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FERNANDO AUGUSTO LAVEZZO DIAS
PAPEL DA ENZIMA ÓXIDO NÍTRICO SINTASE INDUZÍVEL NO
DESENVOLVIMENTO DA HIPERTROFIA E DISFUNÇÃO CARDÍACA
Tese apresentada como requisito parcial
à obtenção do grau de Doutor, pelo
Curso de Pós-Graduação em Biologia
Celular e Molecular – Área Fisiologia,
do setor de Ciências Biológicas da
Universidade Federal do Paraná.
Orientador: Prof. Dr. Rosalvo T. H.
Fogaça
CURITIBA
2007
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ii
Para Cibele e Bianca.
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iii
AGRADECIMENTOS
A
Cibele, minha esposa, pelo companheirismo durante esta jornada, pela
compreensão, amor e dedicação, pelo auxílio direto na aquisição de
dados e preparo dos experimentos com músculo papilar isolado e pelo
auxílio na correção gramatical da tese.
Bianca, minha pequena filha, que nasceu durante os anos em que
desenvolvi este trabalho e que irradia amor em seu olhar e em seu
sorriso, fazendo com que os dias mais exaustivos fossem esquecidos no
momento em que a encontrava no final do dia.
Aos demais familiares, que mesmo de longe, demonstraram preocupação
e apoio durante os vários anos que dediquei a minha pós-graduação.
Dra. Beata M. Wolska, pela co-orientação, por abrir as portas de seu
laboratório e dar-me liberdade para conduzir os experimentos, pelos
ensinamentos e pelo auxílio pessoal durante os anos de realização deste
trabalho.
Dr. Rosalvo T. H. Fogaça, pela orientação, pelo apoio e ensinamentos
oferecidos desde o início da minha pós-graduação.
Dr. David L. Geenen, pelo auxílio na realização dos experimentos
envolvendo a cirurgia de coarctação de aorta e mensurações de volume
e pressão do ventrículo esquerdo.
iv
Dra. Dalia Urboniene, pela realização das ecocardiografias e pela análise
e cálculo dos dados obtidos nestes experimentos.
Dr. Paul H. Goldspink, pelo auxílio na realização e análise dos dados dos
experimentos de RT-PCR.
Ma. Milana A. Yuzhakova, pelo auxílio nos procedimentos cirúrgicos e
nas mensurações da função cardíaca in situ.
Profa. Solange A. Gizzi, pelo auxílio na correção ortográfica e gramatical
deste trabalho.
Aos demais companheiros de trabalho, em especial Me. James R. Peña,
pela realização de experimentos preliminares de mensuração da pressão
do ventrículo esquerdo in situ e Dra. Lori Walker, por ser sempre
prestativa no esclarecimento de experimentos de bioquímica.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................1
2 REVISÃO DE LITERATURA................................................................................6
2.1 PROPRIEDADES QUÍMICA DO ÓXIDO NÍTRICO E DERIVADOS ...............6
2.1.1 Efeitos diretos do óxido nítrico ............................................................................7
2.1.2 Efeitos indiretos do óxido nítrico .........................................................................8
2.2 ENZIMAS SINTETIZADORAS DE ÓXIDO NÍTRICO.....................................10
2.2.1 Óxido nítrico sintase neuronal............................................................................14
2.2.2 Óxido nítrico sintase induzível...........................................................................15
2.2.3 Óxido nítrico sintase endotelial..........................................................................16
2.3 EFEITOS BIOLÓGICOS DO ÓXIDO NÍTRICO SOBRE O SISTEMA
CARDIOVASCULAR ................................................................................................18
2.3.1 Processos envolvidos na regulação da contração do músculo liso vascular ......18
2.3.2 Efeitos do NO sobre o relaxamento vascular .....................................................21
2.3.3 Processos envolvidos na regulação da contratilidade cardíaca ..........................28
2.3.4 Efeitos do NO sobre a contratilidade cardíaca ...................................................37
2.3.4.1 Expressão e localização das enzimas sintetizadoras de NO na célula cardíaca
.................................................................................................................................... 37
2.3.4.2 Efeitos do NO na função do coração no estado basal .................................... 40
2.3.4.3 Efeitos do NO sobre a resposta β-adrenérgica ............................................... 45
2.3.4.4 Mecanismos de ação do NO na célula cardíaca ............................................. 49
2.3.4.5 Modelos animais com manipulação genética da NOS ................................... 51
3 METODOLOGIA...................................................................................................57
3.1 ANIMAIS..............................................................................................................57
3.2 CIRURGIA PARA DIMINUIÇÃO DO DIÂMETRO DA ARTÉRIA AORTA
TORÁCICA.................................................................................................................57
3.3 ECOCARDIOGRAFIA TRANSTORÁCICA ......................................................60
3.4 EXPERIMENTOS UTILIZANDO MÚSCULO PAPILAR ISOLADO DO
VENTRÍCULO ESQUERDO E CÁLCULO DO ÍNDICE DE HIPERTROFIA
CARDÍACA ................................................................................................................61
3.5 MENSURAÇÃO DA FUNÇÃO CARDÍACA IN SITU ......................................64
3.6 QUANTIFICAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA ATRAVÉS DE REAÇÃO DE
CADEIA DA POLIMERASE EM TEMPO REAL (RT-PCR) .................................66
3.7 IMMUNOBLOTTING PARA INOS, ENOS, FOSFO-ENOS, SERCA2 E
FOSFOLAMBANO ....................................................................................................67
3.8 HISTOLOGIA E IMUNOFLUORESCÊNCIA ....................................................69
3.9 ANÁLISE ESTATÍSTICA....................................................................................71
4 ANÁLISE DOS RESULTADOS...........................................................................72
4.1 EXPRESSÃO DE INOS APÓS A COARCTAÇÃO DA AORTA ......................72
4.2 ECOCARDIOGRAFIA TRANSTORÁCICA E ÍNDICE DE HIPERTROFIA
CARDÍACA ................................................................................................................77
4.3 HISTOLOGIA.......................................................................................................83
4.4 EXPERIMENTOS UTILIZANDO MÚSCULO PAPILAR ISOLADO DO
VENTRÍCULO ESQUERDO .....................................................................................85
4.5 AVALIAÇÃO HEMODINÂMICA......................................................................95
4.6 EXPRESSÃO GÊNICA E PROTÉICA E FOSFORILAÇÃO DE ENOS ...........98
5 DISCUSSÃO .........................................................................................................105
5.1 A ENZIMA INOS É EXPRESSA NO CORAÇÃO DURANTE A
SOBRECARGA POR PRESSÃO.............................................................................105
5.2 A ABLAÇÃO DE INOS NÃO EVITA O DESENVOLVIMENTO DE
HIPERTROFIA CARDÍACA NEM ALTERA A TAXA DE MORTALIDADE EM
ANIMAIS SUBMETIDOS À COARCTAÇÃO DA AORTA .................................108
5.3 A ABLAÇÃO DE INOS PREVINE A DETERIORIZAÇÃO DA FUNÇÃO
CARDÍACA DURANTE A SOBRECARGA POR PRESSÃO...............................110
5.4 A ABLAÇÃO DE INOS ESTÁ ASSOCIADA COM A HIPERSENSIBILIDADE
β-ADRENÉRGICA...................................................................................................117
5.5 ANIMAIS INOSKO SUJEITOS À SOBRECARGA CARDÍACA POR
AUMENTO DE PRESSÃO NÃO APRESENTARAM EXPRESSÃO GÊNICA
RELACIONADA À INSUFICIÊNCIA CARDÍACA ..............................................121
6 CONCLUSÃO.......................................................................................................123
7 REFERÊNCIAS ...................................................................................................124
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 01 - REPRESENTAÇÃO ILUSTRATIVA DA ENZIMA NOS ...................................................12
FIGURA 02 - SÍNTESE DE ÓXIDO NÍTRICO À PARTIR DA L-ARGININA CATALISADA
PELA NOS .............................................................................................................................. 13
FIGURA 03 - MECANISMO DE RELAXAMENTO DA CÉLULA MUSCULAR LISA
MEDIADO PELO ÓXIDO NÍTRICO ....................................................................................27
FIGURA 04 - CONSEQUÊNCIA DA MUTAÇÃO DA CADEIA LEVE REGULADORA DA
MIOSINA TORNANDO-A NÃO FOSFORILÁVEL............................................................. 36
FIGURA 05 - EFEITOS DA INFUSÃO DE NO NA CONTRATILIDADE CARDÍACA, EM
CORAÇÃO ISOLADO PERFUNDIDO RETROGRADAMENTE,
PROVENIENTE DE CAMUNDONGO ................................................................................. 43
FIGURA 06 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICO DO MECANISMO DE AÇÃO DO
ÓXIDO NÍTRICO NA CÉLULA MUSCULAR CARDÍACA...............................................52
FIGURA 07 - ILUSTRAÇÃO DA COARCTAÇÃO DA ARTÉRIA AORTA – AORTIC
BANDING (AOB)...................................................................................................................58
FIGURA 08 - IMMUNOBLOTTING PARA DETECÇÃO DE INOS .........................................................73
FIGURA 09 - IMUNOFLUORESCÊNCIA PARA DETECÇÃO DE INOS ................................................75
FIGURA 10 - ECOCARDIOGRAMAS DE VENTRÍCULO ESQUERDO DE ANIMAIS WT
AOB E INOSKO AOB ANTES E APÓS A CIRURGIA. ......................................................78
FIGURA 11 - CORTES HISTOLÓGICOS CORADOS COM HEMATOXILINA-EOSINA...................... 83
FIGURA 12 - CORTES HISTOLÓGICOS CORADOS COM TRICRÔMIO DE MASSON ...................... 84
FIGURA 13 - DOSE-RESPOSTA AO ISOPROTERENOL EM MÚSCULO PAPILAR DE
VENTRÍCULO ESQUERDO PROVENIENTE DE ANIMAIS AOB
SACRIFICADOS A CURTO PRAZO E DE ANIMAIS-CONTROLE..................................87
FIGURA 14 - DOSE-RESPOSTA AO ISOPROTERENOL EM MÚSCULO PAPILAR DE
VENTRÍCULO ESQUERDO PROVENIENTE DE ANIMAIS AOB
SACRIFICADOS A LONGO PRAZO E DE ANIMAIS-CONTROLE .................................92
FIGURA 15 - DOSE-RESPOSTA AO ISOPROTERENOL, NA PRESENÇA DE 1400W, EM
MÚSCULO PAPILAR DE VENTRÍCULO ESQUERDO PROVENIENTE DE
ANIMAIS AOB SACRIFICADOS A LONGO PRAZO ........................................................ 94
FIGURA 16 - CURVAS DE VOLUME-PRESSÃO OBTIDAS DO VENTRÍCULO
ESQUERDO DE ANIMAIS SUBMETIDOS À COARCTAÇÃO DA AORTA ...................96
FIGURA 17 - PSVE, PRSW E DP/DT EM ANIMAIS AOB E ANIMAIS CONTROLE............................97
FIGURA 18 - EXPRESSÃO GÊNICA EM VENTRÍCULOS CARDÍACO DE ANIMAIS AOB
SACRIFICADOS A CURTO E A LONGO PRAZO E DE ANIMAIS-
CONTROLE............................................................................................................................ 99
FIGURA 19 - EXPRESSÃO E FOSFORILAÇÃO DE ENOS...................................................................... 102
FIGURA 20 - EXPRESSÃO DE PLB E SERCA2 EM ANIMAIS AOB E ANIMAIS-
CONTROLE............................................................................................................................ 103
LISTA DE QUADROS E TABELAS
QUADRO 01 - SEQUÊNCIA GÊNICA DO PRIMERS UTILIZADOS PARA RT-PCR............................ 67
TABELA 01 - MEDIDAS ECOCARDIOGRÁFICAS E ÍNDICE DE HIPERTROFIA
CARDÍACA EM ANIMAIS AOB AVALIADOS A CURTO PRAZO APÓS A
COARCTAÇÃO DA AORTA.............................................................................................. 82
TABELA 02 - MEDIDAS ECOCARDIOGRÁFICAS E ÍNDICE DE HIPERTROFIA
CARDÍACA EM ANIMAIS AOB AVALIADOS A LONGO PRAZO APÓS A
COARCTAÇÃO DA AORTA.............................................................................................. 82
TABELA 03 - FORÇA DESENVOLVIDA PELOS MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS
EXPERIMENTAIS AVALIADOS A CURTO PRAZO ...................................................... 85
TABELA 04 - TR
50
EM MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS EXPERIMENTAIS
AVALIADOS A CURTO PRAZO.......................................................................................86
TABELA 05 - TP EM MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS EXPERIMENTAIS
AVALIADOS A CURTO PRAZO.......................................................................................86
TABELA 06 - FORÇA DESENVOLVIDA POR MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS
EXPERIMENTAIS AVALIADOS A LONGO PRAZO...................................................... 89
TABELA 07 - TR
50
EM MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS EXPERIMENTAIS
AVALIADOS A LONGO PRAZO ...................................................................................... 90
TABELA 08 - TP EM MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS EXPERIMENTAIS
AVALIADOS A LONGO PRAZO ...................................................................................... 90
TABELA 09 - FORÇA DESENVOLVIDA POR MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS
EXPERIMENTAIS AVALIADOS A LONGO PRAZO NA PRESENÇA DE
1400W................................................................................................................................... 91
TABELA 10 - TR
50
E TP EM MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS EXPERIMENTAIS
AVALIADOS A LONGO PRAZO NA PRESENÇA DE 1400W .......................................91
TABELA 11 - MEDIDAS HEMODINÂMICAS IN SITU EM VENTRÍCULO ESQUERDO DE
ANIMAIS AOB E DE ANIMAIS CONTROLE..................................................................98
TABELA 12 - EXPRESSÃO GÊNICA EM ANIMAIS SUBMETIDOS À COARCTAÇÃO DE
AORTA E CONTROLES PAREADOS POR IDADE......................................................... 100
TABELA 13 - EXPRESSÃO PROTÉICA E FOSFORILAÇÃO DE ENOS EM ANIMAIS
SUBMETIDOS À COARCTAÇÃO DA AORTA E EM ANIMAIS-
CONTROLE PAREADOS POR IDADE............................................................................. 104
x
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
AMPc - monofosfato de adenosina cíclica
AoB - cirurgia para coarctação da aorta (aortic banding)
ATP - trifosfato de adenosina
bpm - batimentos por minuto
CaM - calmodulina
CMH - cardiomiopatia hipertrófica familiar
cTnI - troponina I cardíaca
cTnT - troponina T cardíaca
DDVE - diâmetro diastólico do ventrículo esquerdo
DG - diacilglicerol
DNA - Ácido desoxiribonucléico
DSVE - diâmetro sistólico do ventrículo esquerdo
ELC - cadeia leve essencial da miosina
E
max
- relação volume-pressão diastólica final
eNOS - óxido nítrico sintase endotelial
ESPVR - relação volume-pressão sistólica final
FAD - flavina-adenina dinucleotídeo
FC - frequência cardíaca
FE - fração de encurtamento
FMN - flavina mononucleotídeo
g - gramas
GADPH - gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase
GCs - guanilato ciclase solúvel
GMPc - monofosfato de guanosina cíclica
GTP - trifosfato de guanosina
Hz - Hertz (unidade de freqüência)
IC - insuficiência cardíaca
IFN-γ - interferon-γ
IH - índice de hipertrofia
IL-1 - interleucina-1
IM - infarto do miocárdio
INOSKO - animais nocaute para o gene determinante da expressão de iNOS
iNOS - óxido nítrico sintase induzível
IP
3
- trifosfato de inositol
IVRT - tempo de relaxamento isovolumétrico
kDa - quilodaltons
LPS - lipopolissacarídeo
MHC - cadeia pesada da miosina
min - minutos
MLC - cadeia leve da miosina (Myosin Light Chain)
MLCK - quinase da cadeia leve da miosina (Myosin Light Chain
Kinase)
xi
MLCP - fosfatase da cadeia leve da miosina
mmHg - milímetros de mercúrio
mRNA - ácido ribonucléico mensageiro
MyBP-C - proteína C ligante da miosina
NADPH - nicotinamida-adenina dinucleotídeo
NF-κB - fator nuclear-κB
nM - nanomolar
NMDA - N-metil-D-aspartato
nNOS - óxido nítrico sintase neuronal
NOS - óxido nítrico sintase
PCR - reação em cadeia da polimerase (Polymerase Chain
Reaction)
PDE - fosfodiesterase
PDVE - pressão desenvolvida pelo ventrículo esquerdo
PKA - proteína quinase dependente de AMPc, proteína quinase A
PKC - proteína quinase C
PKG - proteína quinase dependente de GMPc, proteína quinase G
PLB - fosfolambano
PPVE - parede posterior do ventrículo esquerdo
PRSW - trabalho cardíaco pré-carga
PSVE - pressão sistólica do ventrículo esquerdo
RLC - cadeia leve reguladora da miosina (Regulatory Light Chain)
RLC2v(P-) - animais transgênicos com a cadeia leve reguladora da
miosina não–fosforilável
rpm - rotações por minuto
RS - retículo sarcoplasmático
RyR - canais rionidínicos
S-1 - subfragmento - 1 da miosina
S-2 - subfragmento-2 da miosina
SDS-PAGE - eletroforese em gel de poliacrilamida na presença de dodecil
sulfato de sódio
SERCA - bomba de cálcio do retículo sarcoplasmático
SIV - septo interventricular
SOD - superóxido desmutase
ssTnI - troponina I músculo-esquelética
TGF-β - fator de crescimento tumoral-β
TM - tropomiosina
TnC - troponina C
TNF-α - fator de necrose tumoral-α
TnI - troponina I
TP - tempo de ativação até o pico de contração
Vcf - velocidade média de encurtamento circunferencial
VE - ventrículo esquerdo
WT - animais-controle (wild-type)
xii
RESUMO
PAPEL DA ENZIMA ÓXIDO NÍTRICO SINTASE INDUZÍVEL NO DESENVOLVIMENTO DA
HIPERTROFIA E DISFUNÇÃO CARDÍACA.
O óxido nítrico (NO) é um composto envolvido em diversas funções fisiológicas
como, por exemplo, o vasodilatação e a transmissão nervosa. Nos tecidos biológicos,
esta molécula é sintetizada pela família de enzimas óxido nítrico sintase (NOS). A
expressão da isoforma induzível desta enzima (iNOS), capaz de produzir alta
concentração de NO, tem correlação com a disfunção cardíaca. Neste trabalho,
hipotetizou-se que a ablação do gene responsável pela expressão de iNOS preveniria
ou atenuaria desenvolvimento da disfunção cardíaca. Para avaliar esta hipótese, foi
utilizado o modelo animal de camundongo nocaute para o gene da iNOS (iNOSKO).
