Ukr.Biochem.J. 2023; Том 95, № 1, січень-лютий, c. 44-57

doi: https://doi.org/10.15407/ubj95.01.044

Кардіопротекторний ефект імбиру на моделі пошкодження міокарда у щурів та його можливий вплив на апоптичний шлях PERK-ATF4-CHOP-PUMA

11.07.2023   Uncategorized   No comments

M. M. Mohammed1*, N. A. A. Osman2, F. M. Mourad3, M. F. Abedelbaky1

1Department of Biochemistry, Faculty of Medicine, Minia University, El-Minia, Egypt;
2Department of Pathology, Faculty of Medicine, Minia University, El-Minia, Egypt;
3BS Pharm, Faculty of Pharmacy, Deraya University, El-Minia, Egypt;
*e-mail: mostafa.mohamed@mu.edu.eg

Отримано: 11 березня 2022; Виправлено: 27 березня 2023;
Затверджено: 13 квітня 2023; Доступно онлайн: 27 квітня 2023

Точні механізми інфаркту міокарда та ішемічно-реперфузійного пошкодження все ще до кінця нез’ясовані. Вважається, що у пошкодженні міокарда важливу роль відіграють стрес ендоплазматичного ретикулума (ЕПР) та шляхи інтегрованої відповіді на стрес. До них належать активація протеїнкінази ендоплазматичного ретикулума (PERK), індукція фактора транскрипції (ATF4), експресія про-апоптичного фактора транскрипції (CHOP) та P53 регуляторного модулятора апоптозу (PUMA), що бере участь у його контролі. В роботі використовували модель ізопротеренол-індукованого пошкодження міокарда у щурів, щоб оцінити можливий кардіопротекторний ефект імбиру через його вплив на ЕПР стрес-індукований апоптоз. Порівнювали дію імбиру з дією каптоприла, інгібітора ангіотензин-перетворювального ензиму. Щури-альбіноси лінії Wistar щодня отримували 1,0 або 2,0 мл порошкової суспензії Zingiber officinale (імбир, 200 мг/мл) шляхом внутрішньошлункової інтубації протягом 28 днів. Ізопротеренол у дозі 85 мг/кг вводили внутрішньочеревною ін’єкцією на 27-й та 28-й дні. Рівень аспартатамінази (АСТ) у сироватці крові вимірювали за допомогою кінетичного набору. Тканини серця використовували для екстракції РНК, оцінки експресії генів методом кількісної ПЛР, імуногістохімічного визначення експресії каспази 3 та гістопатологічних досліджень. Показано, що введення ізопротеренолу збільшувало експресію CHOP-мРНК у 4 рази в тканині серцевого м’яза порівняно з контролем. Крім того, за введення суспензії імбиру, значно знизились як CHOP, так і ATF4, а також експресія мРНК PUMA порівняно з групами, які отримували ізопротеренол. Відмічено значне зниження експресії мРНК ATF4 у групі, яка отримувала каптоприл та імбир, порівняно з контрольною групою. Показано, що імбир знижував рівень АСТ у сироватці крові, що корелювало з результатами гістопатологічних досліджень тканин серця. Здобуті результати свідчать про те, що протекторна дія імбиру за ізопротеренол-індукованого пошкодження міокарда у щурів може бути зумовлена зниженням стресу ендоплазматичного ретикулума через вплив на шлях ATF4-CHOP-PUMA.

