Proteomic Analysis in the myocardium from patients with chronic Chagas disease cardiomyopathy: alterations in the cardiac energy metabolism

A patogênese da Cardiomiopatia Chagásica Crônica (CCC) ainda é assunto de intenso debate. A CCC apresenta intenso infiltrado inflamatório no tecido cardíaco, onde os linfócitos T infiltrantes produzem citocinas inflamatórias, como IFN-gama e TNF-alfa. Adicionalmente, pacientes com CCC apresentam um pior prognóstico quando comparados aos portadores de outras cardiomiopatias de etiologia não inflamatória, como a cardiomiopatia dilatada idiopática (CDI) e a cardiomiopatia isquêmica (CI), sugerindo que mecanismos inflamatórios participam da patogênese e evolução da doença. Além disso, evidências anteriores de nosso grupo indicaram alterações do metabolismo energético na CCC. Neste trabalho, comparamos a expressão protéicado miocárdio de pacientes com CCC, CDI e CI e indivíduos sem cardiomiopatias, com foco em proteínas relacionadas ao metabolismo energético celular. Para a identificação do perfil de expressão protéica no miocárdio de pacientes com CCC, utilizamos a técnica de separação por eletroforese bidimensional, e a identificação das proteínas foi feita por espectrometria de massa. A maioria dos spots identificados corresponde a proteínas estruturais ou proteínas do metabolismo, principalmente do metabolismo energético. Foram identificadas também proteínas envolvidas na apoptose, em processos imunes e de resposta ao estresse. A análise da expressão protéica diferencial, utilizando marcação fluorescente, nos permitiu analisar o padrão de expressão das proteínas diferencialmente expressas no miocárdio de pacientes com CCC, CDI e CI e de indivíduos sem cardiomiopatias, dentro de um total de 683 spots e 230 proteínas distintas identificadas. Observamos que o padrão de expressão protéica do miocárdio de pacientes com CCC é o mais distinto em relação ao padrão de expressão protéica presente no miocárdio de indivíduos sem cardiomiopatias; e que o padrão de expressão das proteínas presentes no miocárdio de pacientes com CI é o que mais se assemelha ao padrão de indivíduos sem cardiomiopatias. Encontramos várias proteínas com expressão alterada em amostras de pacientes com CCC, CDI e CI em comparação com amostras de indivíduos sem cardiomiopatias, as quais desempenham papéis fundamentais em processos envolvidos na patologia de doenças cardiovasculares como apoptose (ex. catepsina D e Akt2), estresse oxidativo (ex. catalase), estresse do retículo endoplasmático (ex: proteína dissulfito isomerase), remodelamento cardíaco (ex: gelsolina) e outros. A análise individual das proteínas diferencialmente expressas entre os grupos de cardiomiopatia também mostrou que o miocárdio de pacientes com CCC apresenta expressão reduzida de várias proteínas mitocondriais associadas ao metabolismo energético nas vias da glicólise, ciclo de Krebs, beta-oxidação, na fosforilação oxidativa, e do complexo creatina-quinase - em comparação com miocárdio de indivíduos sem cardiomiopatias. Embora algumas dessas alterações tenham sido compartilhadas com a CDI, e em menor grau com a CI, observamos que os pacientes CCC apresentam o maior comprometimento do sistema creatina quinase, incluindo sua atividade enzimática. Também observamos que componentes do complexo enzimático da ATP sintase encontram-se reduzidos em amostras de pacientes com CCC em comparação aos indivíduos sem cardiomiopatia. Observamos também aumento de expressão de proteínas de stress incluindo estresse oxidativo, associadas à apoptose, e ao sistema imune no miocárdio de pacientes CCC, além da subunidade do imunoproteasomo e de proteínas associadas à degradação protéica. Em conjunto, nossos resultados sugerem que a diminuição de expressão das proteínas essenciais à geração de ATP, o aumento da expressão de proteínas associadas à apoptose e de proteínas do sistema imune no miocárdio de pacientes com CCC em comparação aos pacientes CI e CDI podem estar relacionados à pior evolução da CCC. Nossa análise de padrões de expressão protéica identificou conjuntos de proteínas capazes de discriminar as amostras de miocárdio por etiologia. Isto poderá auxiliar no