Estes animais e animais-controle, sem manipulação genética (WT), foram submetidos
à cirurgia para a geração de sobrecarga de pressão imposta ao coração (AoB). A
função cardíaca foi avaliada após 2,5 e 6,0 meses, através de ecocardiografia e
mensurações de volume e pressão cardíaca in situ. Os resultados demonstraram que
tanto animais-controle quanto animais iNOSKO, desenvolveram o mesmo grau de
hipertrofia cardíaca após AoB, no entanto, animais iNOSKO AoB apresentaram
melhores índices de contratilidade cardíaca, comparados a animais WT AoB,
representado por maiores valores de pressão desenvolvida pelo VE, dP/dt, e trabalho
cardíaco pré-carga. Foi comprovado, através de experimentos de imunofluorescência e
immunoblotting, que iNOS é expressa no miocárdio durante o desenvolvimento de
hipertrofia e disfunção cardíaca em animais WT AoB. Além disso, os cortes
histológicos provenientes de animais WT AoB demonstraram presença de tecido
cicatricial no miocárdio. A contratilidade e a sensibilidade β-adrenérgica do miocárdio
foram avaliadas em músculo papilar isolado do ventrículo esquerdo (VE). Nestes
experimentos, a ablação de iNOS estava associada com o aumento da resposta ao
agonista β-adrenérgico isoproterenol (ISO), sendo a força máxima desenvolvida (% da
força basal) em resposta ao ISO (1uM) de 343,9% ± 45,7 (n=6) no grupo iNOSKO
AoB e 216,8% ± 26,5 (n=6) no grupo WT AoB. Músculos que foram pré-incubados
com o bloqueador de iNOS, 1400W, apresentaram valores similares de força
desenvolvida, reforçando a teoria de que iNOS é responsável pela diminuição na β-
adrenérgica. A ablação de iNOS, também preveniu o aumento na expressão de genes
relacionados à insuficiência cardíaca, como o do fator natriurético atrial e o da cadeia
pesada da miosina-β. A expressão protéica da isoforma da NOS endotelial (eNOS) não
diferiu entre os grupos. Concluiu-se que a expressão de iNOS ocorreu durante o
desenvolvimento de hipertrofia e disfunção e que a ablação do gene determinante de
iNOS, embora não alterasse o grau de hipertrofia, retardou a disfunção cardíaca e
potencializou a resposta β-adrenérgica do miocárdio. As evidências sugerem que a
prevenção da expressão ou atividade de iNOS poderiam servir como ferramenta
terapêutica no tratamento da insuficiência cardíaca. Palavras-chave: óxido nítrico,
óxido nítrico sintase induzível, hipertrofia, insuficiência cardíaca
xiii
ABSTRACT
THE ROLE OF INDUCIBLE NITRIC OXIDE SYNTHASE ON THE DEVELOPMENT OF CARDIAC
HIPERTROPHY AND DYSFUNCTION
The nitric oxide (NO) participates in several physiologic reactions as during the
vasorelaxation and synaptic transmission. In biologic tissues, NO is produced by the
nitric oxide synthase (NOS) family. Expression of the inducible isoform (iNOS) that
produces high concentration of NO is correlated with cardiac dysfunction. Here, it is
hypothesized that the ablation of iNOS gene could prevent or attenuate the
development of cardiac dysfunction. To test this hypothesis, the knockout mice for
iNOS were used (iNOSKO). These animals and also control animals, without genetic
manipulation
(WT), were subjected to aortic banding (AoB) to generate pressure-overload against
the heart. The cardiac function was assessed after 2.5 and 6.0 months using
echocardiography and in situ measurements of pressure-volume loops. Both iNOSKO
and WT groups developed the same level of hypertrophy after AoB, however,
iNOSKO animals had better contractility compared to WT AoB, represented by higher
left ventricular developed pressure, dP/dt and pre-recruitable stroke work. Using
immunoblotting and immunofluorescence techniques, the expression of iNOS was
confirmed in the myocardium of WT AoB mice during the development of
hypertrophy and cardiac dysfunction. Furthermore, histological sections of WT AoB
animals presented scar tissue in the myocardium. The contractility and β-adrenergic
sensitivity were assessed in papillary muscle isolated from the left ventricle (LV). In
this experiments, the ablation of iNOS was associated with increased β-adrenergic
response to isoproterenol (ISO). The maximal response to ISO (1uM) normalized to
baseline was 343.9% ± 45.7 (n=6) in iNOSKO AoB compared to 216.8% ± 26.5 (n=6)
in WT AoB. Muscles pre-incubated with the iNOS blocker 1400W showed the same
response to ISO, supporting the idea that iNOS is responsible for the decreased
response to ISO in WT AoB. The iNOS ablation also prevented the expression of
genes related to heart failure as the atrial natriuretic factor and β-myosin heavy chain.
The eNOS protein expression was unaltered among groups. It is possible to conclude
that the expression of iNOS occurs during the cardiac hypertrophy due to AoB and the
ablation of iNOS delayed the cardiac dysfunction and improved the myocardium β-
adrenergic response, even though it did not change the degree of hypertrophy. The
data suggests that the prevention of iNOS expression or activity may be a valuable tool
to treat the heart failure.
Keywords: nitric oxide, inducible nitric oxide synthase, hypertrophy, heart failure.
1 INTRODUÇÃO
Apesar de avanços na pesquisa e no tratamento das doenças
cardiovasculares, estas ainda permanecem sendo uma das principais causas de mortes
em muitos países como os Estados Unidos da América e o Brasil (AMERICAN
HEART ASSOCIATION, 2001; MINISTÉRIO DA SAÚDE, 2002). Além disso, as
doenças cardiovasculares causam alta morbidade e são onerosas para os sistemas
públicos de saúde.
A busca de explicações sobre os processos envolvidos na patofisilogia das
doenças cardiovasculares tem revelado fatores surpreendentes que participam na
prevenção e desenvolvimento destas doenças. Um grande exemplo é o óxido nítrico.
O óxido nítrico (NO) é um gás, que apresenta um elétron desemparelhado na
sua estrutura, portanto, é um radical livre. O NO foi inicialmente identificado como
um dos poluentes atmosféricos antes de ser implicado em funções biológicas nos
mamíferos. Isto levou inclusive ao desenvolvimento dos catalisadores nos
escapamentos dos carros, para prevenir a liberação do gás para a atmosfera (BUTLER
e NICHOLSON, 2003). Posteriormente, o NO foi identificado como sendo a molécula
sinalizadora, proveniente do endotélio vascular, responsável pela dilatação dos vasos
sanguíneos (PALMER et al., 1987; IGNARRO et al., 1987a); desvendando a dúvida
que existia sobre o composto que era anteriormente denominado de fator de
relaxamento derivado do endotélio (FURCHGOTT e ZAWADZKI, 1980). Há mais de
um século, a nitroglicerina vinha sendo utilizada como droga no tratamento da angina
pectoris, mas o mecanismo de ação da droga era desconhecido. Hoje, sabe-se que a
ação dessa droga deve-se à formação do óxido nítrico, que consequentemente ativa a
guanilato ciclase solúvel na célula muscular lisa, induzindo a produção de
monofosfato de guanosina cíclico (GMPc).
Os experimentos que levaram à descoberta do NO como sinalizador no
2
relaxamento vascular renderam aos pesquisadores Robert F. Furchgott, Louis J.
Ignarro e Ferid Murad o prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina de 1998. Ao longo
dos anos, outros pesquisadores trouxeram importantes contribuições para o
conhecimento do papel do NO no sistema cardiovascular, dentre eles, deve-se destacar
Salvador Moncada.
Desde a comprovação de que o NO exerce o papel de molécula sinalizadora
no relaxamento vascular, iniciou-se uma grande onda de publicações investigando o
papel deste gás nos diversos sistemas biológicos humanos. Várias informações foram
obtidas sobre sua biosíntese e degradação. Foram também identificadas as enzimas
responsáveis pela síntese de NO e a localização preferencial destas enzimas nos
tecidos.
A identificação das enzimas produtoras de NO foi um passo importante para
a comprovação dos efeitos biológicos deste composto. Confirmou-se assim, que não
apenas o uso de fármacos doadores de NO causavam os efeitos biológicos mas, que os
tecidos biológicos são também capazes de sintetizar o óxido nítrico que, portanto,
estava envolvido na fisiologia animal. As enzimas sintetizadoras de óxido nítrico
(nitric oxide synthases – NOS) convertem o aminoácido L-arginina em L-citrulina
com consequente produção de óxido nítrico. Existem três isoformas da NOS: a
neuronal (nNOS ou NOS1), a endotelial (eNOS ou NOS3) e a induzível (iNOS ou
NOS2); sendo a função das duas primeiras dependentes da concentração de cálcio.
Devido ao fato de iNOS ser independente das concentrações de cálcio, a produção de
NO derivado desta isoforma é determinada, principalmente, pela expressão da enzima.
Alguns autores sugerem a existência de uma quarta isoforma de NOS, exclusivamente
presente nas mitocôndrias, denominada de isoforma mitocondrial (mtNOS)
(GHAFOURIFAR e RICHTER, 1997; LACZA et al., 2003), no entanto, a sua
existência como uma isoforma diferente de eNOS ou iNOS ainda é controversa
(ZANELLA et al., 2004; LOPEZ et al., 2006).
3
Ao longo dos anos, demonstrou-se que além da função do óxido nítrico no
sistema cardiovascular como sinalizador na vasodilatação, este composto influencia: a
agregação plaquetária (LOSCALZO, 2001); a incidência de apoptose (NISHIO et al.,
1996; SAM et al., 2001; WOLLERT e DREXLER, 2002; PATTEN et al., 2005;
RAZAVI et al., 2005; DAS et al., 2005), a proliferação celular (WOLLERTe
DREXLER, 2002); a sensibilidade β-adrenérgica do coração (HARE et al., 1998;
ADAM et al., 1999; STOJANOVIC et al., 2001; ZIOLO et al., 2001b; FUNAKOSHI
et al., 2002; GEALEKMAN et al., 2002; ASHLEY et al., 2002; ZIOLO et al., 2004;
MASSION et al., 2004; BENDALL et al., 2004; DANSON et al., 2005), o controle
das concentrações de cálcio transiente nos cardiomiócitos (STOJANOVIC et al., 2001;
ZIOLO et al., 2001c; ZIOLO et al., 2004), dentre outras funções.
Em outros sistemas biológicos, os efeitos fisiológicos e patológicos do NO
também têm sido identificados. Não cabe aqui neste trabalho, uma revisão abrangente
dos efeitos biológicos do NO nos seres vivos, o que pode ser encontrado em outras
fontes (IGNARRO, 2000; MAYER, 2007). Nas secções subsequentes, será dado
enfoque ao papel do NO e derivados na fisiologia e patofisiologia das doenças
cardiovasculares. Contudo, é preciso citar que o NO tem papel importante em funções
biológicas como: no sistema imunológico, onde a alta produção de NO e derivados
tem papel fundamental na destruição de agentes patológicos (MACMICKING et al.,
1995; WEI et al., 1995; HUANG et al., 1999); no sistema nervoso, onde o NO serve
como neurotransmissor participando, por exemplo, na plasticidade sináptica, no
entanto, também estando aparentemente envolvido no estresse oxidativo durante
condições patológicas, como a isquemia e a doença de Parkinson (GUIX et al., 2005);
no músculo estriado esquelético, estando envolvido no acoplamento excitação-
contração, metabolismo energético e controle local do fluxo sanguíneo (STAMLER e
MEISSNER, 2001) e no sistema respiratório, participando do controle da perfusão
pulmonar e da broncodilatação (RICCIARDOLO et al., 2004).
4
Embora a participação do óxido nítrico nas funções fisiológicas dos
mamíferos seja reconhecida, a produção de alta concentração de NO, como a que se
segue após a expressão da iNOS, pode influenciar negativamente na função cardíaca
(BALLIGAND et al., 1994; JOE et al., 1998; FENG et al., 2001; SAM et al., 2001;
GEALEKMAN et al., 2002; MUNGRUE et al., 2002a; BARTH et al., 2006).
A ambiguidade na função do NO no sistema cardiovascular está relacionada
com o tipo de isoforma expressa, com a quantidade de expressão das enzimas
produtoras de NO, com a compartimentalização destas enzimas, com a disponibilidade
de substrato e co-fatores para a produção de NO e ultimamente, relacionada com a
concentração de NO produzido. Além disso, compostos químicos gerados em
decorrência da reatividade química do NO com outras moléculas, por exemplo as
espécies reativas de oxigênio, podem gerar efeitos biológicos indiretos.
Tem sido demonstrado que altas concentrações de NO determinam efeito
inotrópico negativo em músculo cardíaco isolado e em cardiomiócitos isolados
(ADAM et al., 1999; STOJANOVIC et al., 2001; ZIOLO et al., 2001b;
GEALEKMAN et al., 2002; ZIOLO et al., 2004). No tecido cardíaco humano, existe
correlação entre o aumento na expressão de iNOS e a insuficiência cardíaca
(HAYWOOD et al., 1996; VEJLSTRUP et al., 1998; HARE et al., 1998; FUKUCHI et
al., 1998). Demonstrou-se também, que a expressão de mRNA para iNOS estava
inversamente relacionada com a performance ventricular em corações transplantados
(LEWIS et al., 1996). A expressão desta enzima em cardiomiócitos, também foi
encontrada em corações de ratos transplantados que apresentaram rejeição (ZIOLO et
al., 2001a).
Baseado na associação entre a expressão de iNOS e a disfunção cardíaca,
hipotetizou-se neste trabalho, que a prevenção da expressão de iNOS poderia alterar o
processo de desenvolvimento da doença. Embora esta associação tenha sido
demonstrada em amostras de tecido cardíaco humano e de modelos animais sujeitos a
5
procedimentos para a indução de insuficiência cardíaca, nenhum outro trabalho havia
dado ênfase à inibição da função de iNOS durante o desenvolvimento da hipertrofia e
disfunção cardíaca consequentes à sobrecarga por aumento de pressão. Para avaliar
esta hipótese, utilizou-se como modelo animal, camundongos com ablação do gene
que determina a expressão de iNOS. Estes animais foram submetidos a um
procedimento cirúrgico para criação de sobrecarga cardíaca por aumento de pressão
(coarctação da artéria aorta). Foram então, realizadas análises da função cardíaca in
vivo e in situ, análise da contratilidade de músculo isolado do ventrículo esquerdo,
análises histológicas, além da análise da expressão gênica e protéica nos grupos
experimentais.
Os resultados deste trabalho, produziram dados importantes para o
esclarecimento do papel da enzima óxido nítrico sintase induzível no desenvolvimento
de hipertrofia e disfunção cardíaca, no controle da resposta β-adrenérgica do músculo
estriado cardíaco, além de gerar a perspectiva de uma possível intervenção terapêutica
para o tratamento da insuficiência cardíaca.
6
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 PROPRIEDADES QUÍMICA DO ÓXIDO NÍTRICO E DERIVADOS
O óxido nítrico é um gás inorgânico que apresenta um elétron
desemparelhado, portanto, é um radical livre. Na temperatura e pressão ambiente é um
gás incolor, com solubilidade máxima em água de aproximadamente 2mM e
apresentando solubilidade de 6 a 8 vezes maior em solventes apolares (FUKUTO et
al., 2000). Por essa razão, o NO tende a se concentrar em membranas lipídicas e
domínios hidrofóbicos de proteínas em sistemas biológicos.
O papel biológico do NO foi demonstrado, inicialmente, no mecanismo de
relaxamento vascular. Neste processo, este gás atua como molécula sinalizadora
ativando a guanilato ciclase sensível ao óxido nítrico, induzindo assim a produção de
GMPc e ativação da proteína quinase G (PKG). A ativação da PKG determina
alterações na concentração de cálcio intracelular e também na sensibilidade dos
filamentos contráteis da célula muscular lisa (como será detalhado no item 2.3.2) o que
provoca o relaxamento da musculatura vascular.
Desde então, o NO ou os produtos da reação do NO com outros radicais
foram implicados em diversos outros processos biológicos.
Os efeitos do NO podem ser categorizados como efeitos diretos e indiretos
(WINK e MITCHELL, 1998). Os efeitos diretos do NO envolvem a interação direta
deste radical livre com outros ligantes, como complexos metálicos, sendo o maior
exemplo o grupamento heme. Esta reação geralmente requer baixas concentrações de
NO e sugere-se que seja responsável pelos efeitos fisiológicos deste composto. Efeitos
indiretos, decorrem da produção de compostos intermediários, geralmente derivados
da interação de altas concentrações de NO com oxigênio (O
2
) e superóxido (O
2
-
). Os
7
efeitos indiretos são consequência do estresse nitrosativo e estresse oxidativo causados
por estes compostos intermediários, sendo considerados como sendo os responsáveis
pelos efeitos patológicos do NO (MIRANDA et al., 2000; WINK et al., 2000).
Dessa forma, dependendo da concentração e do local de produção do NO,
efeitos ambíguos podem ocorrer. Por exemplo, o NO liga-se diretamente ao grupo
heme da guanilato ciclase ativando esta enzima. Através de um processo similar o NO
pode se ligar ao citocromo P450 e quando em alta concentração, como ocorre na
septicemia, inibe a enzima (WINK et al., 1993). O NO pode também competir de
maneira reversível com o oxigênio pelo sítio de ligação da citocromo c oxidase
durante a respiração celular possivelmente controlando a enzima, no entanto, altas
concentrações de NO combinadas com alta concentração de superóxido podem gerar
espécies reativas do oxigênio que estão implicadas na toxicidade mitocondrial e na
morte celular (CLEETER et al., 1994; MONCADA e ERUSALIMSKY, 2002).
2.1.1 Efeitos diretos do óxido nítrico
a) Reação do NO com complexos metálicos:
A reação mais importante que representa o efeito direto do NO é a ligação
com grupamentos heme, formando um complexo nitrosil-metálico (nitrosilação).
Como citado anteriormente, este é o processo pelo qual a guanilato ciclase é ativada.
Como será descrito adiante, as enzimas sintetizadoras de NO possuem na sua
estrutura um grupamento heme ligante de O
2
. Existe um mecanismo de feedback
negativo pelo qual o NO pode competir com este sítio de ligação, controlando a
atividade da enzima, sendo que eNOS e nNOS são mais susceptíveis a esta inibição do
que iNOS (GRISCAVAGE et al., 1995). Nos pulmões, a competição por este sítio de
ligação entre o O
2
e o NO é importante para o controle da perfusão do tecido pulmonar
em função da tensão de O
2
(WINK et al., 2000).
8
b) Interação de NO com complexos metal-oxigênio
O NO pode interagir com complexos metal-oxigênio como a
oxihemoglobina dando origem à metoxihemoglobina com consequente formação de
nitrato (NO
3
-
). Este é considerado um dos mecanismos de controle das concentrações
de NO (LANCASTER, JR., 1994). A oximioglobina pode interagir com o NO de
maneira similar à oxihemoglobina. Publicações recentes tem sugerido que este é um
dos principais mecanismos de neutralização do NO no músculo cardíaco, podendo
servir como um mecanismo protetor contra os efeitos deletérios consequentes da alta
produção de NO (WUNDERLICH et al., 2003; GODECKE et al., 2003).
O óxido nítrico também pode servir como antioxidante quando interage com
complexos metálicos de valência alta, consequentes de oxidação ou peroxidação, por
exemplo, causada pelo peróxido de hidrogênio (H
2
O
2
). A interação do NO com estes
complexos causa a redução da valência dos metais (WINK et al., 2000).
c) Interação de NO com outros radicais
O óxido nítrico pode interagir com radicais lipídicos consequentes do
estresse oxidativo, podendo prevenir a peroxidação de lipídios de duas formas: através
da interação com oxiradicais que determinam a oxidação de lipídios; causando a
terminação da reação em cadeia de peroxidação de lipídios, por ligar-se a um radical
lipídico previamente oxidado (MIRANDA et al., 2000).
2.1.2 Efeitos indiretos do óxido nítrico
Embora efeitos diretos do NO não possam ser ignorados como causadores de
situações patológicas, o mecanismo de ação mais aceito é a ação indireta do NO,
através da interação deste com espécies reativas de oxigênio, causando a formação de
compostos intermediários que possuem atividade patológica.
As reações mais comuns que ocorrem in vivo, parecem ser entre o NO e O
2
9
ou entre o NO e o superóxido, causando os seguintes efeitos:
a)Estresse oxidativo
Reações de oxidação ocorrem normalmente nos tecidos biológicos, no
entanto, são diferentes das que ocorrem durante o estresse oxidativo, onde espécies
altamente reativas são formadas em abundância, causando lesão tecidual como, por
exemplo: a oxidação de ácidos nucléicos, determinando a quebra da fita de DNA; a
peroxidação de lipídeos; a oxidação de proteínas, impedindo processos enzimáticos
(HALLIWELL e GUTTERIDGE, 1984).
O óxido nítrico interage com o superóxido formando o peroxinitrito (ONOO
-
) que é altamente reativo (Equação 1). Além disso, o peroxinitrito dá origem ao ácido
peroxinitroso (HONOO) quando protonado. O HONOO decompõe-se facilmente em
hidroxil (
•
OH) e dióxido de nitrogênio (
•
NO
2
), espécies que também são altamente
reativas (Equação 2). Outra via de decomposição do ácido peroxinitroso é através da
formação de nitrato (Equação 3)
(1) O
2
•
-
+
•
NO → ONOO
-
(2) ONOO
-
+ H
+
→ HONOO →
•
NO
2
+
•
OH
(3) HONOO → NO
3
-
+ H
+
O superóxido pode ser neutralizado pela superóxido desmutase (SOD) dando
origem ao peróxido de hidrogênio (H
2
O
2
). Esta reação evita a formação de
peroxinitrito, devido ao fato da SOD e do NO competirem pelo O
2
-
(MIRANDA et al.,
2000).
b) Estresse nitrosativo
O óxido nítrico reage com o O
2
formando o dióxido de nitrogênio (NO
2
)
(Equação 4).
10
Uma vez formado, o NO
2
pode reagir com o NO formando o trióxido de
dinitrogênio (N
2
O
3
) ou então sofrer dimerização formando o tetróxido de dinitrogênio
(N
2
O
4
) (Equações 5 e 6).
(4) 2
•
NO + O
2
→ 2
•
NO
2
(5)
•
NO
2
+
•
NO → N
2
O
3
(6)
•
NO
2
+
•
NO
2
→ N
2
O
4
O trióxido de dinitrogênio sofre hidrólise e gera nitrito, enquanto a hidrólise
do tetróxido de dinitrogênio gera nitrato.