Ключові слова: , , , , , , , ,

Посилання:

  1. Yellon DM, Hausenloy DJ. Myocardial reperfusion injury. N Engl J Med. 2007;357(11):1121-1135. PubMed, CrossRef
  2. Kloner RA, Jennings RB. Consequences of brief ischemia: stunning, preconditioning, and their clinical implications: part 1. Circulation. 2001;104(24):2981-2989. PubMed, CrossRef
  3. Pilote L, Abrahamowicz M, Eisenberg M, Humphries K, Behlouli H, Tu JV. Effect of different angiotensin-converting-enzyme inhibitors on mortality among elderly patients with congestive heart failure. CMAJ. 2008;178(10):1303-1311. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  4. Akinyemi AJ, Ademiluyi AO, Oboh G. Inhibition of angiotensin-1-converting enzyme activity by two varieties of ginger (Zingiber officinale) in rats fed a high cholesterol diet. J Med Food. 2014;17(3):317-323. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  5. Wu P, Cai M, Liu J, Wang X. Catecholamine Surges Cause Cardiomyocyte Necroptosis via a RIPK1-RIPK3-Dependent Pathway in Mice. Front Cardiovasc Med. 2021;8:740839. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  6. Kasof GM, Prosser JC, Liu D, Lorenzi MV, Gomes BC. The RIP-like kinase, RIP3, induces apoptosis and NF-kappaB nuclear translocation and localizes to mitochondria. FEBS Lett. 2000;473(3):285-291. PubMed, CrossRef
  7. Li L,Hao J , Jiang X, Li P, Sen H. Cardioprotective effects of ulinastatin against isoproterenol-induced chronic heart failure through the PI3K‑Akt, p38 MAPK and NF-κB pathways. Mol Med Rep. 2018;17(1):1354-1360. PubMed, CrossRef
  8. Rozpedek W, Pytel D, Mucha B, Leszczynska H, Diehl JA, Majsterek I. The Role of the PERK/eIF2α/ATF4/CHOP Signaling Pathway in Tumor Progression During Endoplasmic Reticulum Stress. Curr Mol Med. 2016;16(6):533-544. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  9. Liu XH, Zhang ZY, Sun S, Wu XD. Ischemic postconditioning protects myocardium from ischemia/reperfusion injury through attenuating endoplasmic reticulum stress. Shock. 2008;30(4):422-427. PubMed, CrossRef
  10. Sano R, Reed JC. ER stress-induced cell death mechanisms. Biochim Biophys Acta. 2013;1833(12):3460-3470. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  11. Blais JD, Filipenko V, Bi M, Harding HP, Ron D, Koumenis C, Wouters BG, Bell JC. Activating transcription factor 4 is translationally regulated by hypoxic stress. Mol Cell Biol. 2004;24(17):7469-7482. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  12. Zinszner H, Kuroda M, Wang X, Batchvarova N, Lightfoot RT, Remotti H, Stevens JL, Ron D. CHOP is implicated in programmed cell death in response to impaired function of the endoplasmic reticulum. Genes Dev. 1998;12(7):982-995. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  13. Cai D, Huang E, Luo B, Yang Y, Zhang F, Liu C, Lin Z, Xie WB, Wang H. Nupr1/Chop signal axis is involved in mitochondrion-related endothelial cell apoptosis induced by methamphetamine. Cell Death Dis. 2016;7(3):e2161. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Nishitoh H. CHOP is a multifunctional transcription factor in the ER stress response. J Biochem. 2012;151(3):217-219. PubMed, CrossRef
  15. Toth A, Jeffers JR, Nickson P, Min JY, Morgan JP, Zambetti GP, Erhardt P. Targeted deletion of Puma attenuates cardiomyocyte death and improves cardiac function during ischemia-reperfusion. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2006;291(1):H52-H60. PubMed, CrossRef
