Cardiac hypertrophy induced by experimental hyperthyroidism: role of redox status under proteins involved with signaling pathways for cell growth/survival and cell death

Esse estudo foi conduzido para testar a influência do estado redox sobre a modulação de proteínas envolvidas em vias de sinalização intracelular, associadas à sobrevivência/crescimento e morte celular, na hipertrofia cardíaca compensada induzida pelo hipertireoidismo experimental. Os hormônios da tireóide induzem crescimento cardíaco fisiológico e, a ativação das vias de sinalização da Akt e das MAPKs, parece contribuir na ação desses hormônios sobre o coração. Estresse oxidativo está envolvido nas respostas cardíacas em diversas situações fisiológicas e patológicas, assim como pode atuar na modulação de proteínas envolvidas em processos de sinalização. Glutationa e tiorredoxina são os principais sistemas mantenedores do ambiente intracelular reduzido, através do controle dos níveis de tiós (-SH), consequentemente, podem contribuir na regulação dos sistemas de sinalização. Ratos Wistar foram divididos em 4 grupos (n=6-7/grupo): controle, vitamina E (20 mg/Kg/dia, s.c., 14 dias), L-tiroxina (T4) (12 mg/L na água de beber por 14 dias) e T4+vitamina E. Materiais e Métodos: Parâmetros morfométricos (índice de hipertrofia cardíaca (IHC = mg coração/g corporal); índice de congestão hepática e pulmonar), glutationa reduzida (GSH, μmol/g), glutationa oxidada (GSSG, μmol/g), estado redox (razão GSH/GSSG), atividade da tiorredoxina redutase (TrxR, nmol/min, mg prot) e níveis de peróxido de hidrogênio (H2O2, nmol/g) foram mensurados no tecido cardíaco. A expressão das proteínas tiorredoxina-1 (Trx-1), Akt, ERK1/2 e JNK (MAPKs), Bax (pró-apoptotica), Bcl-2 (pró-sobrevivência), caspase-3, AIF (fator indutor de apoptose) e do fator de transcrição Nrf-2, foram quantificados por Western blot. Resultados: O tratamento com o ʟ-tiroxina foi efetivo no desenvolvimento do hipertireoidismo. Níveis plasmáticos de T4 (μg/dl) e T3 (ng/dl) aumentaram nos grupos hipertireoideos comparados aos controles. Depois dos 14 dias de tratamento, o grupo T4 apresentou hipertrofia cardíaca (4,06 ± 0,38 mg/g) comparado ao controle (2,41 ± 0,15 mg/g) e essa resposta foi reduzida significativamente no grupo T4+vitamina E (3,65 ± 0,27 mg/g). Sinais da congestão de órgãos não apresentaram diferença entre os grupos. Níveis de GSSG e H2O2 aumentaram significativamente (33% e 43%, respectivamente) no grupo T4 em comparação ao controle, sendo significativamente atenuados pela administração de vitamina E no grupo T4. A razão GSH/GSSG foi reduzida significativamente (28%) no grupo T4 em comparação ao controle. Nenhuma alteração foi observada nos níveis de GSH, na atividade da TrxR e na expressão da Trx-1 e Nrf-2. A expressão da Akt total reduziu nos grupos hipertireoideos em comparação aos seus controles e, a expressão da fosfo-Akt reduziu nos grupos vitamina E, T4 e T4+vitamina E quando comparados ao controle. Foi observado aumento significativo da expressão da fosfo-ERK1/2, assim como da razão fosfo-ERK/ERK total nos grupos hipertireoideos em comparação aos controles. Nenhuma alteração foi encontrada na expressão da JNK, fosfo-JNK, AIF e na razão da Bax/Bcl-2, por outro lado, observou-se aumento (53%) da caspase-3 nos T4 em comparação ao controle. Conclusão: Com base nos resultados obtidos, ao final dos 14 dias de tratamento com L-tiroxina, pode-se concluir que a resposta hipertrófica cardíaca parece estar com sua função compensada, uma vez que não foram observados sinais de insuficiência cardíaca. A redução de GSSG e H2O2 promovida pela administração de vitamina E se mostrou associada à diminuição do crescimento da massa cardíaca nos animais hipertireoideos. O sistema tiorredoxina não se mostrou fundamental para a manutenção do estado redox nesta fase. A Akt parece não contribuir significativamente para a resposta hipertrófica nesse período de tratamento. O aumento da fosforilação da ERK1/2, associado a não ativação da JNK, pode ser o responsável pela resposta trófica cardíaca compensada nos animais hipertireoideos. O aumento da caspase-3, efetora de morte, indica que pode esse período possuir início da ativação apoptótica. Os dados em conjunto reforçam a ideia de que, nessa fase, há moderado desbalanço redox cardíaco, sem haver início de sinalização