No entanto, estas moléculas e em especial o N
2
O
3
,
são doadoras de nitrosônio
(NO
+
), que pode ser transferido para outras moléculas (como hidroxilas, aminas e
tióis) levando a formação de nitrito, N-nitrosaminas e S-nitrosotióis, mediando dessa
forma os efeitos indiretos do NO (WINK et al., 2000). Por exemplo, doadores de NO
ativam os canais de cálcio rionidínicos do retículo sarcoplasmático de músculo
estriado cardíaco através da S-nitrosilação destes canais (XU et al., 1998).
Existe evidência recente da ocorrência de nitrosilação de proteínas in situ em
situações fisiológicas e patológicas, em experimentos onde diversos tecido e células
isoladas foram estudados por técnicas de imunohistoquímica (GOW et al., 2002).
Existe ainda a possibilidade de que os efeitos do NO possam ser mediados
pela nitroxila (HNO, NO
-
). No entanto, a produção deste radical e as vias bioquímicas
pela qual ele pode agir ainda não estão esclarecidas. Reconhece-se no entanto, o
potencial citotóxico da nitroxila devido à ação do doador desta molécula, o Sal de
Angeli (Na
2
N
2
O
3
) (MIRANDA et al., 2000).
2.2 ENZIMAS SINTETIZADORAS DE ÓXIDO NÍTRICO
Um passo importante para o estudo dos efeitos do NO nos sistemas
biológicos foi a identificação de enzimas, presentes nos seres vivos, capazes de
11
sintetizá-lo.
Sabia-se dos efeitos do NO exógeno mas, a afirmação deste como sendo um
mensageiro químico nos sistemas biológicos, ficou clara após a identificação das
enzimas sintetizadoras de óxido nítrico (NOS, nitric oxide synthase).
As enzimas sintetizadoras de NO receberam originalmente nomes derivados
do local onde foram identificadas. Existem três isoformas conhecidas: a óxido nítrico
sintase endotelial (eNOS), a óxido nítrico sintase neuronal (nNOS) e a óxido nítrico
sintase induzível (iNOS) (FORSTERMANN et al., 1994). Existe ainda a sugestão da
existência de uma quarta isoforma de NOS exclusivamente presente nas mitocôndrias
denominada de mitocondrial (mtNOS) (GHAFOURIFAR e RICHTER, 1997; LACZA
et al., 2003), no entanto, a sua existência como uma isoforma diferente de eNOS,
iNOS (ZANELLA et al., 2004; LOPEZ et al., 2006) ou nNOS (GUIX et al.,
2005)ainda é controversa
As isoformas endotelial e neuronal são consideradas constitutivas, por serem
expressas em condições basais nos tecidos. A atividade enzimática destas duas
isoformas é dependente de cálcio/calmodulina (Ca
2+
/CaM), portanto controlada pelas
variações da concentração de cálcio intracelular. A isoforma induzível de NOS é assim
chamada por ser expressa quando as células são estimuladas por fatores específicos,
como certas citocinas. No entanto, no tecido pulmonar, iNOS foi descrita como uma
proteína constitutiva (DWEIK et al., 1998). Diferente de eNOS e nNOS, iNOS é
independente, ou ao menos, pouco dependente (GELLER et al., 1993) das
concentrações de cálcio intracelular, sendo a sua atividade enzimática controlada
principalmente pela expressão da enzima.
Outras nomenclaturas para as enzimas sintetizadoras de NO são: NOS1,
NOSΙ, ncNOS e bNOS para a isoforma neuronal; NOS2, NOSΙΙ e macNOS para a
isoforma induzível e; NOS3, NOSΙΙΙ e ecNOS para a isoforma endotelial
(FÖRSTERMANN, 2000).
12
Em sua estrutura, as enzimas NOS apresentam um domínio C-terminal
transportador de elétrons denominado domínio redutor, um domínio ligante da
calmodulina e um domínio oxidante que forma o sítio catalítico da molécula
(FÖRSTERMANN, 2000). No domínio redutor, encontram-se os sítios de ligação para
o co-substrato fosfato de nicotinamida-adenina dinucleotídeo (NADPH) e para os
cofatores flavina-adenina dinucleotídeo (FAD) e flavina mononucleotídeo (FMN). No
domínio oxidante, encontram-se os sítios de ligação para os cofatores
ferroprotoporfirina IV (Heme), tetraidrobiopterina (H
4
B), para o co-substrato O
2
e para
o substrato L-arginina (STUEHR e GHOSH, 2000) (Figura 01).
FIGURA 01 - REPRESENTAÇÃO ILUSTRATIVA DA ENZIMA NOS
Entre os domínios redutor e oxidante, encontra-se o domínio de ligação da
calmodulina. Próximo à porção de ligação da FMN, existe uma sequência (alça) de
auto-inibição que controla a ligação da calmodulina. Durante a síntese de NO as
flavinas adquirem elétrons do NADPH e transferem estes para o ferro do grupamento
heme, permitindo a ligação do oxigênio e catalisando a produção do NO a parti da L-
arginina (STUEHR, 1997). Em nNOs e eNOS, esta transferência de elétrons é
induzida pela ligação da CaM, diferente de iNOS, onde a ligação da calmodulina se dá
de maneira quase que irreversível (CHO et al., 1992). Além disso, iNOS não
apresenta o segmento de auto-inibição do sítio de ligação da calmodulina (SALERNO
et al., 1997). Estas observações são consistentes com o fato de que iNOS produz altas
N
C
L-Arg
H
4
B
Heme CaM FMN
FAD NADPH
Domínio oxidante
Domínio redutor
13
doses de NO uma vez que seja expressa.
A síntese de NO pela família da NOS, dá-se através da oxidação da L-
arginina formando L-citrulina. O processo pode ser descrito da seguinte forma: A L-
arginina é inicialmente hidroxilada ao intermediário L-N-hidroxiarginina, em seguida
ocorre a oxidação da L-N-hidroxiarginina formando L-citrulina com geração
concomitante de óxido nítrico, como demonstrado na figura 02.
FIGURA 02 - SÍNTESE DE ÓXIDO NÍTRICO À PARTIR DA L-ARGININA CATALISADA PELA NOS
Nota: Representação da reação de síntese de NO à partir da L-arginina. Inicialmente,
ocorre a hidroxilação da L-arginina a L-hidroxiarginina, seguida de oxidação da L-hidroxiarginina
formando L-citrulina e NO. Os co-substratos NADPH e O
2
também estão representados na figura.
Todas as isoformas da NOS só são ativas quando formam homodímeros,
sendo que, a interação entre duas moléculas de NOS ocorre primariamente entre os
domínios oxidantes (STUEHR, 1997). Em um modelo proposto por Siddhonta e
colaboradores (SIDDHANTA et al., 1998) a transferência de elétrons ocorreu entre o
domínio redutor de uma molécula de NOS para o domínio oxidante da molécula da
NOS associada ao homodímero.
A função da tetraidrobiopterina está envolvida na manutenção e em parte, na
dimerização dos homodímeros de NOS (KLATT et al., 1995; STUEHR, 1997). Além
H
2
N
NH
NH
H
2
N
C
O
OH
L-arginina
H
2
N
N
NH
H
2
N
C
O
OH
OH
L-N-hidroxiarginina L-citrulina
O
NH
2
NH
H
2
N
C
O
OH
+
•N=O
O
2
H
2
O
NADPH NADP
O
2
H
2
O
0,5 NADPH 0,5 NADP
14
disso, sugere-se que a tetraidrobiopterina module a atividade do complexo Ferro(I)-O
2
(presente no grupamento heme). Acredita-se que o Ferro(I)-O
2
reage com a L-N-
hidroxiarginina, permitindo o correto posicionamento para a oxidação deste composto
durante a síntese de NO (BU-SOUD et al., 1997a; BU-SOUD et al., 1997b).
Quanto ao controle da atividade enzimática de NOS, além da dependência
das concentrações de cálcio anteriormente citada, a interação do NO com o
grupamento heme da própria NOS também é um mecanismo de controle da atividade
da enzima. Essa interação, determina que a produção de NO ocorra inicialmente de
maneira rápida, seguida de um platô de produção, devido à ligação do NO com a NOS,
causando ciclos entre os estados ativo e inativo (ligado ao NO) da enzima (STUEHR e
GHOSH, 2000).
Na ausência de substratos para a síntese de NO e aparentemente, na ausência
de H
4
B, ocorre o desacoplamento entre o consumo de NADPH e a oxidação de
arginina, causando a geração de superóxido (STUEHR e GHOSH, 2000). Assim, ao
invés da produção de NO pelo homodímero de NOS, os monômeros de NOS passam a
produzir superóxido. Esta observação é importante porque estudos recentes têm
demonstrado a associação entre o desacoplamento de NOS e o aumento do estresse
oxidativo que ocorre durante a insuficiência cardíaca (TAKIMOTO et al., 2005;
ZHANG et al., 2007).
2.2.1 Óxido nítrico sintase neuronal
Especificamente quanto às isoformas de NOS, a isoforma neuronal foi a
primeira isoforma identificada (BREDT et al., 1990; BREDT e SNYDER, 1990). A
NOS neuronal apresenta massa molecular de aproximadamente 160 kDa e apesar de
ter sido descrita no tecido nervoso, esta isoforma também pode ser encontrada em
diversos outros tecidos, inclusive na célula muscular cardíaca (XU et al., 1999;
BURKARD et al., 2007). O gene determinante de nNOS está localizado no
15
cromossomo 12, incluindo 29 éxons em uma região de 200 kb (FERON e MICHEL,
2002). A regulação da expressão de nNOS parece ser induzida por respostas neuronais
à agentes físicos, químicos e biológicos, como o estresse térmico e a transecção axonal
(FÖRSTERMANN, 2000).
Sendo esta uma enzima sensível às variações de Ca
2+
, neurotransmissores ou
sinalizadores celulares que determinem alterações na concentração intracelular de
cálcio irão regular a atividade de nNOS. A liberação de NO, derivado desta isoforma,
parece ocorrer por curto período de tempo e não de forma contínua e prolongada.
A nNOS apresenta uma sequência única de 220 aminoácidos na extremidade
N-terminal que contém motivos de ligação PDZ. Isto determina a interação da enzima
com ligantes como, por exemplo, as proteínas de densidade pós-sinápticas
(PSD, postsynaptic density proteins) PSD-95 e PSD-93 (BRENMAN et al., 1996a;
BRENMAN et al., 1996b). Como os receptores N-metil-D-aspartato (NMDA) também
se associam à PSD-95, nNOS é provavelmente a enzima ativada primariamente
durante o influxo de cálcio mediado pelos receptores NMDA, durante a transmissão
sináptica (FÖRSTERMANN, 2000). Outro ligante da porção PDZ da molécula é a
sintrofina, um dos componentes do complexo protéico associado à distrofina no
músculo esquelético (BRENMAN et al., 1996a). A associação com o complexo
distrofina, sugere que a nNOS participa da ativação muscular e que pode ser um dos
alvos terapêuticos nas miopatias, como a miopatia degenerativa de Duchenne, no
entanto, o seu papel específico e a quantidade de expressão da enzima durante as fases
de desenvolvimento da doença ainda necessitam de maiores esclarecimentos
(GROZDANOVIC et al., 1996; GUO et al., 2001; PUNKT et al., 2007).
2.2.2 Óxido nítrico sintase induzível
A isoforma induzível da óxido nítrico sintase apresenta massa molecular de
aproximadamente 130 a 131 kDa. A enzima leva este nome pelo fato de não ser
16
constitutiva, tendo sua expressão induzida por certos fatores como, por exemplo, o
LPS (lipopolissacarídeo) e certas citocinas, dentre elas: a interleucina 1 (IL-1), o
interferon-γ (IFN-γ) e o fator de necrose tumoral-α (TNF-α). O fator nuclear-κB (NF-
κB) está envolvido na indução da expressão de iNOS. Contudo, certas citocinas (IL-4,
IL-8 e IL-10) e fatores de crescimento tumoral (TGF-β 1, 2 e 3) inibem a expressão de
iNOS em macrófagos (referências contidas em (FÖRSTERMANN, 2000)). O gene
determinante de iNOS está localizado em uma região de 37kb no cromossomo 17 e
contém 26 éxons (FERON e MICHEL, 2002).
A expressão de iNOS é comum em macrófagos em locais onde haja a
presença de inflamação ativa, como nos macrófagos alveolares em regiões inflamadas
do pulmão (KOBZIK et al., 1993). A combinação de alta concentração de óxido
nítrico, associado à outros radicais de oxigênio, podem mediar diretamente a
citotoxicidade celular, sendo assim, o NO, um componente crítico da resposta imune
(MOILANEN e VAPAATALO, 1995).
Diferente das duas outras enzimas produtoras de NO, os mecanismos que
controlam a expressão da enzima iNOS são, na realidade, os mecanismos reguladores
de sua atividade. Não existem muitos detalhes sobre a regulação pós-translacional de
iNOS. Pan e colaboradores (PAN et al., 1996), demonstraram que existe fosforilação
de iNOS por tirosina quinases, no entanto, a importância fisiológica deste achado
ainda necessita esclarecimentos. Apesar de haver um sítio para a ligação de
calmodulina, na sequência de aminoácidos da iNOS, como anteriormente descrito, a
concentração de cálcio pouco influencia na regulação da atividade de iNOS. No
entanto, foi descrito que a enzima iNOS de humanos apresenta uma limitada
dependência da concentração intracelular de cálcio (GELLER et al., 1993).
2.2.3 Óxido nítrico sintase endotelial
A enzima óxido nítrico sintase endotelial apresenta massa molecular de
17
aproximadamente 133 kDa e foi inicialmente identificada em células endoteliais
(POLLOCK et al., 1991; FORSTERMANN et al., 1991a; FORSTERMANN et al.,
1991b). O gene que codifica eNOS está localizado no cromossomo 7, contendo 26
éxons em uma região de 22kb (FERON e MICHEL, 2002). A eNOS tem papel crucial
no mecanismo de relaxamento vascular e consequentemente, na regulação da pressão
sanguínea. Esta enzima também é expressa em outros tipos celulares, inclusive em
células musculares cardíacas (FERON et al., 1996).
Vários mecanismos podem modular a expressão de eNOS, sendo um dos
principais fatores o estresse de cisalhamento sobre o endotélio vascular, causado pelo
fluxo sanguíneo, que causo o aumento na expressão da enzima, enquanto a hipóxia,
está relacionada com a redução da expressão de eNOS em células endoteliais
pulmonares (FÖRSTERMANN, 2000).
Assim como para a enzima nNOS, o principal mecanismo ativador da eNOS
é a variação intracelular da concentração de cálcio. A fosforilação de eNOS tem sido
relatada, no entanto, a relevância fisiológica deste evento necessita ser determinada
(GARCIA-CARDENA et al., 1996). Dois sítios de fosforilação da eNOS foram
identificados, sendo eles a serina de posição 1177 e a treonina de posição 495.
Segundo Fleming e colaboradores (FLEMING et al., 2001), a fosforilação de eNOS na
serina 1177, no endotélio de aorta de porcos, induziu o aumento da atividade de eNOS
independente da concentração de cálcio, enquanto a fosforilação da treonina 495 inibiu
a atividade de eNOS.
Os domínios oxidantes de NOS possuem regiões de consenso para a ligação
de caveolinas, uma família de proteínas de ligação presente nas cavéolas, que são
invaginações da membrana plasmática. A enzima eNOS encontra-se associada à
caveolina-1 na célula endotelial (GARCIA-CARDENA et al., 1996; FERON et al.,
1996) e caveolina-3 na membrana da célula muscular cardíaca (FERON et al., 1996;
BAROUCH et al., 2002). Esta associação posiciona a enzima próxima a complexos
18
sinalizadores como, por exemplo, o receptor adrenérgico-β
3
. Sugere-se que a
estimulação dos receptores adrenérgico-β
3
induza a produção local de NO pela eNOS,
o que determina efeitos inotrópicos negativos no coração (GAUTHIER et al., 1998). A
associação de eNOS com as caveolinas contribui para a diminuição da sua atividade
enzimática. Uma vez que a concentração de cálcio aumente, acarretando na ativação
da calmodulina e interação desta com a eNOS, a inibição mediada pela caveolina é
revertida (MICHEL et al., 1997).
Outras formas de controle pós-translacional de eNOS descritas são a
palmitolação e depalmitolação. A palmitolação parece ser obrigatória para a ligação de
eNOS com a caveolina (FERON et al., 1998).
2.3 EFEITOS BIOLÓGICOS DO ÓXIDO NÍTRICO SOBRE O SISTEMA
CARDIOVASCULAR
2.3.1 Processos envolvidos na regulação da contração do músculo liso vascular
A camada muscular dos vasos sanguíneos é composta por células musculares
lisas, de formato fusiforme, que regulam através da sua contração o diâmetro interno e
a pressão luminal dos vasos sanguíneos.
A célula muscular lisa é assim chamada por não apresentar padrões
repetitivos de organização dos miofilamentos, como ocorre no músculo estriado
esquelético e cardíaco. Embora os miofilamentos finos e grossos sejam compostos
principalmente por actina e miosina respectivamente, assim como acontece no
músculo estriado cardíaco e esquelético, o filamento fino no músculo liso não
apresenta o complexo troponina. A troponina C presente no músculo estriado, como
será descrito adiante, é uma proteína ligante de cálcio que regula a contração muscular
(MURPHY, 2000).
19
Apesar do músculo liso não expressar troponina, outras proteínas associadas
aos filamentos finos como a calponina e caldesmona, parecem estar envolvidas na
regulação da contração muscular. Estas proteínas, ligam-se ao filamento fino em
baixas concentrações de cálcio impedindo a interação dos miofilamentos. Em altas
concentrações de cálcio, calponina e caldesmona, ligam-se preferencialmente à
calmodulina, deixando assim de inibir a interação dos miofilamentos (SZYMANSKI,
2004). A fosforilação da caldesmona também parece regular a contração do músculo
liso e o remodelamento do citoesqueleto em células não-musculares (KORDOWSKA
et al., 2006).
O principal mecanismo de regulação da contração do músculo liso ocorre no
filamento grosso. A miosina apresenta uma região terminal em formato globular
denominada de cabeça da miosina, que é a região de alta afinidade para a ligação da
actina, e uma porção em formato de bastão, que associada a porções semelhantes de
outras moléculas de miosina dá formato a longa cauda da molécula. Existe uma região
de transição, entre a cabeça e a cauda, onde ficam situadas as cadeias leves da miosina.
As cadeias leves da miosina são duas, a cadeia leve essencial (ELC) e a cadeia leve
reguladora (RLC). A cadeia leve reguladora é ligante de cálcio e pode ser fosforilada,
alterando assim a conformação da molécula de miosina (DILLON et al., 1981;
AKSOY et al., 1982).
Durante a contração muscular, a concentração de cálcio livre intracelular
aumenta devido a estímulos mecânicos e/ou químicos. O cálcio se liga à calmodulina e
ativa a quinase da cadeia leve da miosina (MLCK), que fosforila a cadeia leve
reguladora da miosina. A fosforilação da RLC determina alterações conformacionais
na molécula de miosina, fazendo com que os sítios de ligação para actina, presentes na
cabeça da miosina, fiquem disponíveis para ligação. As alterações conformacionais da
miosina, decorrentes da fosforilação da cadeia leve reguladora, também permitem que
a atividade da ATPase da cabeça da miosina ocorra. Uma vez que haja fosforilação da
20
RLC e exposição dos sítios de ligação, existe interação de alta afinidade entre miosina
e actina filamentar (DILLON et al., 1981; AKSOY et al., 1982; PFITZER, 2001).
A hidrólise de ATP gera energia para a contração muscular. A ligação da
molécula de ATP na ATPase presente na miosina, determina o desligamento entre a
cabeça da miosina e a actina mas, enquanto houver alta concentração de cálcio
citoplasmática, a actina e miosina continuam interagindo de forma cíclica.
A diminuição da concentração de cálcio intracelular faz com que ocorra
menor fosforilação da RLC, que associada à desfosforilação da RLC determinada pela
fosfatase da cadeia leve da miosina (MLCP), fazem com que a miosina adquira a
conformação inicial, impossibilitando a interação com a actina e determinando o
relaxamento muscular. Para manter baixa a concentração de cálcio intracelular a célula
muscular estoca a maior parte do cálcio dentro do retículo sarcoplasmático e transporta
o restante para o meio extracelular.
O estímulo para contração do músculo liso pode ser gerado através do
estiramento da célula muscular, que resulta em despolarização da membrana e
consequente ativação de canais de cálcio voltagem-dependentes, ou através da ligação
de agonistas em receptores de membrana associados à proteína G ou aos canais de
cálcio. A ligação do agonista aos receptores associados à proteína G determina a
ativação da fosfolipase C, que gera os mensageiros trifosfato de inositol (IP
3
) e
diacilglicerol (DG). O IP
3
liga-se a receptores no retículo sarcoplasmático
determinando a liberação de cálcio, enquanto o DG ativa a proteína quinase C (PKC),
que geralmente induz efeitos promotores da contração muscular como, por exemplo, a
fosforilação de canais de cálcio do tipo L (WEBB, 2003).