  16. Cheng WP, Wu GJ, Wang BW, Shyu KG. Regulation of PUMA induced by mechanical stress in rat cardiomyocytes. J Biomed Sci. 2012;19(1):72. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  17. Galehdar Z, Swan P, Fuerth B, Callaghan SM, Park DS, Cregan SP. Neuronal apoptosis induced by endoplasmic reticulum stress is regulated by ATF4-CHOP-mediated induction of the Bcl-2 homology 3-only member PUMA. J Neurosci. 2010;30(50):16938-16948. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  18. DiNicolantonio JJ, Lavie CJ, O’Keefe JH. Not all angiotensin-converting enzyme inhibitors are equal: focus on ramipril and perindopril. Postgrad Med. 2013;125(4):154-168. PubMed, CrossRef
  19. DiNicolantonio JJ, Hu T, Lavie CJ, O’Keefe JH, Bangalore S. Perindopril vs Enalapril in Patients with Systolic Heart Failure: Systematic Review and Metaanalysis. Ochsner J. 2014;14(3):350-358. PubMed, PubMedCentral
  20. Cheng G, Zhang J, Jia S, Feng P, Chang F, Yan L, Gupta P, Wu H. Cardioprotective Effect of Gossypin Against Myocardial Ischemic/Reperfusion in Rats via Alteration of Oxidative Stress, Inflammation and Gut Microbiota. J Inflamm Res. 2022;15:1637-1651. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  21. Fan CL, Yao ZH, Ye MN, Fu LL, Zhu GN, Dai Y, Yao XS. Fuziline alleviates isoproterenol-induced myocardial injury by inhibiting ROS-triggered endoplasmic reticulum stress via PERK/eIF2α/ATF4/Chop pathway. J Cell Mol Med. 2020;24(2):1332-1344. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  22. Vadivelan R, Sundaram V, Mohanasundaram T, Tiwari R, Subramani M. Cardioprotective Effect of Daidzein Against Isoproterenol-Induced Myocardial Infarction Injury in Rats. Biology, Medicine, Chemistry. Published 10 February 2022. CrossRef
  23. Wei J, Galaviz KI, Kowalski AJ, Magee MJ, Haw JS, Narayan KMV, Ali MK. Comparison of Cardiovascular Events Among Users of Different Classes of Antihypertension Medications: A Systematic Review and Network Meta-analysis. JAMA Netw Open. 2020;3(2):e1921618. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  24. Gong X, Zhou R, Li Q. Effects of captopril and valsartan on ventricular remodeling and inflammatory cytokines after interventional therapy for AMI. Exp Ther Med. 2018;16(4):3579-3583. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  25. Kalkman EA, van Haren P, Saxena PR, Schoemaker RG. Early captopril prevents myocardial infarction-induced hypertrophy but not angiogenesis. Eur J Pharmacol. 1999;369(3):339-348. PubMed, CrossRef
  26. Tian Y, Li H, Liu P, Xu JM, MG Irwin 2 , Xia Z, Tian G. Captopril Pretreatment Produces an Additive Cardioprotection to Isoflurane Preconditioning in Attenuating Myocardial Ischemia Reperfusion Injury in Rabbits and in Humans. Mediators Inflamm. 2015;2015:819232. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  27. Hassan MQ, Akhtar MS, Akhtar M, Ansari SH, Ali J, Haque SE, Najmi AK. Benidipine prevents oxidative stress, inflammatory changes and apoptosis related myofibril damage in isoproterenol-induced myocardial infarction in rats. Toxicol Mech Methods. 2015;25(1):26-33. PubMed, CrossRef
  28. Ghosh MN. Fundamentals of Experimental Pharmacology. 1st ed. Scientific Book Agency, Calcutta, 1971. P.233-235.
  29. Atta H,El-Rehany M, Hammam O, Abdel-Ghany H, Ramzy M, Roderfeld M, Roeb E, Al-Hendy A, Raheim SA, Allam H, Marey H. Mutant MMP-9 and HGF gene transfer enhance resolution of CCl4-induced liver fibrosis in rats: role of ASH1 and EZH2 methyltransferases repression. PLoS One. 2014 Nov 7;9(11):e112384. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  30. Barbas CF 3rd, Burton DR, Scott JK, Silverman GJ. Quantitation of DNA and RNA. CSH Protoc. 2007;2007:pdb.ip47. PubMed, CrossRef