que favoreça a hipertrofia cardíaca patológica, porém com provável início de sinalização pró-apoptótica, a qual pode contribuir para o desenvolvimento da disfunção cardíaca.This study was conducted to test the redox status influence in the modulation of some proteins involved in pro-survival and pro-apoptotic intracellular signaling pathways in the compensate cardiac hypertrophy induced by hyperthyroidism. Thyroid hormones (T4 and T3) induce physiological cardiac growth and activation of Akt and MAPKs signaling pathways. Those may contribute to these hormones effects on the heart. Oxidative stress is involved in cardiac responses under several physiological and pathological situations, as well as can act in the modulation of proteins involved in the signaling process. Glutathione and thioredoxin are the main antioxidant systems in the intracellular environment that can contribute to the regulation of signaling redox-sensible. Material and Methods: Male Wistar rats were divided into four groups (n= 6-7/group): control, vitamin E (20mg/Kg/day s.c. 14 days), ʟ-thyroxine (T4) (12mg/L in drinking water for 14 days) and T4+vitamin E. Morphometric parameters [cardiac hypertrophy index (mg heart/g body weight), liver and lung congestion index (wet/dry weight)], reduced glutathione (GSH, μmol/g) and glutathione dissulfide (GSSG, μmol/g), redox status (GSH/GSSG ratio), the activity of thioredoxin reductase (TrxR, in nmol/min/mg protein) and hydrogen peroxide steady-state concentration (H2O2, nmol/g) were measured in cardiac tissue. Thioredoxin-1 (Trx-1), NF-E2-related factor-2 (Nrf-2), Protein Kinase B (PKB or Akt), Extracellular Signal-Regulated Kinase 1/2 (ERK1/2), c-Jun n-Terminal Kinase (JNK), Bax (pro-apoptotic)/Bcl-2 (pro-survival) ratio (Bcl-2 family proteins, respectively), Caspase-3 (proteases involved in apoptotic process) and Apoptotic-Inducing Factor (AIF) myocardial protein expression were quantified by western blot. Results: The hormone treatment was effective in the development of hyperthyroidism. The serum T4 (in μg/dL) and T3 (in ng/dL) increased significantly in hyperthyroid groups when compared to control groups, at the end of treatment. After 14 days, T4 group presented cardiac hypertrophy (4.06 ± 0.38 mg/g) when compared to control (2.41 ± 0.15 mg/g) and, this response was significantly reduced in T4+vitamin E (3.65 ± 0.27 mg/g). Congestion signs were not observed. Levels of GSSG and H2O2 increased significantly (33% and 43%, respectively) in the T4 group compared to control and this was reduced by vitamin E administration to the T4 group. The GSH/GSSG ratio was significantly reduced in the group T4 (28%) when compared to control. Any change in the levels of GSH, TrxR activity and the Trx-1 and Nrf-2 expression was observed. Total Akt expression was reduced in the hyperthyroid groups when compared to their respective controls and the p-Akt expression was significantly reduced in vitamin E, T4 and T4+vitamin E compared to control. The p-ERK1/2 expression and p-ERK/Total ERK were significantly increased in the hyperthyroid groups compared to controls. No changes were observed in the JNK, p-JNK, AIF and Bax/Bcl-2 ratio expression, but Caspase-3 increased 53% in T4 group compared to control. Conclusion: We concluded that after 14 days of treatment with L-thyroxine, cardiac hypertrophy response would have a compensated function, since no signs of congestive heart failure were seen. It was observed association between GSSG and H2O2 reduction, by vitamin E administration, and cardiac mass decreased in the hyperthyroid animals. The thioredoxin system appears to be not primordial to redox environment maintenance in this phase. The Akt seems not to contribute significantly to the hypertrophyc response in these period of treatment. The increase in p-ERK1/2, associated with an inalteration of JNK, could be responsible for a compensate cardiac hypertrophy phenotype in the hyperthyroid animals.Caspase-3 increase indicates that this period may represent the beginning of apoptotic activation. The overall results reinforce the idea that, in this period, there is moderate cardiac redox imbalance, with no signals that favors the pathological cardiac hypertrophy, although with probable onset of proapoptotic signaling, which may contribute to the development of cardiac dysfunction