Além disso, sabe-se hoje que a Rho-quinase tem papel na promoção e
manutenção da contração do músculo liso por fosforilar a fosfatase da cadeia leve da
miosina, inativando-a (SOMLYO e SOMLYO, 1998; WEBB, 2003).
Dos mecanismos responsáveis pelo relaxamento do músculo liso vascular, a
21
ativação da proteína quinase dependente do GMPc (PKG) é provavelmente o
mecanismo mais importante. Como será detalhado abaixo, o NO derivado do endotélio
tem ação sobre o músculo liso, ativando a guanilato ciclase solúvel, o que desencadeia
a ativação da PKG. No entanto, este não é o único mecanismo responsável pelo
relaxamento vascular. Por exemplo, nas artérias coronárias, a estimulação β-
adrenérgica ativa a proteína quinase dependente de AMPc (PKA), que fosforila a
MLCK, diminuindo a sua atividade e assim, reduzindo a fosforilação da MLC, o que
contribui para o relaxamento muscular.
2.3.2 Efeitos do NO sobre o relaxamento vascular
O envolvimento do fator de relaxamento derivado do endotélio, na
sinalização do relaxamento vascular, era evidente antes da sugestão de que este fator
pudesse ser o NO. Furchgott e Zawadzki (FURCHGOTTe ZAWADZKI, 1980),
demonstraram que a integridade do endotélio vascular era necessária para que o
relaxamento vascular induzido pela acetilcolina ocorresse.
A identificação da NO como sendo a molécula derivada do endotélio
vascular, responsável pela sinalização para o relaxamento do músculo liso vascular, foi
descrita pelos pesquisadores Luis Ignarro (IGNARRO et al., 1987a; IGNARRO et al.,
1987b) e Salvador Moncada (PALMER et al., 1987), no ano de 1987, em publicações
quase que simultâneas. À partir daí, começou-se a investigar a participação do NO
como molécula sinalizadora em diversos tecidos.
Após a descoberta de que o NO era o fator de relaxamento derivado do
endotélio, o grupo chefiado por Salvador Moncada, demonstrou através do uso de
análogos da L-arginina, a importância da síntese basal de NO na manutenção de
valores normais de pressão arterial (REES et al., 1989).
O estímulo para o relaxamento vascular proveniente do endotélio, inicia-se
depois que agentes vasodilatadores como a badicinina e prostaglandina E
2
, ligam-se a
22
receptores de membrana, na célula endotelial, ou através do estresse de cisalhamento
sobre o endotélio vascular. Ainda está pouco esclarecido como a atividade de NOS
aumenta após o estímulo proveniente do estresse de cisalhamento, mas sabe-se que
este é um mecanismo importante para a regulação do fluxo sanguíneo durante o
controle da pressão arterial e durante o exercício físico. Existe evidência de que o
estresse de cisalhamento possa ativar os canais de cálcio da membrana da célula
endotelial, e dessa maneira ativar a eNOS, no entanto, o relaxamento mediado pelo
estresse de cisalhamento, também pode ocorrer independente de alterações na
concentração intracelular de cálcio (IGNARRO, 2002).
Uma vez que os receptores de membrana, associados à proteína G, são
ativados pela ligação de agonistas, ocorre a ativação da enzima fosfolipase C e
consequente produção de IP
3
.
O IP
3
age sobre os receptores presentes no retículo
citoplasmático, determinando a liberação de cálcio para o citoplasma. O aumento da
concentração de cálcio no citoplasma ativa a calmodulina, que por sua vez, ativa a
eNOS, que é a isoforma predominante na célula endotelial.
A enzima eNOS localiza-se na membrana celular e pode estar associada à
caveolinas, em especial a caveolina-1 na célula endotelial. As caveolinas são proteínas
de ligação presentes nas cavéolas, que são invaginações da membrana celular onde se
concentram receptores e grupos de enzimas, que por estarem localizados em
proximidade uns aos outros, tornam a sinalização celular mais eficiente (FERON et al.,
1996; SBAA et al., 2005). Uma vez ativada, a enzima eNOS sintetiza o NO, que se
difunde para a célula muscular lisa presente nos vasos sanguíneos.
A eNOS não é a única enzima responsável pela produção de NO durante a
sinalização para o relaxamento do músculo liso. Em situações onde ocorre ativação de
macrófagos como, por exemplo, durante o choque séptico, existe alta expressão de
iNOS em macrófagos e possivelmente na própria célula endotelial, o que acarreta em
grande produção de NO. Isto explica a hipotensão arterial em doentes que apresentam
23
choque séptico (ANNANE et al., 2000; KADOI e GOTO, 2004; BARTH et al., 2006).
A isoforma neuronal da NOS também parece contribuir diretamente para o
relaxamento vascular produzindo NO. A ação da nNOS parece estar restrita a vasos
inervados pelos nervos nitrérgicos (NANC, nervos não-adrenérgicos não-
colinérgicos), que são nervos parassimpáticos estimulantes de vasos sanguíneos
presentes no coração, pulmões, sistema gastrointestinal e urogenital (RAND e LI,
1995). Apesar da atividade de NOS existir na terminação destes nervos, ainda existe
controvérsia quanto ao papel exclusivo do NO neste tipo de transmissão nervosa
(CORREIA et al., 2000).
O mecanismo de ação do NO na célula muscular lisa, deve-se principalmente
à ativação da enzima guanilato ciclase. Uma vez produzido pelo endotélio, o NO se
difunde até a célula muscular dos vasos sanguíneos e liga-se à guanilato ciclase
sensível ao NO. A guanilato ciclase solúvel (GCs) representa o maior alvo para o NO
na célula muscular. O termo guanilato ciclase sensível ao óxido nítrico vem sendo
usado pois, além de ativar a GCs, o NO é capaz de ativar um dos dímeros da GC
(α
2
β
1
) que é encontrado na membrana sináptica (FRIEBE e KOESLING, 2003). No
entanto, o NO não é capaz de ativar a GC associada aos receptores de membrana
(FRIEBE e KOESLING, 2003).
O NO liga-se ao grupamento heme presente na GCs aumentando a atividade
da enzima de 100 a até 400 vezes (STONE et al., 1995; STONE e MARLETTA,
1995a; STONE e MARLETTA, 1995b). Antes da ligação do NO, o ferro do grupo
heme se liga à histidina de posição 105 presente na subunidade β
1
do dímero da GC
(os dímeros descritos são α
1
β
1
e α
2
β
1
). Uma vez que o NO se liga ao ferro da GC,
ocorre a quebra da ligação com a histidina 105. Este é considerado o fator
desencadeador que acarreta no aumento da atividade enzimática da GCs (FRIEBE e
KOESLING, 2003). A quebra da ligação entre o ferro e a histidina é importante para a
ativação da GCs, como foi demonstrado por Koesling e colaboradores (KOESLING e
24
FRIEBE, 2000). Os autores constataram que outro ligante da GCs, o monóxido de
carbono (CO), aumenta a atividade enzimática da GCs em apenas 4 a 6 vezes, pelo
fato de não induzir a quebra da ligação do ferro com a histidina 105 (KOESLING e
FRIEBE, 2000).
Outros ativadores da GCs, que têm sido estudados como possíveis drogas de
valor terapêutico, são: o YC-1, que potencializa a ativação pelo NO e o composto
BAY58-2667, que ativa a GCs independente do NO (KOESLING e FRIEBE, 2000).
A ativação da GCs gera a produção de GMPc, que consequentemente ativa a
PKG. A PKG pode fosforilar canais de cálcio voltagem-dependentes presentes na
membrana celular, o que determina a diminuição da entrada de cálcio para a célula
(TAGUCHI et al., 1997; HEYDRICK, 2000). Existe evidência de que o NO bloqueie a
ação da fosfolipase C, consequentemente inibindo a liberação de cálcio mediada pelo
trifosfato de inositol (IP3) (HIRATA et al., 1990; CLEMENTI et al., 1995). A PKG
também inibe a liberação de cálcio do RS, por fosforilar e inibir os receptores de IP
3
presentes em suas membranas (KOMALAVILAS e LINCOLN, 1996). Somado a isto,
o NO induz o aumento do transporte de cálcio pela bomba de cálcio do retículo
sarcoplasmático (SERCA) de maneira independente da GMPc (BUSSE e FLEMING,
2000) e também, parece aumentar a fosforilação da proteína fosfolambano durante o
relaxamento vascular (KARCZEWSKI et al., 1998). Todos estes efeitos determinam a
diminuição da concentração de cálcio livre no citoplasma e consequentemente
contribuem para o relaxamento muscular.
Outra ação da PKG é a fosforilação de canais de potássio (K
+
) na membrana
celular, promovendo o aumento do transporte de K
+
e consequente repolarização da
membrana, contribuindo assim, para o relaxamento muscular (BUSSE e FLEMING,
2000). O NO também pode aumentar o fluxo de K
+
de maneira direta, por nitrosilar os
canais de potássio dependentes de cálcio, presentes na membrana celular do músculo
liso (BOLOTINA et al., 1994).
25
Outra maneira pela qual a PKG induz o relaxamento do músculo liso é
através da dessensibilização dos filamentos contráteis. A PKG fosforila a MLCK,
diminuindo a sua atividade, e consequentemente, diminuindo a fosforilação da cadeia
leve reguladora da miosina. Aliado a isto, a ativação da PKG aumenta a atividade da
MLCP, aparentemente por fosforilação direta desta enzima ou talvez pelo bloqueio da
inibição mediada pela Rho-quinase, o que contribui para diminuir a fosforilação da
MLC (LINCOLN et al., 2001). Uma terceira possibilidade, é a influência da PKG na
regulação da contratilidade do músculo liso exercido pelo filamento fino, no entanto,
esta proposição ainda é controversa (LINCOLN et al., 2001).
A figura 03 ilustra os mecanismos de produção do NO pelo endotélio
vascular e os mecanismos de ação desta molécula na célula muscular lisa, causando o
relaxamento vascular. É importante observar, que o foco deste trabalho não é revisar
todos os mecanismos responsáveis pelo relaxamento muscular, mas sim dar ênfase aos
mecanismos mediados pelo NO. Deve-se ressaltar, que existem outras substâncias
vasoativas, como as prostaciclinas, que exercem efeito suplementar ao NO no processo
de relaxamento vascular .
Além do principal efeito do NO sobre os vasos sanguíneos, que é a
promoção do relaxamento vascular, citam-se outros efeitos como a inibição do
crescimento das células musculares lisas dos vasos sanguíneos e a indução da apoptose
da célula muscular lisa (NISHIO et al., 1996) após exposição crônica à altas doses de
NO.
Talvez o principal efeito do NO nos vasos sanguíneos, depois do
relaxamento da musculatura lisa, seja o controle da adesão e agregação plaquetária. O
NO, tanto derivado do endotélio quanto o produzido pelas próprias plaquetas, inibe a
adesão plaquetária e consequentemente, a ativação e agregação das plaquetas. Este
mecanismo é dependente da ativação da GCs, dentro da plaqueta, com consequente
ativação de PKG, que causa a diminuição do influxo de cálcio para a plaqueta e
26
estimulação da recaptação de cálcio pelo retículo citoplasmático, limitando dessa
forma, a agregação plaquetária (LOSCALZO, 2001). Outros possíveis mecanismos de
ação do NO seriam a fosforilação dos receptores de tromboxano A
2
, mediada pela
PKG, causando a diminuição na ativação destes receptores (WANG et al., 1998) e a
diminuição da expressão de algumas proteínas de superfície, como P-selectina e
CD63, importantes para a adesão plaquetária (LOSCALZO, 2001).
Quanto à participação do NO ou derivados, como o peroxinitrito, na
patofisiologia das doenças vasculares, Ravalli e colaboradores (RAVALLI et al.,
1998) constataram a presença de iNOS e proteínas nitrosiladas em artérias de pacientes
submetidos ao transplante cardíaco devido à doença coronariana. Demonstraram dessa
forma, o possível envolvimento da alta produção de NO e/ou peroxinitrito na
patofisiologia da doença arterial coronariana em corações transplantados.
27
FIGURA 03 - MECANISMO DE RELAXAMENTO DA CÉLULA MUSCULAR LISA MEDIADO PELO ÓXIDO
NÍTRICO
Nota: Representação esquemática da produção e dos efeitos do óxido nítrico durante o
relaxamento vascular. As abreviações usadas foram : R, receptores; PLC, fosfolipase C; G, proteína G;
Vm, potencial de membrana; IP3, trifosfato de inositol; RC, retículo citoplasmático; CaM,
calmodulina; eNOS, óxido nítrico sintase endotelial; iNOS, óxido nítrico sintase induzível; NO, óxido
nítrico; sGC, guanilato ciclase solúvel; GTP, guanosina trifosfato; cGMP monofosfato cíclico de
guanosina; PKG, proteína quinase dependente de cGMP; RS, retículo sarcoplasmático; PLB,
fosfolambano; SERCA, bomba de cálcio do retículo sarcoplasmático; MLCK, quinase da cadeia leve
reguladora da miosina, P-MLC, cadeia reguladora da miosina fosforilada; MLCP, fosfatase da cadeia
leve reguladora da miosina. Os símbolos + e – indicam estímulo e inibição de função,
respectivamente. O quadro inserido no canto inferior direito indica a maneira pela qual e sGC é
ativada pelo NO e está indicado pelo símbolo * na figura representativa da célula muscular lisa. A
ligação do NO com o ferro do grupo heme causa a quebra da ligação do ferro com a histidina de
posição 105, o que induz alterações conformacionais na sGC, aumentando a sua atividade enzimática.
G
R
PLC
PLC
IP
3
+
IP
3
R
Ca
2+
Ca
2+
RC
Vasodilatadores
(
acetilcolina, badicinina, PGE
2
, outros)
Ca
2+
Estresse de
cissalhamento
K
+
↓ Vm
+
Cav-1
eNOS
CaM
+
NO
NO
+
+
K
+
Ca
2+
–
sGC
GTP
cGMP
PKG
+
–
Ca
2+
RS
SERCA
MLCK
+
P-MLC
Choque séptico
Citocinas
iNOS
iNOS
Macrófagos
Relaxamento
Relaxamento
Rho-quinase
MLCP
–
–
NO
NO
+
?
Célula
endotelial
Célula
muscular lisa
PLB
PLB
NO
Fe
His 105
*
*
28
2.3.3 Processos envolvidos na regulação da contratilidade cardíaca
O músculo estriado é assim denominado, devido ao arranjo dos
miofilamentos no seu interior. Quando observado no microscópio ótico, o arranjo dos
miofilamentos gera difração dos feixes de luz determinando o padrão de estriações.
Os mecanismos de contração e de regulação do músculo estriado diferem
daqueles descritos para o músculo liso e por isso estão detalhados nesta secção, que dá
enfoque sobretudo, à fisiologia do músculo estriado cardíaco.
No músculo estriado, os filamentos finos são formados pela actina
filamentar, pelo complexo troponina e pela tropomiosina. Os filamentos grossos são
constituídos principalmente por moléculas de miosina. Estes filamentos estão
dispostos de maneira que, um padrão repetitivo de organização pode ser identificado,
sendo denominado de sarcômero, que é considerado a estrutura funcional do músculo
estriado.
Devido ao padrão de interdigitação entre os filamentos finos e grossos, uma
vez que haja a interação entre eles, ocorre a geração de tensão (processo de contração
muscular) e consequentemente, mas não obrigatoriamente, encurtamento do sarcômero
(diferenciando assim as contrações isométricas, onde o comprimento muscular é
mantido embora tensão seja gerada, das contrações isotônicas, onde existe geração de
tensão acompanhada de variação no comprimento muscular). O encurtamento do
sarcômero ocorre quando os filamentos finos deslizam em relação ao filamento grosso
em direção ao centro do sarcômero (Linha M).
A teoria dos filamentos deslizantes proposta por H. E. Huxley em 1969
(HUXLEY, 1969), baseada em análises por microscopia eletrônica e difração por
raios-x ainda é aceita até os dias de hoje, embora várias contribuições tenham sido
adicionadas à ela. Esta teoria prevê que a geração de tensão no músculo ocorre após
alterações conformacionais na molécula de miosina, uma vez que esta esteja
interagindo com a actina (SPUDICH, 2001). Esta interação ocorre entre uma das
29
extremidades da miosina onde está presente uma estrutura de formato globular
(“cabeça” da miosina) e sítios de ligação para miosina presente na actina, formando o
que se chama de pontes transversas (VIBERT et al., 1997; WOLSKA et al., 1999;
GORDON et al., 2000; GORDON et al., 2001). Este processo é dependente da
utilização do ATP, clivado na ATPase presente na cabeça da miosina (SPUDICH,
2001).
O filamento grosso é uma estrutura bipolar de aproximadamente 1.5 ηm de
comprimento e composto principalmente da proteína miosina tipo II. Cada filamento
grosso é composto de aproximadamente 300 moléculas de miosina (BERS, 2001;
LEVINE e KENSLER, 2002). No filamento grosso também estão presentes outras
proteínas acessórias dentre elas a proteína-C ligante da miosina (MyBP-C) e a titina.
Quanto à função destas proteínas associadas ao filamento grosso, sugere-se que seu
principal papel seja a manutenção da estrutura e integridade do sarcômero (BERS,
2001).
A miosina II é composta de duas cadeias pesadas e dois pares de cadeias
leves. As duas cadeias pesadas formam as duas cabeças globulares da miosina e a
longa cauda da molécula. As cabeças da miosina se dispõem projetadas do eixo da
molécula em direção ao filamento fino, sendo esta a região responsável pela interação
com a actina e também o local onde se encontra a ATPase. A longa cauda da miosina
é formada pela associação em espiral da porção não-globular da miosina. Diferente da
miosina presente no músculo liso, a fosforilação da cadeia leve reguladora não é
necessária para desencadear o processo de contração. No entanto, como será descrito
adiante, a fosforilação da RLC é uma mecanismo envolvido na modulação da
contração do músculo estriado cardíaco.
Através de clivagem enzimática por tripsina, a miosina pode ser subdividida
em meromiosina leve (LMM), que corresponde à cauda da molécula e meromiosina
pesada (HMM), que é formada pelas duas cabeças globulares, pelas cadeias leves da
30
miosina e por uma porção de ligação entre as cabeças globulares e a cauda. A
meromiosina pesada pode ainda ser subdividida, através da ação da papaína, em:
subfragmento-1 (S1), de aproximadamente 20 ηm, composto pela cabeça globular e
pelas cadeias leves essencial e reguladora da miosina; em subfragmento-2 (S2), de
aproximadamente 50 ηm, que liga S1 a cauda da miosina. As duas cadeias leves da
miosina são denominadas: cadeia leve alcalina ou MLC1 ou ainda cadeia leve
essencial da miosina (ELC) e cadeia leve fosforilável da miosina ou MLC2 ou ainda
cadeia leve reguladora da miosina (RLC).
O processo de interação molecular que ocorre entre actina e miosina
necessita de regulação apurada, para que a contração se adapte às condições requeridas
de carga, velocidade, etc.
O principal mecanismo de regulação da contratilidade muscular, presente nos
miofilamentos do músculo estriado, é realizado pelo filamento fino. Existe um
complexo de proteínas disposto ao redor da actina filamentar que regula, em última
análise, a disponibilidade dos sítios de ligação para a miosina, presentes no filamento
de actina.
A tropomiosina (TM) é uma proteína filamentar que bloqueia fisicamente os
sítios de ligação para a miosina presentes nos monômeros de actina, impedindo assim
a interação entre actina e miosina durante o relaxamento muscular. O complexo
troponina, composto de três porções denominadas de troponinas C, I e T, está presente
a cada sete monômeros de actina e interage com a tropomiosina e com os íons cálcio.
Alterações conformacionais do complexo troponina ocorrem quando o cálcio se liga à
troponina C. Alterações do complexo troponina são transmitidas para tropomiosina,
através da interação desta com a troponina T (TnT). Consequentemente, as alterações
na tropomiosina fazem com que a molécula se mova, disponibilizando para ligação os
sítios de ligação da miosina presentes na actina, dessa forma, permitindo a contração
muscular (GORDON et al., 2000). No complexo troponina existe ainda a troponina I,
31
que inibe a interação entre alguns monômeros de actina e a miosina, nas concentrações
de cálcio diastólicas (LAYLAND et al., 2005).
