocardial β-adrenergic receptors (β-AR), but almost doubled the number of the dominant isoforms of myocardial adenylyl cyclase (AC) V/VI and led to supersensitization of AC. At the same time, proteomic analyses revealed that long-term morphine administration was associated with significant changes in the left ventricular proteome. In particular, there was an increase in the expression of heat shock proteins (HSP). Increased expression of HSP27 was concomitantly accompanied by increased phosphorylation of this protein. Whereas, after a 3-days drug abstinence phosphorylation of HSP27 further increased, after a 6-days abstinence its phosphorylation returned to the control level. Conversely, there were no alterations in the levels of proteins involved in the regulation of oxidative stress. In the second part of our project, we have shown that 1 mM morphine can significantly protect the H9c2 cell line against oxidant injury induced by t-BHP. This protective effect of morphine was at least partially mediated by the simultaneous activation of the p38 MAPK and PI3K/GSK-3β signaling pathways. Morphine also increased the total antioxidant capacity of cells and reduced protein carbonylation, lipid peroxidation and production of reactive oxygen species. Preincubation with morphine reduced the negative impact of t-BHP on all the parameters of cellular redox state described above. In summary, our experiments show that long-term administration of high doses of morphine to rats significantly affects myocardial AC signaling and leads to numerous changes in the cardiac tissue proteome. In vitro, morphine may have strong antioxidant effects and can considerably protect H9c2 cells against the oxidative stress. Keywords: morphine, heart, proteomics, adenylyl cyclase, heat shock proteins, H9c2 cells, oxidative stress, PI3K, GSK-3β, p38 MAPK
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis Mgr. Jitka Škrabalová 55.39 MB
Download Abstract in czech Mgr. Jitka Škrabalová 220 kB
Download Abstract in english Mgr. Jitka Škrabalová 158 kB
Download Autoreferat / doctoral thesis summary Mgr. Jitka Škrabalová 6.84 MB
Download Opponent's review doc. RNDr. Olga Nováková, CSc. 344 kB
Download Opponent's review Mgr. Markéta Hlaváčková, Ph.D. 456 kB
Download Defence's report 107 kB