  31. VanGuilder HD, Vrana KE, Freeman WM. Twenty-five years of quantitative PCR for gene expression analysis. Biotechniques. 2008;44(5):619-626. PubMed, CrossRef
  32. Acikel M, Buyukokuroglu ME, Erdogan F, Aksoy H, Bozkurt E, Senocak H. Protective effects of dantrolene against myocardial injury induced by isoproterenol in rats: biochemical and histological findings. Int J Cardiol. 2005;98(3):389-394. PubMed, CrossRef
  33. Aydogan A, Kocer G, Ozmen O, Kocer M, Onal L, Koskan O. Immunohistochemical expression of caspase-3, caspase-5, caspase-7 and apoptotic protease-activating factor-1 (APAF-1) in the liver and kidney of rats exposed to zoledronic acid (ZOL) and basic fibroblast growth factor (bFGF). Vet Q. 2014;34(3):137-142. PubMed, CrossRef
  34. Dianita R, Jantan I, Amran AZ, Jalil J. Protective effects of Labisia pumila var. alata on biochemical and histopathological alterations of cardiac muscle cells in isoproterenol-induced myocardial infarction rats. Molecules. 2015;20(3):4746-4763. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  35. Amran AZ, Jantan I, Dianita R, Buang F. Protective effects of the standardized extract of Zingiber officinale on myocardium against isoproterenol-induced biochemical and histopathological alterations in rats. Pharm Biol. 2015;53(12):1795-1802. PubMed, CrossRef
  36. Subbaiah GV, Mallikarjuna K, Shanmugam B, Ravi S, Taj PU, Reddy KS. Ginger Treatment Ameliorates Alcohol-induced Myocardial Damage by Suppression of Hyperlipidemia and Cardiac Biomarkers in Rats. Pharmacogn Mag. 2017;13(Suppl 1):S69-S75. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  37. Wei W, Peng J, LI J. Curcumin attenuates hypoxia/reoxygenation‑induced myocardial injury. Mol Med Rep. 2019;20(6):4821-4830. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  38. Ma Y, Brewer JW, Diehl JA, Hendershot LM.Two distinct stress signaling pathways converge upon the CHOP promoter during the mammalian unfolded protein response. J Mol Biol. 2002;318(5):1351-1365. PubMed, CrossRef
  39. Cui Y, Wang Y, Liu G. Protective effect of Barbaloin in a rat model of myocardial ischemia reperfusion injury through the regulation of the CNPY2‑PERK pathway. Int J Mol Med. 2019;43(5):2015-2023. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  40. Luo G, Li Q, Zhang X, Shen L, Xie J, Zhang J, Kitakaze M, Huang X, Liao Y. Ablation of C/EBP homologous protein increases the acute phase mortality and doesn’t attenuate cardiac remodeling in mice with myocardial infarction. Biochem Biophys Res Commun. 2015;464(1):201-207. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  41. Wang XZ, Lawson B, Brewer JW, Zinszner H, Sanjay A, Mi LJ, Boorstein R, Kreibich G, Hendershot LM, Ron R. Signals from the stressed endoplasmic reticulum induce C/EBP-homologous protein (CHOP/GADD153). Mol Cell Biol. 1996;16(8):4273-4280. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  42. Wu T, Dong Z, Geng J, Sun Y, Liu G, Kang W, Zhang Y, Ge Z. Valsartan protects against ER stress-induced myocardial apoptosis via CHOP/Puma signaling pathway in streptozotocin-induced diabetic rats. Eur J Pharm Sci. 2011;42(5):496-502. PubMed, CrossRef
  43. Cheng WP, Wang BW, Chen SC, Chang H, Shyu KG. Mechanical stretch induces the apoptosis regulator PUMA in vascular smooth muscle cells. Cardiovasc Res. 2012;93(1):181-189. PubMed, CrossRef
  44. Reimertz C, Kögel D, Rami A, Chittenden T, Prehn JHM. Gene expression during ER stress-induced apoptosis in neurons: induction of the BH3-only protein Bbc3/PUMA and activation of the mitochondrial apoptosis pathway. J Cell Biol. 2003;162(4):587-597. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.