As alterações da concentração dos íons cálcio no meio intracelular irão
determinar a ativação e a inativação do processo contrátil na célula muscular, devido à
interação destes íons com a troponina C, presente nos filamentos finos. Sumariamente,
uma vez que haja a propagação de um potencial de ação através da membrana da
célula muscular cardíaca, ocorre a abertura de canais de cálcio dependentes de
voltagem e consequente influxo de cálcio. No músculo cardíaco, ocorre o fenômeno de
liberação de cálcio, armazenado no retículo sarcoplasmático (RS), induzido pelo cálcio
que entrou na célula em consequência da abertura dos canais de cálcio dependentes de
voltagem (BERS, 2002). A saída de cálcio do RS ocorre através dos canais
rionidínicos (BERS, 2002) e aumenta rapidamente a concentração citoplasmática
destes íons.
O aumento da concentração citoplasmática de cálcio, propicia a interação
dos íons cálcio com os sítios de ligação, de alta afinidade para este íon, presentes na
troponina C (GORDON et al., 2000; GORDON et al., 2001; LEHMAN et al., 2001;
CRAIG e LEHMAN, 2001), determinando assim, as alterações conformacionais dos
miofilamentos que ocorrem durante a contração muscular.
Para que ocorra o relaxamento muscular, é necessário que a concentração
citoplasmática de cálcio diminua. Para isto, existem mecanismos capazes de
transportar o cálcio para dentro do RS e para fora da célula. A maior parte do cálcio
citoplasmático é recaptada pelo RS através da bomba de cálcio do retículo
sarcoplasmático (SERCA2) (BERS, 2001), que tem um papel importante na
modulação da contratilidade cardíaca. A atividade de SERCA2 determina a velocidade
de recaptação do cálcio do citoplasma para o interior do retículo sarcoplasmático,
influenciando, dessa forma, a velocidade de relaxamento muscular; determina também,
a quantidade de cálcio “carregada” no RS, que se refere ao estoque de cálcio presente
32
no RS entre as contrações musculares influenciando, dessa maneira, a amplitude de
força muscular desenvolvida (BLUHM et al., 2000; BERS, 2001).
O transporte de cálcio para dentro do RS também é regulado pela
fosforilação de SERCA e pela proteína fosfolambano, que interage com SERCA2,
inibindo a sua função. A função do fosfolambano pode ser descrita como uma contínua
inibição sobre a recaptação de cálcio promovido pela SERCA2, modulando desta
forma a velocidade e quantidade de Ca
2+
recaptada (WOLSKA et al., 1996; BLUHM
et al., 2000). Esta inibição é atenuada através da fosforilação do fosfolambano via
PKA (proteína quinase A), via proteína quinase dependente de Ca
2+
/calmodulina ou
através da elevação da concentração de cálcio (JAMES et al., 1989; BLUHM et al.,
2000). A proteína fosfolambano também pode ser fosforilada pela PKG (COLYER,
1998).
Parte do cálcio citoplasmático é bombeado para fora da célula cardíaca. Isto
ocorre principalmente pelo trocador Na
+
/Ca
2+
presente na membrana celular. Quando
existe alta concentração de cálcio citoplasmática, o trocador Na
+
/Ca
2+
funciona de
maneira reversa, extraindo cálcio da célula à medida que transporta sódio para seu
interior (BERS, 2001; BERS, 2002). Existe um pequeno fluxo de cálcio para a
mitocôndria, no entanto, este mecanismo parece não influenciar de maneira
significativa as concentrações de cálcio transiente dentro da célula cardíaca (BERS,
2001; BERS, 2002).
Existem ainda, vários outros fatores que participam da regulação da
contratilidade cardíaca além dos mecanismos clássicos citados anteriormente. Por
exemplo, sugere-se um modelo mais detalhado da interação entre os filamentos finos e
grossos onde a ligação do cálcio à troponina C é insuficiente para ativar
completamente o filamento fino (LEHMAN et al., 1994; LEHMAN et al., 1995;
LEHMAN et al., 2001; CRAIG e LEHMAN, 2001). A interação do subfragmento–1
(S-1) da miosina e a interação entre moléculas contíguas de tropomiosina, são fatores
33
importantes para a completa ativação do filamento (cooperatividade da ativação)
(LEHMAN et al., 1994; LEHMAN et al., 1995; CRAIG e LEHMAN, 2001).
Outro grande exemplo é a fosforilação das proteínas que compõe os
miofilamentos. A fosforilação da isoforma cardíaca da TnI (cTnI) durante estimulação
β-adrenérgica determina a diminuição da sensibilidade dos miofilamentos aos íons
cálcio (FREARSON et al., 1976; SOLARO et al., 1976; KRANIAS e SOLARO,
1982). No coração, a fosforilação da TnI por PKA (ou seguinte à estimulação β-
adrenérgica) gera aceleração do relaxamento cardíaco, possivelmente, contribuindo
para o efeito inotrópico positivo (LAYLAND et al., 2005). TnI também pode ser
fosforilada pela proteína quinase C (PKC) nas serinas 23 e 24, nas serinas de posição
43 e 45 e na treonina de posição 144. A fosforilação da TnI nas serinas 43 e 45 reduz a
tensão máxima produzida por fibras cardíacas isoladas (PYLE et al., 2002). A TnI é
também fosforilada pela proteína quinase G (PKG) nas serinas 23 e 24 resultando em
efeitos similares aqueles induzidos por PKA (LAYLAND et al., 2005). Um agente
reconhecido por ativar as cascatas enzimáticas dependentes da proteína-G é o óxido
nítrico. O uso de NO ou de doadores de NO no coração resulta em aceleração do
relaxamento do miocárdio e redução do tônus diastólico (SHAH et al., 1994; PAULUS
et al., 1994; LAYLAND et al., 2002).
A fosforilação da cTnI é importante para o relaxamento normal do músculo
cardíaco. De fato, animais transgênicos onde a cTnI foi substituída pela isoforma
presente no músculo esquelético (ssTnI), apresentam prolongamento do relaxamento
muscular cardíaco (WOLSKA et al., 2001; WOLSKA et al., 2002). A isoforma de TnI
presente no músculo estriado esquelético humano (ssTnI) difere da isoforma cardíaca
(cTnI), por não apresentar a sequência de aminoácidos onde as serinas fosforiláveis da
posição 23 e 24 estariam presentes. Isto porque a cTnI possui 27 a 33 aminoácidos
adicionais na porção N-terminal da proteína, quando comparada às sequências de
aminoácidos descritas para a ssTnI {Leszyk, 1988 555 /id}. Contudo, animais que
34
expressam ssTnI no coração são mais resistentes à acidose (WOLSKA et al., 2001;
URBONIENE et al., 2005). Isto explica porque durante a fase embrionária e neonatal
existe expressão da isoforma esquelética da troponina I no coração, visto que, durante
esta fase, o embrião se expõe com mais frequência a situações de hipóxia. Essa
resistência à acidose é muito interessante, pois parece ser decorrente de diferenças na
sequência de aminoácidos entre as isoformas de TnI, presentes em uma porção
diferente daquela onde as serinas fosforiláveis 23 e 24 estariam. Ainda não existe
consenso em relação à porção da molécula de ssTnI que determina a resistência à
acidose.
Apesar do local primário da regulação da contração no músculo estriado ser
o filamento fino, o filamento grosso também exerce efeito modulatório no mecanismo
de contração. No músculo estriado, existem várias incertezas quanto à função
específica das cadeias leves da miosina e das situações onde a cadeia leve reguladora é
fosforilada. Propõe-se um modelo atual de interação entre a miosina e actina, onde o
componente elástico que move a cabeça globular da miosina estaria, provavelmente,
presente ao nível do braço de alavanca (transição dos segmentos S1 e S2) ao invés de
estar presente apenas na cabeça globular da miosina (PIAZZESI e LOMBARDI, 1995;
DOBBIE et al., 1997; MORANO, 1999; HOPKINS et al., 2002), envolvendo assim a
participação das cadeias leves neste processo.
A fosforilação da cadeia leve reguladora da miosina, está envolvida na
regulação da força e velocidade de contração (KAMM e STULL, 2001; DIAS et al.,
2006) e na sensibilidade dos miofilamentos ao cálcio (METZGER e MOSS, 1992;
SZCZESNA et al., 1996; SZCZESNA et al., 2002).
Para avaliar a importância da fosforilação da cadeia leve reguladora da
miosina (RLC) no coração, Dias e colaboradores (DIAS et al., 2006) utilizaram uma
linhagem de camundongos transgênicos onde a RLC não pode ser fosforilada nas
serinas de posição 14, 15 e 19 (animais denominados RLC(P-)) (Figura 04). Os
35
corações isolados destes animais transgênicos, apresentaram diminuição da pressão
desenvolvida pelo ventrículo esquerdo (PDVE) e da contratilidade cardíaca,
representada pela derivada de pressão pelo tempo (dP/dt
max
) (Figura 04 D-E). Como
esperado, a quantidade de RLC fosforilada nos animais RLC(P-) foi praticamente nula,
no entanto, observou-se que a fosforilação da cTnI estava reduzida nos corações
isolados destes animais (aproximadamente 20% abaixo do valor da fosforilação de
cTnI em animais-controle) (figura 04 A-C). A diminuição da fosforilação da cTnI
provavelmente representa um mecanismo compensatório para manter a sensibilidade
dos miofilamentos ao cálcio em valores compatíveis com o normalidade.
Aparentemente, a redução da contratilidade e da pressão desenvolvida pelo
VE nos animais RLC(P-) ocorreu independente de alterações nas concentrações de
cálcio transiente (figura 04 E). A concentração de cálcio transiente, em células
cardíacas isoladas dos ventrículos, foi avaliada através da fluorescência do corante
FURA e os resultados foram similares entre os grupos de animais transgênicos RLC(P-
) e não-transgênicos (NTG).
Outros autores também demonstraram associação diretamente proporcional
entre a fosforilação de RLC e a pressão desenvolvida pelo VE (FITZSIMONS et al.,
1989; FITZSIMONS et al., 1990a; FITZSIMONS et al., 1990b). Baseado nestes e em
outros achados (MORANO et al., 1985; MORANO et al., 1986; MORANO e
RUEGG, 1986; MORANO et al., 1988; SANBE et al., 1999), postula-se que a
fosforilação da cadeia leve reguladora da miosina tenha participação na modulação da
contração do músculo estriado cardíaco.
36
FIGURA 04 - CONSEQUÊNCIA DA MUTAÇÃO DA CADEIA LEVE REGULADORA DA MIOSINA TORNANDO-A
NÃO FOSFORILÁVEL
NOTA: (A) e (B) Separação da RLC em gel bi-dimensional. As amostras foram obtidas de
animais não-transgênicos (NTG) e de animais transgênicos onde a RLC não pode ser fosforilada nas
serinas de posição 14, 15 e 19 (RLC(P-)). Os géis foram corados com ProQ diamond (A) para
demonstrar a proteína fosforilada e com Sypro Ruby (B) para demonstrar a quantidade total de
proteínas. Pôde-se separar a forma desfosforilada da RLC (1) e duas formas fosforiladas da RLC (2,3).
Em (C), as amostras foram separadas pelos pontos isoelétricos, seguido de immunoblotting com o uso
de anticorpo contra TnI. As bandas representam a forma desfosforilada (U) e as formas fosforiladas
(P1, P2, P3) da TnI, em amostras de corações, eletroestimulados a 300bpm ou 600bpm, provenientes
de animais NTG e RLC(P-). Os resultados obtidos em corações perfundidos pela técnica de
Langendorff estão apresentados nas imagens (D) e (F), que representam as médias (± erro padrão) da
pressão desenvolvida pelo VE (PDVE) e da derivada de pressão pelo tempo (dP/dt
max
),
respectivamente. Em (F), estão representadas imagens dos picos de cálcio transiente, medidos pela
fluorescência do corante FURA2, em células ventriculares cardíacas isoladas de animais NTG e
RLC(P-) e eletroestimuladas à 0,5Hz.
NTG
RLC(P-)
123
123
A)
B)
C)
U
P1
P2
P3
NTG
300bpm
RLC(P-)
300bpm
RLC(P-)
600bpm
NTG
600bpm
D)
300 360 420 480 540 600 660
20
40
60
80
100
NTG
RLC(P-)
Frequência (bpm)
PDVE
(mmHg)
300 360 420 480 540 600 660
1000
2000
3000
4000
5000
Frequência (bpm)
dP/dt
max
(mmHg/s)
E)
F)
Fura (340 / 380)
0,5 s
RLC(P-)
0,5 s
NTG
Fura (340 / 380)
37
Outro exemplo do papel individual que cada proteína que compõe o
filamento fino exerce na regulação da contração muscular, são as situações patológicas
decorrentes de mutações na sequência de aminoácidos destas proteínas. Hoje, sabe-se
que a cardiomiopatia hipertrófica familiar (CMH), a causa mais comum de morte
súbita em indivíduos jovens (TARDIFF, 2005), é consequência de mutações presentes
nos miofilamentos, o que deu o apelido à essa doença de “doença do sarcômero”
(BONNE et al., 1998). Várias mutações foram identificadas, tanto no filamento fino
quanto no grosso. Embora seja difícil prever o fenótipo específico de cada mutação, o
fato de uma mutação pontual em certas proteínas presente nos miofilamentos ser capaz
de produzir disfunção cardíaca tão acentuada, demonstra como a regulação da
contração do músculo cardíaco é apurada e como certos componentes exercem papel
crucial neste controle.
Um dos exemplos marcantes é a mutação em camundongos da tropomiosina
cardíaca, onde a glutamina da posição 180 foi substituída pela glicina (Glu180Gly),
simulando a mutação que ocorre em alguns doentes com diagnóstico de CMH. Estes
animais desenvolvem hipertrofia, dilatação e calcificação atrial, apresentam fibrose
intersticial e insuficiência cardíaca. Corações isolados destes animais transgênicos
apresentam grande incidência de disritmia e distúrbio no relaxamento muscular
cardíaco (PRABHAKAR et al., 2001; PRABHAKAR et al., 2003; observações
pessoais).
2.3.4 Efeitos do NO sobre a contratilidade cardíaca
2.3.4.1 Expressão e localização das enzimas sintetizadoras de NO na célula cardíaca
Após a descoberta do NO como mediador do relaxamento vascular, muitos
pesquisadores começaram a investigar um possível papel do NO no coração.
38
Vários autores relataram a expressão das enzimas iNOS e eNOS em células
cardíacas (BRADY et al., 1992; BALLIGAND et al., 1994; BALLIGAND et al., 1995;
HAN et al., 1996; JOE et al., 1998). A isoforma neuronal também foi encontrada na
célula muscular cardíaca, estando presente nas membranas do retículo sarcoplasmático
(XU et al., 1999; BURKARD et al., 2007).
As isoformas constitutivas de NOS, eNOS e nNOS, são expressas na célula
muscular cardíaca em condições normais, enquanto iNOS, tem a expressão induzida
em determinadas situações como, por exemplo, durante o choque séptico e durante a
insuficiência cardíaca, como será detalhado a seguir.
Um fator importante sobre a biologia celular das NOS no coração é a sua
localização dentro da célula cardíaca (CHAMPION et al., 2003; ZIOLO e BERS,
2003). A localização das isoformas de NOS auxilia-nos a identificar as possíveis
interações destas enzimas com outras proteínas que participam das cascatas de
ativação enzimática e também, os possíveis alvos do NO, produzido após ativação das
isoformas da NOS.
A enzima eNOS está localizada nas caveolas da membrana citoplasmática
dos cardiomiócitos de camundongos, como demonstrado por Champion e
colaboradores (CHAMPION et al., 2004) e por Barouch e colaboradores (BAROUCH
et al., 2002) em experimentos de co-imunoprecipitação com a proteína caveolina-3.
Hare e colaboradores (HARE et al., 2000), demonstraram a presença de eNOS co-
localizada com a proteína caveolina-3 nos túbulos T e na membrana citoplasmática da
célula muscular cardíaca. Estes autores também demonstraram, em cardiomiócitos
provenientes de cães com insuficiência cardíaca, que a eNOS estava presente nos
mesmos locais descritos anteriormente, além de estar presente de maneira difusa no
interior da célula. Observações similares a de Hare e colaboradores, quanto à
localização da expressão de eNOS, foram feitas por Massion e colaboradores
(MASSION et al., 2004) em experimentos de imunofluorescência e microscopia
39
eletrônica com precipitação de partículas de ouro, utilizando cardiomiócitos de
camundongos.
A enzima nNOS localiza-se nas membranas do retículo sarcoplasmático,
como demonstrado por Xu e colaboradores (XU et al., 1999). Estes autores reportaram
que a produção de NO em vesículas do RS era sensível a bloqueadores de nNOS.
Também demonstraram, pela técnica de imunoprecipitação de partículas de ouro
seguida de imagem de microscopia eletrônica, que a nNOS estava presente em
vesículas do RS. Barouch et colaboradores (BAROUCH et al., 2002), também
descreveram a presença de nNOS no RS, demonstrando a co-imunoprecipitação de
nNOS e de rionidina. A nNOS foi localizada, em cortes histológicos do coração
avaliados pela técnica de microscopia eletrônica, no retículo sarcoplasmático e na
membrana citoplasmática de cardiomiócitos, como descrito por Burkard e
colaboradores (BURKARD et al., 2007). Os autores utilizaram, para estes
experimentos, animais que superexpressavam nNOS no coração.
A presença de eNOS e nNOS em corações humanos, foi demonstrada por
Damy e colaboradores (DAMY et al., 2004), em experimentos de imunofluorescência
e imunoprecipitação. A enzima eNOS, estava co-localizada com a caveolina-3 e
também foi imunoprecipitada com esta proteína. Em corações normais, estes
investigadores encontraram nNOS associada à rionidina, nos experimentos de
imunoprecipitação. Uma observação interessante, foi o fato destes autores encontrarem
associação da isoforma neuronal com a caveolina-3, durante a insuficiência cardíaca,
demonstrando um possível translocamento desta isoforma do retículo sarcoplasmático
para a membrana celular.
A expressão de iNOS no tecido muscular cardíaco humano é induzida
durante o infarto do miocárdio e durante a insuficiência cardíaca (DE BELDER et al.,
1993; LEWIS et al., 1996; HAYWOOD et al., 1996; VEJLSTRUP et al., 1998;
ZIOLO et al., 2004; PATTEN et al., 2005). A expressão de mRNA para iNOS estava
40
inversamente relacionada com a performance ventricular em corações transplantados,
segundo as observações de Lewis e colaboradores (LEWIS et al., 1996). A expressão
de iNOS também foi encontrada em cardiomiócitos provenientes de corações de ratos
transplantados que apresentaram rejeição (ZIOLO et al., 2001a).
Alguns estudos onde a sub-localização de iNOS foi investigada, apontaram
que a enzima estava expressa no citoplasma celular, nos miofilamentos, na membrana
nuclear, no retículo sarcoplasmático (BUCHWALOW et al., 1997; BUCHWALOW et
al., 2001) e nas mitocôndrias (BUCHWALOW et al., 1997; BUCHWALOW et al.,
2001; ZANELLA et al., 2004).
2.3.4.2 Efeitos do NO na função do coração no estado basal
Os efeitos do NO são dependentes da concentração de NO produzida e
também do meio em que a molécula se encontra, por exemplo, caso haja produção
excessiva de superóxido, ocorrem efeitos indiretos do NO devido à formação do
peroxinitrito.
Efeitos bifásicos do NO sobre a o encurtamento de células cardíacas isoladas
e sobre a tensão gerada por músculo cardíaco isolado, foram relatados. Estes efeitos
dependiam, na maioria das vezes, da concentração de doadores de NO utilizados nos
experimentos.
Em estudos onde foram utilizadas células isoladas, o uso de baixa
concentração de doadores de NO (1-100uM SNAP e 2-20 DEA/NO), resultou em
moderado efeito inotrópico positivo em cardiomiócitos de ratos (KOJDA et al., 1996)
e de cães (PRECKEL et al., 1997). Efeitos similares foram observados em músculo
papilar do VE de ratos (PRABHU et al., 1999). Em contraste, outros pesquisadores
demonstraram efeito inotrópico negativo, em cardiomiócitos, quando foram utilizados
100uM de SIN-1 (WAHLER e DOLLINGER, 1995) ou 100uM de nitroprussiato de
sódio (FLESCH et al., 1997). Além disso, Wahler e colaboradores (WAHLER e
41
DOLLINGER, 1995), demonstraram que o uso de 100uM de SIN-1 causou inibição da
corrente de cálcio através dos canais lentos de cálcio voltagem-dependentes.
Flesch e colaboradores (FLESCH et al., 1997), utilizaram amostras
provenientes de tecido cardíaco humano (fibras de miocárdio atrial e ventricular) que
foram perfundidas com 100uM de nitroprussiato de sódio e observaram que esta droga
induzia efeito inotrópico negativo (aproximadamente 12% de decréscimo na tensão
desenvolvida). Os autores também observaram que o uso do composto azul de
metileno preveniu a diminuição de força, demonstrando a participação do GMPc nesta
inibição.