diagnóstico e na descoberta de biomarcadores periféricos de cardiomiopatias, bem como ajudar na elucidação dos mecanismos de desenvolvimento da doença e de alterações estruturais / moleculares do miocárdio em resposta à inflamação crônica.The pathogenesis of Chagas disease cardiomyopathy (CCC) is still controversial. CCC is characterized by an intense cardiac inflammatory infiltrate; infiltrating T lymphocytes produce inflammatory cytokines such as IFN-gamma and TNF-alpha. Patients afflicted by CCC display a worse prognosis when compared to patients afflicted by non-inflammatory cardiomyopathies such as idiopathic dilated cardiomyopathy (IDC) and ischemic cardiomyopathy (IC), suggesting that inflammatory mechanisms play a role in the pathogenesis and progression of the disease. In addition, previous evidence from our group suggested the presence of energy metabolism changes in CCC. In the present work, we compared the protein expression profile of the myocardium of patients with CCC, IDC, IC, and noncardiomyopathic subjects, with focus on energetic metabolism-related proteins. We used bidimensional electrophoresis to analyze the protein expression profile in the myocardium of patients afflicted by CCC, and proteins were identified by mass spectrometry. The majority of spots were identified as structural proteins or metabolism proteins, especially of energy metabolism. We were also able to identify apoptosis-, immune system- and stress response-related proteins. Using fluorescent labeling, we analyzed the differential expression profile in the myocardium of CCC, IDC and IC patients, from a total of 683 spots and 230 distinct proteins identified. We observed that the protein expression profile of CCC patients is the most distinct when compared to non-cardiomyopathic subjects. On the other hand, the protein expression profile of IC patients is similar, at some extent, to the expression profile of non-cardiomyopathic patients. We also found altered expression of proteins related to apoptosis (e.g. cathepsin D and Akt2), oxidative stress (e.g. catalase), endoplasmic reticulum stress (e.g. disulfilte isomerase protein), cardiac remodeling (e.g. gelsolin) among CCC, IDC and IC patients when compared to noncardiomyopathic patients. Most of these proteins, if not all, play fundamental roles in the pathogenesis of cardiovascular diseases. We also showed that the myocardium of patients afflicted by CCC display altered expression of several mitochondrial proteins associated to energy metabolism in the glycolysis, Krebs cycle, betaoxidation, oxidative phosphorylation, and creatine kinase complex when compared to non-cardiomyopathic subjects. Although some of these changes were shared with IDC samples, and, to a lesser extent, with CI samples, Western blot analysis demonstrated that CCC samples showed the most extreme reduction in protein expression of the creatine kinase system, including its enzymatic activity. We also observed with Western blot analysis that proteins from the ATP synthase complex (subunits alpha and beta) showed decreased expression in myocardium of CCC patients when compared to non-cardiomyopathic subjects and when compared to IC patients. We also observed an increase in the protein expression of stress proteins, including those involved in the oxidative stress response, those associated to apoptosis, and immune system proteins in CCC myocardium, along with increased expression of the immunoproteasome subunit and proteins associated to protein degradation. Taken together, our results suggest that diminished expression of proteins fundamental for ATP generation, increased expression of apoptosisassociated proteins and immune system proteins in the myocardium of CCC patients when compared to IC and IDC patients may be associated to CCC progression. The analysis of the protein expression profile has identified groups of proteins whose expression pattern is able to discriminate the myocardium samples by etiology. This may help to find novel peripheral biomarkers of CCC and other cardiomyopathies, as well as in the understanding of mechanisms of disease progression and structural/molecular alterations of the inflamed myocardium