Em corações isolados perfundidos retrogradamente (técnica de Langendorff),
também existem relatos de efeitos inotrópicos positivos e negativos mediados pelo
NO. Alguns trabalhos observaram efeito inotrópico positivo, quando doadores de NO
foram perfundidos e também observaram efeitos inotrópicos negativos, quando
bloqueadores de NOS foram utilizados. Na maioria das vezes, os bloqueadores de
NOS não eram específicos para uma das isoformas de NOS, o que torna difícil a
proposta de efeitos específicos de cada isoforma de NOS. No entanto, estes
experimentos sugerem que o efeito global do bloqueio da NOS no coração determina
diminuição nos parâmetros de contratilidade em coração isolado.
Kojda e colaboradores (KOJDA et al., 1997a), observaram efeitos
inotrópicos negativos após a perfusão de corações de ratos com bloqueadores da NOS
(L-NOARG e L-NMMA, 0,1 e 1,0mM) enquanto, o uso de doadores de NO, causou
um efeito inotrópico positivo. Kojda e colaboradores (KOJDA et al., 1997b), também
observaram efeitos inotrópicos positivos após o uso de doadores de NO em uma
modelo de ratos que desenvolvem hipertensão espontânea. Estes efeitos foram
pequenos, ao redor de 7% em ratos hipertensos e ao redor de 4 a 5 % em animais-
controle. É interessante observar, que os efeitos mediados por doses maiores do doador
de NO SNAP (10uM comparados a 1uM) foram menos intensos do que os efeitos
42
mediados por doses menores. Como ocorreu em células isoladas, é provável que doses
maiores de doadores de NO, nestes experimentos, pudessem induzir efeito inotrópico
negativo.
Um trabalho importante para a elucidação dos efeitos do NO em coração
isolado foi realizado por Kelm e colaboradores (KELM et al., 1997). Os autores
infundiram o gás óxido nítrico, diretamente na solução de perfusão, em corações
isolados de porcos da índia, evitando assim, possíveis efeitos contralaterais dos
doadores do NO. Os autores observaram que a perfusão com o NO causou diminuição
da pressão desenvolvida pelo VE e da dP/dt
max
, de maneira dose-dependente, em
concentrações maiores do que 10uM. Associado a este efeito inotrópico negativo, os
autores observaram diminuição na geração de energia pelas mitocôndrias, representada
pela diminuição do ATP, da fosfocreatina intracelular e pela liberação de adenosina no
efluente venoso. É importante observar, que estas alterações no metabolismo
energético foram observadas durante a máxima inibição da contratilidade (redução de
66% da PDVE) induzida pelo NO (100uM), nestes experimentos. Outros autores
também demonstraram que o NO é capaz de inibir a respiração celular (CLEETER et
al., 1994; LOPEZ et al., 2006).
Em resultados preliminares (figura 05), o autor do presente trabalho,
também observou diminuição da pressão desenvolvida pelo ventrículo esquerdo e da
dP/dt (além do tônus diastólico), em corações de camundongos isolados, durante a
perfusão de 30uM do doador de NO spermineNONOate (o que significa a presença de
60uM de NO na solução, já que dois moles de NO são liberados por cada mol de
spermineNONOate).
43
FIGURA 05 - EFEITOS DA INFUSÃO DE NO NA CONTRATILIDADE CARDÍACA, EM CORAÇÃO ISOLADO
PERFUNDIDO RETROGRADAMENTE, PROVENIENTE DE CAMUNDONGO
Nota: A figura representa o registro original de um experimento realizado com coração
isolado de camundongo perfundido pela técnica de Langendorff. As abreviações utilizadas foram: FC,
frequência cardíaca; PVE, pressão no ventrículo esquerdo; dP/dt, derivada da pressão pelo tempo. A
ponta de seta indica o momento em que o doador de óxido nítrico SpermineNONOate foi adicionado à
solução de perfusão.
Alguns experimentos, utilizando doadores de NO, foram realizados in vivo.
No entanto, a interpretação dos efeitos destes doadores sobre o coração isoladamente é
difícil, devido aos efeitos vasculares mediados por estas drogas. Um pequeno efeito
inotrópico positivo foi observado por Preckel e colaboradores (PRECKEL et al., 1997)
em coração de cães, após o uso de doadores de NO, sendo o maior efeito causado pelo
uso de 20uM de DEA/NO.
Em estudo clínico, Cotton e colaboradores (COTTON et al., 2001) avaliaram
FC
(bpm)
PVE
(mmHg)
dP/dt
(mmHg/s)
Tempo (min)
34:00
30uM SpermineNONOate
44
os efeitos da perfusão intracoronariana do bloqueador de NOS, L-NMMA (na dose de
aproximadamente 200uM), em corações de pacientes com níveis moderado de
insuficiência cardíaca (classes II e III, New York Heart Association) e de pacientes-
controle sem patologia cardíaca diagnosticada. Os autores encontraram que a inibição
da NOS causou redução da dP/dt
max
(aproximadamente 13%) nos corações de
pacientes-controle, mas não alterou significativamente a dP/dt
max
em paciente com
insuficiência cardíaca (IC). No entanto, o bloqueador de NOS aumentou a constante de
relaxamento isovolumétrico, a pressão diastólica do VE e a pressão arterial média.
Além disso, os autores não observaram nenhum efeito do bloqueador de NOS na
relação força-frequência em corações onde a frequência cardíaca foi controlada.
Embora o uso de um bloqueador inespecífico de NOS tenha sido importante para a
avaliação dos efeitos da produção basal de NO no coração de pacientes-controles, em
pacientes com insuficiência cardíaca, onde a expressão de isoformas de NOS é
diferente dos controles (por exemplo iNOS é expressa durante a IC), o uso de um
bloqueador inespecífico não esclarece por completo o impacto que cada isoforma tem
na doença. No caso do uso de L-NMMA, sabe-se a constante de inibição varia para
cada uma das enzimas, sendo de aproximadamente 0,18uM para a nNOS, 0,4uM para
a eNOS e 6,0uM para a iNOS (FREY et al., 1994; GARVEY et al., 1994).
Ainda é difícil saber com precisão qual o efeito que cada isoforma tem sobre
a contratilidade cardíaca basal, devido aos resultados conflitantes existentes até o
momento. No entanto, o uso de um bloqueador inespecífico das NOS, geralmente
induz um efeito inotrópico negativo sobre a célula cardíaca e sobre o coração. Isto é,
provavelmente, consequência do bloqueio de eNOS e nNOS, já que em condições
normais a expressão de iNOS é inexistente ou muito pequena para ser considerada
responsável por este efeito. Isto sugere que a produção basal de NO pelas cNOS é
importante para manutenção da contratilidade do coração.
Recentemente, Barouch e colaboradores (BAROUCH et al., 2002),
45
demonstraram efeitos opostos das isoformas endotelial e neuronal, na atividade basal
do coração. Os autores sugeriram que este efeito deveu-se à compartimentalização
destas enzimas na célula cardíaca. Dessa forma, o uso de um bloqueador inespecífico
de NOS, como nos experimentos citados nos parágrafos acima, poderia demonstrar
apenas a consequência do bloqueio da isoforma predominante.
2.3.4.3 Efeitos do NO sobre a resposta β-adrenérgica
Com relação aos efeitos do NO na resposta do cardiomiócito à estimulação
β-adrenérgica, existem vários relatos onde este composto foi capaz de atenuar o efeito
inotrópico determinado pelo uso de agonista β-adrenérgico.
A atenuação na resposta β-adrenérgica foi observada, por exemplo, em
camundongos transgênicos com expressão aumentada de fator de necrose tumoral, que
expressam iNOS e desenvolvem insuficiência cardíaca (FUNAKOSHI et al., 2002).
Ziolo e colaboradores (ZIOLO et al., 2001c), demonstraram através do uso do doador
SpermineNONOate (300 uM), que o NO tem efeito bifásico sobre a resposta do
cardiomiócito ao agonista β-adrenérgico isoproterenol. Em baixas concentrações de
isoproterenol (0,01 uM), o NO induziu aumento na incidência da liberação espontânea
de cálcio pelos canais rionidínicos (calcium sparks) enquanto, durante o uso de doses
maiores de isoproterenol (1uM), o NO causou efeito negativo sobre a liberação
espontânea de cálcio.
Animais nocaute para a enzima eNOS, apresentam aumento da contratilidade
cardíaca durante estimulação induzida pelo uso de agonista β-adrenérgico
(BAROUCH et al., 2002), enquanto células isoladas de animais com superexpressão
de eNOS apresentam atenuação da resposta ao agonista β-adrenérgico (CAMPBELL
et al., 1996; MASSION et al., 2004). Um dos mecanismos que explicaria o efeito
inibitório da enzima eNOS sobre a resposta β-adrenérgica, seria a interação entre
eNOS e os receptores adrenégicos do tipo β
3
. Os receptores β
3
exercem efeito
46
inotrópico negativo no coração devido à ativação de proteína G inibitória (Gαi)
(GAUTHIER et al., 1996). Barouch e colaboradores (BAROUCH et al., 2002),
demonstraram que o uso do agonista específico dos receptores β
3
, o composto BRL
37344, não teve efeito em cardiomiócitos isolados de animais eNOS nocaute quando
comparados a animais-controle e animais nNOS nocaute, onde efeitos inotrópicos
negativos ocorreram. Utilizando células isoladas de miocárdio humano, Gauthier e
colaboradores (GAUTHIER et al., 1998) também demonstraram a interação de eNOS
com os receptores β
3
. Neste trabalho, o efeito do agonista dos receptores do tipo β
3
(BRL 37344), foi atenuado pela incubação com o composto azul de metileno, um
inibidor da ativação da guanilato ciclase solúvel, além dos inibidores da NOS, L-
NMMA e L-NAME, demonstrando o papel do NO neste efeito e também
demonstrando que a ação do NO era mediada pela GCs.
Além disso, existe a sugestão de que eNOS poderia interagir com receptores
muscarínicos no coração (predominantemente M
2
), mediando os efeitos da
estimulação colinérgica. Feron e colaboradores (FERON et al., 1997), demonstraram
que após ativação, os receptores muscarínicos sofriam translocação para as cavéolas,
local onde eNOS tem sido localizada associada à caveolina-3. A interação de M
2
com
eNOS, poderia induzir o desligamento desta com a caveolina, consequentemente,
atenuando a inibição causada pela caveolina sobre a enzima. Han e colaboradores
(HAN et al., 1998a), demonstraram em células isoladas do nodo sinoatrial, que o efeito
da ativação dos receptores muscarínicos era dependente de NOS. Posteriormente, Han
e colaboradores (HAN et al., 1998b) demonstraram que o efeito da estimulação dos
receptores muscarínicos sobre a corrente de cálcio através dos canais de membrana,
durante a estimulação β-adrenérgica, estava parcialmente abolida em células de
animais eNOS nocaute. No entanto, outro grupo de pesquisadores observaram que os
efeitos da estimulação dos receptores muscarínicos sobre a corrente de cálcio, era
independente da atividade da eNOS (BELEVYCH e HARVEY, 2000).
47
Diferente da isoforma endotelial da NOS, a isoforma neuronal, localizada no
cardiomiócito na membrana do RS (XU et al., 1999), parece determinar efeitos
inotrópicos positivos. Barouch e colaboradores (BAROUCH et al., 2002), sugeriram
que o NO, produzido pela nNOS, facilitaria a liberação de cálcio do RS pelos
receptores rianodínicos (RyR). A explicação para efeitos opostos entre eNOS e nNOS
deve-se, provavelmente, à compartimentalização destas enzimas dentro da célula
cardíaca. A isoforma neuronal da NOS é expressa nas membranas do RS próxima aos
canais rionidínicos enquanto eNOS está localizada nas cavéolas da membrana celular
próxima aos receptores β
3
-adrenérgicos e aos canais lentos de cálcio voltagem–
dependentes (BAROUCH et al., 2002). Como estas enzimas produzem NO em baixas
concentrações e devido ao fato do NO ter meia-vida de apenas alguns segundo, os
efeitos deste composto fica restrito aos alvos próximos da sua fonte de produção, isto
é, da isoforma da NOS de onde o gás originou-se. No entanto, Ashley e colaboradores
(ASHLEY et al., 2002) demonstraram que cardiomiócitos isolados de animais nNOS
nocaute ou de animais-controle onde a nNOS foi preferencialmente inibida (L-VNIO,
500uM), apresentaram aumento na contratilidade em resposta à estimulação β-
adrenérgica, sugerindo um efeito inibitório de nNOS sobre a contratilidade cardíaca.
Além disso, células isoladas de animais nNOS nocaute apresentaram aumento da
contratilidade basal, sugerindo que o efeito da produção basal de NO, pela nNOS seria
inibitório sobre a recaptação de cálcio pelo retículo sarcoplasmático. Baseado nestes
resultados, ainda é difícil compreender a influência da nNOS sobre a atividade
cardíaca basal e durante a estimulação β-adrenérgica do coração.
A expressão de iNOS, estava associada com a atenuação dos efeitos da
estimulação β-adrenérgica no coração em diversos trabalhos (BALLIGAND et al.,
1994; ADAM et al., 1999; ZIOLO et al., 2001a; ZIOLO et al., 2001b; FUNAKOSHI
et al., 2002; GEALEKMAN et al., 2002; ZIOLO et al., 2004; BARTH et al., 2006).
Ziolo e colaboradores (ZIOLO et al., 2001b), por exemplo, observaram
48
diminuição na concentração de cálcio liberado do RS, induzido por agonista β-
adrenérgico, em células isoladas de ventrículos de ratos que tiveram a expressão de
iNOS induzida através do uso de LPS. Os resultados de Yasuda e Lew (YASUDA e
LEW, 1997), corroboram parcialmente com estes achados. Os autores, utilizando
cardiomiócitos de coelhos estimulados com LPS (1ng/ml) e avaliados após 6 horas
(tempo suficiente para expressão de iNOS (BALLIGAND et al., 1994)), observaram
diminuição da contratilidade e da sensibilidade e resposta máxima ao isoproterenol.
Estes efeitos foram acompanhados de elevação na concentração do GMPc. No entanto,
os autores não encontraram diferenças nas concentrações de cálcio transiente, em
experimentos utilizando células isoladas. O papel da NOS neste trabalho, foi
comprovado pelo uso do inibidor da NOS, L-NMMA, que reverteu os efeitos
observados decorrentes da perfusão das células com LPS.
Em trabéculas e cardiomiócitos isolados de miocárdio humano acometido
por insuficiência cardíaca, Ziolo e colaboradores (ZIOLO et al., 2004) demonstraram
que a hiporesponsividade ao isoproterenol era revertida após inibição seletiva da
iNOS. A inibição desta isoforma da enzima, também aumentou os picos de cálcio
transiente nas células isoladas.
Em um modelo animal de insuficiência cardíaca, produzido pela sobrecarga
por aumento de volume, Gealekman e colaboradores (GEALEKMAN et al., 2002)
encontraram que a atenuação da resposta β-adrenérgica apresentada por estes animais,
foi revertida após inibição específica da isoforma induzível da NOS (com o uso do
bloqueador de iNOS 1400W). Em outro modelo animal onde existe alta expressão de
iNOS, o de sepse, o uso do inibidor específico de iNOS, GW274150, também resultou
em aumento da inotropia induzida por agonista β-adrenérgico (BARTH et al., 2006).
Estes estudos sugerem que a expressão de iNOS no coração, durante situações
patológicas como a insuficiência cardíaca, é responsável pela atenuação da resposta β-
adrenérgica.
49
O efeito da inibição das isoformas de NOS em corações de pacientes com
insuficiência cardíaca, durante a estimulação β-adrenérgica, foi estudado por Hare e
colaboradores (HARE et al., 1998). Os autores encontraram que a inibição das
isoformas de NOS utilizando L-NMMA, aumentou a resposta à dobutamina nos
corações insuficientes, que estava previamente reduzida antes do bloqueio da NOS.
Além disso, não houve diferença significativa na resposta à dobutamina após o
bloqueio de NOS em corações de pacientes sem patologia cardíaca. Embora os autores
não quantificaram a expressão de iNOS nos indivíduos participantes do estudo, é
provável que esta diferença seja consequência do bloqueio da isoforma induzível pois,
esta isoforma é expressa durante a insuficiência cardíaca, mas não em condições
normais.
2.3.4.4 Mecanismos de ação do NO na célula cardíaca
Os mecanismos que ação do NO na célula cardíaca são mediados pelo
aumento da concentração da GMPc, por efeitos direto do NO sobre proteínas alvo ou
por efeitos indiretos mediados por derivados do NO.
Assim como ocorre na célula muscular lisa, o NO tem como alvo na célula
cardíaca a enzima guanilato ciclase solúvel (GCs). Uma vez ativada, a GCs catalisa a
conversão de GTP em GMPc, que consequentemente ativa a PKG. A PKG pode inibir
o influxo de cálcio para a célula, que ocorre através dos canais de cálcio voltagem-
dependentes presentes na membrana celular (HARTZELL e FISCHMEISTER, 1986;
MERY et al., 1991) e pode diminuir a sensibilidade dos miofilamentos ao cálcio
(SHAH et al., 1994; YASUDA e LEW, 1997), provavelmente através da fosforilação
da TnI (LAYLAND et al., 2005).
Quanto à interação da via NO/GMPc e das vias de ativação do AMPc,
durante a estimulação β-adrenérgica, além dos efeitos geralmente opostos que a
ativação da PKG desencadeia quando comparados aos efeitos desencadeados pela
50
ativação da PKA, existe a possibilidade de que o GMPc atue sobre as fosfodiesterases
presentes no coração (BALLIGAND et al., 2007). Balligand e colaboradores, sugerem
que baixas doses de NO poderiam ativar a GMPc, que por sua vez inibe a
fosfodiesterase III e dessa forma, poderia potencializar a ação do AMPc,
especialmente sobre o transporte de cálcio através dos canais de cálcio dependentes de
voltagem. No entanto, altas concentrações de NO estimulariam a fosfodiesterase II,
reconhecida como a fosfodiesterase dependente de GMPc, reduzindo dessa forma, a
quantidade de AMPc e determinando a atenuação dos efeitos da estimulação β-
adrenérgica.
É importante observar também, que efeitos diretos mediados pelo NO podem
ocorrer. Hu e colaboradores (HU et al., 1997), demonstraram que o NO pode atuar de
forma direta diminuindo a corrente de cálcio através dos canais de cálcio voltagem-
dependente da membrana. Outro efeito mediados pelo NO, independentes de GMPc,
ocorre sobre a respiração celular. Como demonstrado por Kelm e colaboradores
(KELM et al., 1997), a depressão na geração de energia pelas mitocôndrias estava
associada à inibição da contratilidade cardíaca induzida pelo NO. Xie e colaboradores
(XIE et al., 1996), também demonstraram que o doador de NO, SNAP, foi capaz de
inibir a respiração celular em ventrículo de cães. Adicionalmente, Cleeter e
colaboradores (CLEETER et al., 1994), demonstraram que o NO é capaz de inibir
reversivelmente a enzima citocromo c oxidase, in vitro.
Além disso, os efeitos da produção de altas doses de NO podem ocorrer de
forma indireta, através da formação de derivados do NO. Como discutido na secção
2.1.2, um dos derivados de alta reatividade e efeitos biológicos deletérios é o
peroxinitrito. O peroxinitrito é derivado da reação entre o NO e o superóxido. O
superóxido pode inclusive ser produzido pelas enzimas produtoras de NOS, quando
ocorre o desacoplamento dos homodímeros da NOS. O peroxinitrito pode causar danos
celulares por induzir: lesão direta sobre o DNA (BURNEY et al., 1999), peroxidação
51
de lipídeos (RUBBO et al., 1994), disfunção mitocondrial (CASSINA e RADI, 1996;
CASSINA et al., 2000), além de promover estresse oxidativo, tendo como alvo
diversas proteínas dentro da célula cardíaca (FUKUTO et al., 2000; WINK et al.,
2000).
Os efeitos diretos e indiretos do NO estão sumarizados na figura 06. A figura
é uma representação esquemática dos efeitos do NO sobre seus principais alvos dentro
da célula muscular cardíaca.
2.3.4.5 Modelos animais com manipulação genética da NOS
Uma das formas de se investigar o papel do NO no desenvolvimento de
patologia cardiovascular, foi através da criação de modelos animais onde as enzimas
de NOS foram superexpressadas ou tiveram o gene determinante da sua expressão
deletado. Uma revisão desses modelos foi feita por Mungrue e colaboradores
(MUNGRUE et al., 2002b).
O primeiro modelo de animal com ablação gênica foi criado para nNOS por
Huang e colaboradores (HUANG et al., 1993). Apesar de ainda haver produção de NO
em diferentes áreas cerebrais dos animais nocaute, embora muito menor que em
animais controle, a ausência de nNOS não causou alterações morfológicas no cérebro
ou outras regiões onde nNOS é comumente expresso, como na retina. Mais tarde, foi
constatado que os animais nNOS nocaute apresentavam distúrbios comportamentais,
em especial distúrbio no comportamento sexual e agressividade em machos (NELSON
et al., 1995). O principal efeito da ablação do gene foi a dilatação do estômago e
hipertrofia do esfíncter pilórico. No coração, o efeito foi o aumento na frequência
cardíaca (FC) em condições basais, sugerindo uma menor estimulação parassimpática
(JUMRUSSIRIKUL et al., 1998).
52
FIGURA 06 - REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICO DO MECANISMO DE AÇÃO DO ÓXIDO NÍTRICO NA
CÉLULA MUSCULAR CARDÍACA
Nota: As abreviações usadas foram : NE, norepinefrina; β
1,2
R, receptores β-adrenérgicos
do subtipos 1 e 2; AcH, acetilcolina; M
2
, receptor muscarínico do tipo 2; Cav-3, caveolina-3; eNOS,
óxido nítrico sintase endotelial; iNOS, óxido nítrico sintase induzível; nNOS, óxido nítrico sintase
neuronal; NO, óxido nítrico; sGC, guanilato ciclase solúvel; PDE, fosfodiesterases; cAMP,
monofosfato cíclico de adenosina; cGMP monofosfato cíclico de guanosina; PKA, proteína quinase A;
PKG, proteína quinase dependente de cGMP; RS, retículo sarcoplasmático; PLB, fosfolambano;
SERCA, bomba de cálcio do retículo sarcoplasmático; TnI, troponina I; RyR, canais rionidínicos; O
2
-
,
superóxido; ONOO
-
, peroxinitrito. Os canais de cálcio de membrana do tipo L estão representados em
amarelo. Os símbolos + e – indicam estímulo e inibição de função, respectivamente.
Ca
2+
RS
TnI
RyR
cAMP
Ca
2+
Ca
2+
NO
NO
NO
+
cGMP
cGMP
PKG
–
PDEII
Apoptose
Apoptose
Les
Les
ã
ã
o do DNA
o do DNA
Μ2
NO
NO
NO
Cav-3
β
3
R
eNOS
Ca
2+
–
β
1,2
R
NE
PKA
AcH
NE
NO
NO
NO
cGMP
cGMP
PDE III
+
sGC
sGC
sGC
sGC
–
+
O
O
2
2
-
-
PLB
ONOO
ONOO
-
-
SERCA
P
Nitrosilação
De proteínas
Respiração
celular
-
nNOS
iNOS
iNOS
Estresse
oxidativo
sGC
sGC
–
–
?
53
Uma linhagem de camundongos transgênicos com superexpressão de nNOS,
restrita ao coração, foi gerado por Burkard e colaboradores (BURKARD et al., 2007).
Os autores reportaram aumento de aproximadamente 6 vezes na expressão de nNOS.
O aumento da produção do NO derivado da nNOS estava associado com a diminuição
da contratilidade cardíaca, provavelmente, devido à alterações no transporte de cálcio
pelas membranas da célula cardíaca, já que nNOS foi co-precipitada com SERCA2.
Além disso, o modelo de superexpressão de nNOS apresentou associação da enzima
com caveolinas, nos experimentos de co-imunoprecipitação, sugerindo a ação da
isoforma neuronal sobre o transporte de cálcio da membrana plasmática.
Três grupos independentes de pesquisadores geraram animais com nocaute
do gene promotor da expressão de eNOS e os três grupos encontraram nestes animais
hipertensão arterial, demonstrando que a isoforma endotelial de NOS é primordial para
a manutenção do controle da resistência vascular (HUANG et al., 1995; SHESELY et
al., 1996; GODECKE et al., 1998). Além disso, Shesely e colaboradores (SHESELY
et al., 1996) encontraram nestes animais diminuição da frequência cardíaca e
diminuição na atividade plasmática de renina. Barouch e colaboradores (BAROUCH
et al., 2002), reportaram que os animais eNOS nocaute desenvolveram hipertrofia do
ventrículo esquerdo à medida que envelheciam. Além disso, Mungrue e colaboradores
(MUNGRUE et al., 2002b) encontraram resistência aumentada à insulina nos animais
eNOS nocaute.
Além dos modelos onde o gene determinante de eNOS sofreu ablação,
Brunner e colaboradores (BRUNNER et al., 2001) induziram a superexpressão de
eNOS especificamente nos cardiomiócitos, conseguindo produzir uma linhagem onde
a atividade de eNOS foi quase 100 vezes maior do que a de animais-controle. Os
corações isolados destes animais transgênicos, apresentaram diminuição da pressão
desenvolvida pelo ventrículo esquerdo, mas não demonstraram alteração na frequência
cardíaca ou na resposta a agonistas adrenérgicos e colinérgicos (embora a PDVE fosse
54
sempre menor nos corações transgênicos).
Animais nocautes para o gene determinante de iNOS, foram gerados
principalmente com o intuito de investigar a função da enzima no sistema imunológico
(LAUBACH et al., 1995; MACMICKING et al., 1995; WEI et al., 1995). Estes
animais não apresentaram alterações morfológicas distinguíveis dos animais-controle,
em condições basais. No entanto, os animais iNOS nocaute eram mais susceptíveis a
certas infecções e apresentaram maior mortalidade em um modelo experimental de
sepse induzida. Contudo, durante a estimulação com LPS e consequente indução da
expressão de iNOS, os animais iNOS nocaute não apresentaram hipotensão arterial,
característica de animais com sepse induzida. Quanto à mortalidade induzida pelo
LPS, Laubach e colaboradores (LAUBACH et al., 1995) não encontraram vantagens
em animais iNOS nocaute, enquanto Wei e colaboradores (WEI et al., 1995) e
MacMicking e colaboradores (MACMICKING et al., 1995) reportaram que animais
iNOS nocaute eram mais resistentes.
Em corações isolados de animais iNOS nocaute onde a isquemia foi
induzida, Xi e colaboradores (XI et al., 1999) não reportaram diferenças funcionais
logo após a isquemia enquanto, Wildhirt e colaboradores (WILDHIRT et al., 1999),
encontraram que a expressão da enzima 48 horas após o isquemia estava associada
com disfunção reversível do coração.
Devido ao fato de iNOS ser expressa durante certas doenças cardíacas, como
a insuficiência, é lógico pensar que a expressão desta enzima está relacionada com o
desenvolvimento da patofisiologia das doenças cardiovasculares. Para estudar esta
possibilidade, dois grupos de pesquisadores independentes, desenvolveram animais
que superexpressam a enzima iNOS no coração (HEGER et al., 2002; MUNGRUE et
al., 2002a).
Heger e colaboradores (HEGER et al., 2002), geraram animais que
superexpressavam iNOS, através da colocação do clone de DNA para esta enzima sob
55
controle do promotor da cadeia pesada da miosina-α (α-MHC), enquanto Mungrue e
colaboradores (MUNGRUE et al., 2002a), geraram um modelo de superexpressão de
iNOS restrito ao coração porém, condicionado ao fator de transcrição responsivo à
tetraciclina, podendo assim controlar o momento da expressão do gene determinante
da expressão de iNOS. Embora a presença e atividade de iNOS tenha sido confirmada
no coração destes animais, os resultados obtidos pelos dois grupos foram conflitantes.
Heger e colaboradores (HEGER et al., 2002) não reportaram a ocorrência de
disfunção cardíaca severa em animais transgênicos, no entanto, os autores reportaram
que animais com superexpressão de iNOS, apresentaram redução do débito cardíaco
(medido por ecocardiografia), das pressões arteriais diastólica e média, além de
redução da pressão sistólica em corações isolados. Por outro lado, Mungrue e
colaboradores (MUNGRUE et al., 2002a) reportaram que a superexpressão de iNOS
estava associada com o aumento da produção de peroxinitrito, aumento da fibrose no
miocárdio, modesta hipertrofia e dilatação cardíaca e sobretudo aumento da
mortalidade devido à arritmias. O tratamento com doxiciclina, e consequente
supressão da expressão de iNOS, reverteu o fenótipo descrito.
Com base nos dados obtidos dos experimentos que utilizaram NO exógeno,
bloqueadores do NO e dos modelos de animais com manipulação genética da NOS é
possível afirmar que: o efeito do NO no coração depende da isoforma da enzima NOS
de que foi originado e também da concentração produzida; as enzimas constitutivas da
NOS produzem baixa concentração de NO, que tem ação em alvos próximos ao local
de sua produção, sendo que eNOS encontra-se nas cavéolas da membrana celular
interagindo com canais de cálcio voltagem-dependentes, receptores β
3
e
possivelmente, receptores muscarínicos, já a isoforma neuronal, encontra-se localizada
no retículo sarcoplasmático modulando a liberação e recaptação de cálcio, através do
controle dos canais rionidínicos e de SERCA2; a isoforma induzível é expressa em
condições patológicas, gerando alta concentração de NO, e sua expressão está
56
associada com a diminuição da contratilidade do cardiomiócito, diminuição da
resposta β-adrenérgica e possivelmente, influencia as taxas de apoptose celular.
57
3 METODOLOGIA
3.1 ANIMAIS
Foram utilizados para os experimentos, camundongos geneticamente
modificados que sofreram ablação do gene (nocaute) responsável pela produção da
enzima óxido nítrico sintase induzível (iNOS – inducible nitric oxide synthase).
Utilizou-se como abreviatura, para identificar estes animais, a sigla iNOSKO. Estes
animais foram gerados segundo metodologia descrita por Laubach e colaboradores
(LAUBACH et al., 1995) e estão comercialmente disponíveis para compra através do
revendedor The Jackson Laboratory (JAX research system, Bar Harbour, Maine,
EUA). Os animais foram adquiridos com 8 a 10 semanas de idade. Como animais-
controle foram utilizados camundongos da linhagem C57 sem nenhuma alteração
genética, sendo estes denominados de wild-type (WT).
Todos os procedimentos realizados foram feitos de acordo com o guia para o
cuidado e uso de animais de laboratório publicado pelo Instituto Nacional da Saúde
dos Estados Unidos da América (U. S. National Health Institute – NIH, publicação
número 85-23, revisada em 1996) e foram aprovados pelo comitê institucional de
cuidado animal da Universidade de Illinois em Chicago (UIC), onde os experimentos
foram realizados.
3.2 CIRURGIA PARA DIMINUIÇÃO DO DIÂMETRO DA ARTÉRIA AORTA
TORÁCICA
Animais WT e iNOSKO, com média de idade de 12 semanas, foram
submetidos à cirurgia para diminuição (coarctação) do diâmetro da aorta torácica
(AoB – Aortic Banding), que foi feita através da colocação de uma sutura entre os
58
ramos da artéria braquiocefálica e do tronco carotídeo comum esquerdo como
ilustrado na figura 07.
FIGURA 07 - ILUSTRAÇÃO DA COARCTAÇÃO DA ARTÉRIA AORTA – AORTIC BANDING (AoB)
Dessa forma, existe um aumento da pós-carga imposta ao coração com
geração de hipertensão e, a longo prazo, hipertrofia cardíaca e diminuição do débito
cardíaco, simulando a insuficiência cardíaca hipertensiva. Os animais WT e iNOSKO
submetidos à cirurgia foram denominados WT AoB e iNOSKO AoB, respectivamente.
A metodologia utilizada para a realização da cirurgia foi modificada do protocolo
descrito previamente por Roman e colaboradores (ROMAN et al., 2001). Os animais
submetidos à cirurgia tiveram a função cardíaca avaliada previamente através de
ecocardiografia para excluir animais que tivessem qualquer anormalidade como, por
exemplo, aumento das dimensões das paredes ventriculares, demonstrando indício de
hipertrofia.
Como será descrito adiante, animais iNOSKO apresentam função basal e
medidas ecocardiográficas compatíveis com a normalidade, tendo sido raras as
exclusões de animais de ambas as linhagens. Apenas 1 animal WT e 1 iNOSKO foram
excluídos por apresentar disfunção cardíaca (baixos valores da fração de encurtamento
59
avaliada por ecocardiografia) e 1 animal WT foi excluído por apresentar insuficiência
de válvulas pulmonar e aórtica.
Os camundongos foram inicialmente anestesiados por inalação de
metoxiflurano, em uma câmara fechada, e intubados utilizando-se o protetor plástico
(sleeve) de uma agulha de 18 gauge utilizada para cateterização arterial (angiocath).
Após intubação, os animais foram posicionados na mesa cirúrgica, aquecida a 37°C
para evitar hipotermia, e o tubo usado para intubação traqueal foi acoplado a um
respirador mecânico que manteve a respiração artificial com volume corrente de 0,2 a
0,3 mL. Os animais foram mantidos sob anestesia, utilizando-se isoflurano na
concentração de 1% a 2%.
Fez-se então uma incisão paraesternal esquerda, dissecação das camadas de
tecido muscular e desarticulação da 2ª e 3ª articulações esterno-costais esquerda para
poder ter acesso aos vasos da base cardíaca. Procedeu-se a dissecação do tecido
adjacente ao arco da aorta e exposição da mesma no segmento compreendido entre o
tronco carotídeo comum esquerdo e artéria braquiocefálica.
Para coarctação da aorta, foi utilizada uma agulha de 0,6 mm de diâmetro
(gauge 25) com ponta romba e entordada para assemelhar-se ao formato do arco da
aorta. A agulha foi posicionada sobre o arco da aorta e, em seguida, foi colocada uma
sutura ao redor da agulha e da aorta, ocluindo momentaneamente o vaso. Feita a
sutura, a agulha foi imediatamente retirada e o vaso, naquele segmento, passou a ter o
diâmetro externo similar ao da agulha. O diâmetro do vaso, na posição da sutura,
passou a ter aproximadamente 60% do diâmetro inicial.
Após tal procedimento, fez-se a sutura da musculatura torácica e inserção de
um pequeno dreno para drenagem de sangue e ar aprisionados no tórax. O dreno foi
retirado logo que se fez a sutura final da pele.
Após a cirurgia, os animais foram mantidos em ventilação mecânica por
alguns minutos até que recuperassem a ventilação pulmonar espontânea e, após isto,
60
foram transferidos para gaiolas individuais que foram aquecidas durante a primeira
noite.
Foi observado não ser necessário nenhum outro cuidado com estes animais
no período pós-cirúrgico, exceto em dois casos, quando se fez o uso de creme
antibiótico tópico devido à infecção da ferida cirúrgica.
Os animais foram sacrificados para a realização de experimentos, em média,
depois de 2,5 meses e 6,0 meses da cirurgia, sendo estes períodos denominados de
curto prazo e longo prazo após a cirurgia, respectivamente.
3.3 ECOCARDIOGRAFIA TRANSTORÁCICA
A função cardíaca dos animais utilizados nos experimentos foi avaliada
através de ecocardiografia transtorácica, realizada por pesquisador treinado sem que
este fosse informado das características genéticas dos animais.
Todos os animais foram avaliados antes do procedimento cirúrgico descrito
acima e antes de serem sacrificados. Eventuais ecocardiogramas foram obtidos no
período compreendido entre a cirurgia e o sacrifício para avaliar a progressão da
hipertrofia e da disfunção ventricular ou para determinar a necessidade de antecipar o
sacrifício devido a alguma disfunção cardíaca mais severa como, por exemplo,
arritmias.
Animais-controle, WT e iNOSKO, sem sofrerem intervenção cirúrgica,
também foram submetidos ao exame ecocardiográfico para critério de comparação
com os animais com coarctação da aorta. Os animais foram anestesiados, intubados e
mantidos sob anestesia utilizando-se os mesmos métodos descritos para realização da
cirurgia de coarctação da aorta (item 3.2).
A metodologia utilizada para realização da ecocardiografia foi a mesma
descrita por Urboniene e colaboradores (URBONIENE et al., 2005). A ecocardiografia
transtorácica bidimensional (em modo M) e Doppler pulsátil foram realizados com um
61
transdutor de arranjo linear de 15 MHz acoplado ao sistema de processamento de
imagens Sequoia C256. O transdutor foi acoplado utilizando-se uma camada fina de
gel de acoplamento aplicado no hemitórax esquerdo dos animais, previamente
tricotomizados e respirando artificialmente. Imagens do ventrículo esquerdo (VE), ao
nível dos músculos papilares (MMPP), foram obtidas a partir do eixo paraesternal
transversal. A espessura do septo interventricular (SIV), da parede posterior do
ventrículo esquerdo (PPVE) e as dimensões internas do ventrículo esquerdo, durante a
sístole (DSVE) e diástole (DDVE), foram obtidas segundo o método adotado pela
Sociedade Americana de Ecocardiografia.
A função do VE foi estimada pela fração de encurtamento (FE), calculada
pela razão: [(dimensão diastólica do VE – dimensão sistólica do VE) / dimensão
diastólica do VE] x 100. Outro index da função ventricular esquerda adotada foi a
velocidade média de encurtamento circunferencial (Vcf) que é obtida pela razão FE /
LVET, onde LVET é igual ao tempo de ejeção do VE, calculado a partir dos dados do
ecodoppler durante as mensurações de fluxo na aorta ascendente.
O fluxo através da valva mitral foi avaliado pelo plano de corte apical de 4
câmaras, utilizando-se Doppler pulsátil (7MHz). Dois parâmetros da função diastólica
do ventrículo esquerdo foram avaliadas: a razão (E/A) entre a fase de enchimento
rápido do VE (E) e a fase de contração atrial (A); o tempo de relaxamento
isovolumétrico do VE (IVRT), que foi mensurado desde o fechamento da válvula
aórtica até a abertura da válvula mitral.
3.4 EXPERIMENTOS UTILIZANDO MÚSCULO PAPILAR ISOLADO DO
VENTRÍCULO ESQUERDO E CÁLCULO DO ÍNDICE DE HIPERTROFIA
CARDÍACA
Estudos funcionais com músculo papilar isolado do ventrículo esquerdo
foram realizados para avaliação da contratilidade do miocárdio e da sensibilidade β-
62
adrenérgica, utilizando-se isoproterenol, na presença ou ausência de bloqueador de
iNOS (1400W). Foram utilizados para estes experimentos os animais submetidos à
coarctação da aorta sacrificados a curto e a longo prazo após a cirurgia. Como
controles, foram utilizados animais WT e iNOSKO sem cirurgia e com média de idade
equivalente aos animais submetidos à coarctação da aorta.
Para estes experimentos, os camundongos foram injetados com heparina
sódica na dose de 5 Ui/g trinta minutos antes de serem sacrificados. Os animais foram
anestesiados com a dose de 22µL por grama de peso corporal do anestésico tri-
bromoetanol diluído a 2% em água. O tórax foi rapidamente aberto e o coração
retirado e lavado em solução para dissecação (descrita abaixo) na temperatura
ambiente, sendo posteriormente pesado e colocado em um recipiente para dissecação
sob microscópio ótico. Imediatamente foi feita a canulação da artéria aorta e o coração
foi perfundido retrogradamente (Langendorff) com a solução de dissecação Krebs–
Hanseleit (K-H) na seguinte composição em mM : NaCl 118,5; KCl 15,0; MgSO
4
1,2;
NaH
2
PO
4
2,0; NaHCO
3
21,0; D-Glucose 10,0 e CaCl
2
0,4. A solução foi previamente e
continuamente borbulhada com 95% de O
2
e 5% de CO
2
, tendo o pH corrigido para
7,4.
Após canulada a aorta, o ventrículo direito foi aberto através de acesso pelo
tronco arterial pulmonar e, em seguida, fez-se o acesso da câmara esquerda através de
corte longitudinal na linha média do septo interventricular. O músculo papilar anterior
do ventrículo esquerdo foi retirado junto com uma porção da válvula bicúspide e parte
do miocárdio adjacente à base do músculo.
O músculo foi transferido para uma câmara de 2 ml e teve uma das
extremidades presa a um transdutor de força (FORT – 10, Transduction Laboratories
Co.). A outra extremidade foi presa a um gancho que estava acoplado a um pequeno
motor (Muscle Lever System Motor, Aurora Scientific Inc.) que serviu para manipular
o comprimento do músculo.
63
O músculo foi então banhado em solução de perfusão K-H na seguinte
composição em mM: NaCl 118,5 ; KCl 5,0; MgSO
4
1,2, NaH
2
PO
4
2,0; NaHCO
3
21,0;
D-Glucose 10,0 e CaCl
2
0,4; borbulhada continuamente com 95% de O
2
e 5% de CO
2
tendo o pH igual a 7,4. A preparação foi continuamente perfundida com a solução K-H
por meio de uma bomba peristáltica. Através de um sistema de controle de temperatura
(Isotemp 1006S, Fischer Sci.) acoplado aos recipientes e tubos por onde a solução
circulava, a temperatura pôde ser mantida constante durante todo o experimento. A
temperatura escolhida para os experimentos foi de 22°C. Para confirmação da
temperatura durante os experimentos foi utilizado um termômetro digital (Digi-Sense,
Cole Parmer Inc.), sendo que o eletrodo para mensuração da temperatura foi imerso na
solução de perfusão próximo ao músculo (a uma distância de aproximadamente 5mm).
A concentração de cálcio da solução K-H foi gradualmente aumentada até
atingir 1mM. O músculo foi eletro-estimulado através de ondas quadráticas com
pulsos de 5 ms de duração e voltagem 20% acima do limiar de excitação do músculo.
A frequência de 0,2 Hz foi utilizada inicialmente para que o músculo atingisse
contrações estáveis.
Depois de aproximadamente 35 minutos, intervalo de tempo suficiente para
que as contrações do músculo se tornassem estáveis em um determinado valor de força
desenvolvida, o músculo foi progressivamente estirado até determinar-se o valor
máximo de força desenvolvida (o que corresponde ao pico da relação comprimento-
tensão). Uma vez determinada a relação comprimento-tensão, o músculo foi
imediatamente relaxado até obter-se 90% do valor máximo de força produzida.
A frequência imposta ao músculo foi então alterada para 2,0 Hz. Esperou-se
um intervalo de tempo de 10 minutos para que o músculo adquirisse contrações
estáveis nesta freqüência. Os parâmetros de contratilidade medidos a 2,0 Hz, antes da
infusão de isoproterenol, foram usados como base para normalização dos resultados.
Os músculos foram em seguida perfundidos com o agonista β-adrenérgico
64
isoproterenol (ISO) nas seguintes concentrações em nM: 2,5; 5; 10; 100 e 1000.
Para o bloqueio da atividade enzimática de iNOS, o bloqueador de iNOS
1400W (10uM, Calbiochem) foi utilizado. Os músculos foram pré-incubados com
1400W, por 25 minutos, na frequência de 0,2Hz; e 15 minutos durante estimulação a
2,0Hz. Além disso, o bloqueador de iNOS estava presente na solução durante a
perfusão de ISO.
Foram registrados durante os experimentos: a força desenvolvida pelos
músculos; os valores para o tempo de ativação até o pico da contração (TP), que se
refere ao intervalo de tempo transcorrido desde o início da contração até o valor
máximo de força produzida; o tempo de relaxamento muscular desde o pico de
contração até 50% do valor de pico de produção de força, representado pelo símbolo
TR
50
e expresso em milésimos de segundo (ms).
Para o registro dos dados foi utilizado o programa LabVIEW versão 4.0.1.
Para o cálculo do índice de hipertrofia (IH) utilizou-se como parâmetro a
razão da massa cardíaca (em miligramas) dividida pela massa corporal (em gramas). A
massa cardíaca foi obtida imediatamente após a retirada do coração da cavidade
torácica e após ser feito o devido debridamento dos tecidos adjacentes ao coração (por
exemplo o timo, o tecido gorduroso e as porções dos vasos da base, à exceção da aorta
que foi utilizada para a perfusão retrógrada).
3.5 MENSURAÇÃO DA FUNÇÃO CARDÍACA IN SITU
Para avaliação da função cardíaca in situ foram realizadas mensurações
através do uso de transdutor de volume e pressão inserido no interior da câmara
ventricular esquerda.
Foram feitas medidas do volume e pressão ventricular durante o estado basal
e durante diminuição do retorno venoso, feito através do fechamento temporário da
veia cava inferior.
65
Foram utilizados para os experimentos animais submetidos à cirurgia
avaliados a longo prazo e animais-controle com a mesma média de idade.
O procedimento foi realizado segundo método descrito por Goldspink e
colaboradores (GOLDSPINK et al., 2004). O animal foi inicialmente anestesiado por
inalação de metoxiflurano e, em seguida, intubado e submetido à ventilação mecânica
sob anestesia, utilizando-se isoflurano (1% a 2%) misturado com oxigênio através de
um vaporizador. O grau de anestesia foi avaliado através do reflexo podal após
estimulação da dor pelo pinçamento das patas traseiras.
Através de uma incisão no pescoço, foi exposta a artéria carótida por onde o
transdutor foi inserido até chegar ao ventrículo esquerdo. Para a mensuração de
volume e pressão, foi utilizado um cateter Millar 1.4F SPR-839 (Millar instruments,
Houston, Texas) que é composto de quatro eletrodos de condutância e um
micromanômetro. Foi usado para aquisição dos dados o sistema PowerLab e para o
registro e análise dos dados, foi utilizando o software Chart for Windows.
Após a inserção do transdutor, foram inicialmente registrados os valores
basais de contratilidade cardíaca. Através de um acesso na cavidade abdominal,
paralelo à inserção do músculo diafragma, foi realizada a dissecção da veia cava
inferior no seu segmento abdominal. Para a diminuição temporária do retorno venoso
foi feita uma oclusão transiente da veia cava inferior. A diminuição do retorno venoso
e consequentemente da pré-carga cardíaca gerou o registro de uma série de curvas da
relação volume-pressão.
Através dos valores obtidos de pressão e volume foram calculados os
parâmetros de função cardíaca: frequência cardíaca (FR); derivada de pressão pelo
tempo (dP/dt), pressão sistólica do ventrículo esquerdo (PSVE); pressão diastólica do
ventrículo esquerdo (PDVE); relação volume-pressão sistólica final (ESPVR), trabalho
cardíaco pré-carga (PRSW) e a inclinação da reta da relação volume pressão diastólica
final (Emax).
66
3.6 QUANTIFICAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA ATRAVÉS DE REAÇÃO DE
CADEIA DA POLIMERASE EM TEMPO REAL (RT-PCR)
A análise da expressão gênica foi realizada através de RT-PCR quantitativo
utilizando-se SYBR green, em um termociclador LightCycler (Roche Diagnostics),
como descrito previamente por Alden e colaboradores (ALDEN et al., 2002)
Foram utilizadas amostras provenientes dos animais submetidos à cirurgia de
coarctação aórtica e de animais-controle com idade equivalente. Para estes
experimentos, uma porção do ápice do coração foi retirada após a dissecação do
músculo papilar esquerdo, como descrito no item 3.4. O ápice foi imediatamente
congelado em nitrogênio líquido e guardado em um congelador na temperatura de -
80ºC.
O RNA foi extraído através de homogenização das amostras em TRIzol
(Invitrogen) e subsequentemente separado utilizando-se clorofórmio seguido de
isopropanol.
Foi inicialmente feita a reação para obtenção do cDNA, utilizando-se a
enzima transcriptase reversa em um ciclo de 15 minutos na temperatura de 55ºC. À
seguir, foi feita a ativação da Taq DNA polimerase e consequente inativação da
transcriptase reversa através de um único ciclo de 15 minutos na temperatura de 95ºC.
O cDNA foi amplificado durante 40 ciclos de PCR da seguinte maneira: 95ºC durante
10s, 55ºC durante 10s, 70ºC durante 10s e um ciclo de 20s na temperatura de 80-89 ºC
para aquisição de sinal fluorescente.
Para quantificação do produto obtido, a derivada calculada para a fase linear
de amplificação foi comparada com curvas padrões. O valor do produto amplificado
foi então normalizado para o valor da expressão da enzima gliceraldeído-3-fosfato
desidrogenase (GAPDH) obtido na mesma amostra.
Foi quantificada a expressão dos genes determinantes da cadeia pesada da
miosina-β (β-MHC), fator natriurético atrial (FNA), bomba de cálcio do retículo
67
sarcoplasmático (SERCA2) e fosfolambano (PLB).
As sequências iniciadoras (primers) utilizadas para a amplificação foram
construídas para regiões próximas da extremidade 3’, no gene de interesse, segundo a
sequência gênica descrita abaixo:
QUADRO 01 - SEQUÊNCIA GÊNICA DO PRIMERS UTILIZADOS PARA RT-PCR
Gene Forward primer Reverse primer Numero de
acesso
Genebank
β-MHC AAGGTGAAGGCCTACAAGCG TTCTGCTTCCACCTAAAGGGC M74752
FNA TGGAGGAGAAGATGCCGGTA CGAAGCAGCTGGATCTTCGTAG K02781
SERCA2
GACATTGAAACATGCTTTCTAATGGGC TGAACTGACGCTGAGCACTTTATTACG AJ223584
PLB
AAGTGCAATACCTCACTCG GATCAGCAGCAGACATATC NM_023129
GADPH
TATGACAATGAATACGGCT CTCCTGTTATTATGGGGG M32599
3.7 IMMUNOBLOTTING PARA iNOS, eNOS, fosfo-eNOS, SERCA2 E
FOSFOLAMBANO
Para este procedimento, amostras dos ventrículos cardíacos foram
congeladas em nitrogênio líquido e mantidas a –80ºC até a homogenização.
As amostras foram homogenizadas na solução de seguinte composição:
50mM Tris-HCl (pH 7,4); 1% NP-40; 0,25% deoxicolato de sódio; 150mM NaCl;
1mM EGTA; 1mM PMSF, 1µg/ml de cada composto, aprotinina, leupeptina e
pepstatina; 1mM vanadato de sódio (Na
3
VO
4
) e 1mM NaF.
A seguir, as amostras foram centrifugadas à 10.000 rpm, durante 10 minutos,
sendo o sobrenadante separado para análise das proteínas em questão. A concentração
de proteínas na amostra foi mensurada pelo método de Bradffort e quando a separação
das proteínas, através de eletroforese em gel de poliacrilamida (SDS-PAGE), não era
realizada no mesmo momento, as amostras eram então estocadas no congelador na
temperatura de –80ºC.
As proteínas foram separadas pelo método SDS-PAGE utilizando-se géis na
concentração de 8% de Bis-Acrilamida (1:29) para os experimentos de
68
immunoblotting para eNOS e iNOS, 15% Bis-Acrilamida (1:29) para PLB e 8% Bis-
Acrilamida (1:29) para SERCA2.
As proteínas foram transferidas para membranas de nitrocelulose de 0,22µm
(0,05µm para transferência de PLB) pelo método semi-seco (eNOS, SERCA) em um
tampão contendo: 48mM Tris base; 39 mM glicina; 0,037% SDS e 20% metanol ou
pelo método convencional, dentro de tanque de transferência (iNOS, PLB), em um
tampão contendo: 25mM Tris base; 192mM Glicina; 0.1% SDS e 20% Metanol.
As membranas foram bloqueadas com leite desnatado diluído a 5% no
tampão fosfato acrescido de 0,05% de Tween 20 (PBS-T) e, em seguida, incubadas
com o anticorpo primário por diferentes períodos de tempo, dependendo da proteína
em questão, como será detalhado abaixo. Feita a incubação no anticorpo primário, as
membranas foram incubadas no anticorpo secundário apropriado conjugado com a
enzima peroxidase. As membranas foram reveladas pela reação de
quimioluminescência (ECL plus, Amersham) seguida de exposição das membranas a
filmes de raio X. Entre e após a incubação com anticorpos, as membranas foram
lavadas em tampão PBS-T por 3 vezes de 10 minutos.
Os filmes de raio-x foram revelados e o sinal obtido foi calculado através de
densitometria utilizando-se o scanner Personal densitometry (Amersham). Para a
quantificação de PLB e SERCA2, os filmes foram digitalizados em scanner de mesa
(HP scanjet) e analisados utilizando-se o software ImageJ (NIH).
Para a confirmação da quantidade de proteínas carregadas em cada poço dos
géis, as membranas foram posteriormente coradas com a solução de Pounceau.
Para a determinação dos níveis de fosforilação da enzima eNOS no sítio de
fosforilação localizado na treonina 495, as membranas foram incubadas com anticorpo
anti-fosfo-eNOS durante uma noite a 4ºC (1:1000, Upstate). Após a visualização das
bandas nos filmes de raio X, os anticorpos ligados à membrana foram lavados
(stripping) utilizando-se solução disponível comercialmente (Stripping buffer,
69
PIERCE). As mesmas membranas foram então incubadas em anticorpo contra eNOS
(1:1000, Transduction Laboratories), por 2 horas na temperatura ambiente, para
determinação da expressão desta proteína. Dessa forma, pôde-se corrigir o sinal obtido
para a fosforilação de eNOS pela quantidade total de eNOS expressa na mesma
amostra.
Para detecção de iNOS, foi feita incubação da membrana em anticorpo
policlonal proveniente da empresa Cayman Chemicals na concentração de 1:500
durante uma noite na temperatura de 4ºC.
Para detecção de SERCA2 e PLB, a incubação da membrana foi feita com
anticorpos anti-SERCA2 (1:2000, ABR) e anti-PLB (1:5000, Upstate),
respectivamente; durante 2 horas e em temperatura ambiente.
Para o cálculo da expressão das proteínas, os valores obtidos pela
densitometria foram normalizados para uma amostra proveniente de animais WT,
carregada no primeiro poço do gel seguinte ao marcador de massa molecular. Para a
quantificação de iNOS entre animais WT AoB avaliados a curto e a longo prazo a
expressão da enzima foi normalizada para a expressão da actina sarcomérica
(anticorpo monoclonal 1:10,000, Sigma), avaliada na mesma membrana de
nitrocelulose.
3.8 HISTOLOGIA E IMUNOFLUORESCÊNCIA
Para avaliação histológica do grau de hipertrofia, presença de tecido
cicatricial e anormalidades do tecido muscular cardíaco, foram feitos cortes
histológicos e coloração com hematoxilina-eosina e tricrômio de Masson. Para
determinação da expressão e localização de iNOS, foi realizada imunofluorescência
para iNOS nos cortes histológicos obtidos.
Para estes experimentos, os animais foram heparinizados (5000U/Kg, injeção
intraperitoneal) 30 minutos antes do sacrifício. Procedeu-se anestesia como descrito
70
para os experimentos com músculo papilar (item 3.4) e o coração foi retirado do tórax
e perfundido retrogradamente com salina (3 mL) e, logo após, com solução de fixação
Methacarn (5 mL). Após a perfusão, foram feitas secções partindo-se do ápice
cardíaco em direção à base dividindo o coração em 4 porções. Os cortes foram
colocados em cassetes fenestrados e mergulhados por 30 minutos em solução de
fixação. Feito isso, os cassetes foram submersos em etanol para desidratação, seguida
de 2 trocas (1 hora cada) de xilol e embebidos em parafina aquecida à 60ºC por 30
minutos. Os cassetes foram então transferidos para uma segunda solução de parafina
que foi deixada à temperatura ambiente para solidificação. Foram feitos cortes de 7 µm
das amostras e estas foram montadas em lâminas de vidro.
As colorações utilizadas foram a hematoxilina-eosina e o tricrômio de
Masson, seguindo protocolos convencionais.
Para imunofluorescência, foi feita a desparafinização e rehidratação da
amostra seguida de incubação, durante 12 minutos (na temperatura de 90ºC), em
solução para exposição do epítopo de ligação na proteína iNOS (BD retrieval
solution). Após retorno à temperatura ambiente, os lâminas foram bloqueadas com a
combinação de 5% de plasma de cabra e 20% do bloqueador avidina (Vector
Laboratories) diluídos em PBS durante 25 minutos.
Foi então realizada a incubação em anticorpo primário para iNOS (1:50,
Cayman) combinado com 20% de bloqueador biotina (Vector Laboratories) durante
uma noite à 4ºC. Após a incubação, as lâminas foram lavadas com PBS (3 vezes de 5
minutos) e incubadas durante 1 hora na temperatura ambiente em anticorpo secundário
anti-IgG de coelho (1:1000) conjugado com 20% de biotina (Vector Laboratories)
diluídos em PBS.
Para marcação de iNOS, foi usado o corante fluorescente (fluorescência
vermelha) Alexa Fluor 594 conjugado com streptavidina (1:1000, Molecular Probes)
diluído em PBS, sendo o tempo de incubação de 20 minutos na temperatura ambiente.
71
Para melhorar o contraste e diminuir a imagem de fundo, foi feita a
coloração dos cortes com solução de Sudan (0,1 % Sudan Black diluído em etanol a
70%) por 30 minutos. Após lavagem do corante excedente com PBS, as lâminas foram
montadas utilizando-se Vectashield + DAPI (Vector Laboratories). Esta é uma
solução para montagem de lâminas para imunofluorescência conjugada com o
composto DAPI, que cora os núcleos celulares emitindo fluorescência azul. Os cortes
foram cobertos com lamínula de vidro e deixados em câmara úmida durante à noite (na
temperatura de 4ºC). No dia seguinte, as bordas das lamínulas de vidro foram coladas
utilizando-se esmalte incolor para unhas.
A fluorescência foi visualizada em microscópio confocal (Zeiss LSM 510),
utilizando-se os filtros apropriados. As imagens foram digitalizadas e analisadas com a
utilização do software Zeiss LSM Image Browser versão 2.30.011.
Como controle negativo, foram utilizados animais iNOSKO AoB. Como
controle positivo, animais WT foram injetados com lipopolissacarídeo (LPS, Sigma)
na dose de 2,5 mg/Kg de peso corporal através de injeção intraperitoneal. Os animais
foram sacrificados após 2 dias e os corações fixados seguindo a mesma metodologia
descrita nesta seção.
3.9 ANÁLISE ESTATÍSTICA
Os resultados apresentados representam a média ± o erro padrão da medida.
A significância das diferenças entre os grupos foi medida pelo teste de análise de
variância ANOVA, utilizando-se, como pós-teste, o teste de Student-Newman-Keuls.
Para a comparação da expressão protéica de iNOS entre os grupos de animais WT
AoB avaliados a curto e a longo prazo, foi utilizado o teste t. O valor de P<0,05 foi
aplicado como critério de significância.
72
4 ANÁLISE DOS RESULTADOS
4.1 EXPRESSÃO DE INOS APÓS A COARCTAÇÃO DA AORTA
A expressão de iNOS foi avaliada por immunoblotting em amostras de
ventrículos de corações perfundidos retrogradamente (figura 08). Animais WT AoB
expressaram a enzima iNOS nas amostras de ventrículo cardíaco, representada pela
banda de 130 kDa nos experimentos de immunoblotting. Animais WT ou não
expressam iNOS ou apresentam baixa expressão caracterizada como uma banda de
baixa densidade. Não foi detectada expressão de iNOS em animais-nocaute, como era
esperado. Todos os animais WT AoB testados apresentaram expressão de iNOS.
Animais WT AoB, avaliados a curto e a longo prazo, não apresentaram diferenças na
expressão de iNOS. A expressão de iNOS normalizada pela expressão de actina
sarcomérica foi igual a 0,341 ± 0,08 (n=6) no grupo WT AoB avaliado a curto prazo, e
0,494 ± 0,07 (n=6) no grupo WT AoB avaliado a longo prazo (P = 0,177).
73
FIGURA 08 - IMMUNOBLOTTING PARA DETECÇÃO DE INOS
Nota: Amostras provenientes de animais, após coarctação da aorta, avaliados a curto prazo
(A) e a longo prazo (B) e controles pareados por idade. C) Representa immunoblotting para iNOS e
actina sarcomérica em amostras de animais WT AoB avaliados a curto prazo e a longo prazo. C)
Expressão de iNOS normalizada pela expressão de actina.
A)
WT
iNOSKO
WT
AoB
iNOS KO
AoB
iNOS
WT
iNOS
KO
WT
AoB
iNOS KO
AoB
iNOS
B)
C)
actina
WT AoB
curto prazo
WT AoB
longo prazo
iNOSKO
AoB
iNOS
D)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
iNOS
(expressão normalizada
para actina)
WT AoB
curto-prazo
WT AoB
Longo-prazo
74
Para confirmar a expressão e localizar iNOS no tecido cardíaco foi utilizada
a técnica de imunofluorescência (figura 09 A-E) em amostras obtidas de animais
submetidos à coarctação da aorta e sacrificados a longo prazo, após a cirurgia, além de
amostras de animais-controle pareados por idade e de animais WT injetados com LPS,
usados como controle positivo. Como descrito anteriormente, a expressão de iNOS foi
quase inexistente em animais WT. Alguns cortes demonstraram baixa fluorescência
para iNOS, como o corte representado na figura 09-A, onde três núcleos parecem estar
corados para iNOS. Animais WT AoB apresentam expressão de iNOS no tecido
cardíaco como demonstrado na figura 09B-C. A expressão de iNOS foi identificada no
citoplasma de alguns cardiomiócitos figura 09B e co-localizada no núcleo de algumas
células, como pode ser observado na figura 09C, no quadro da direita, que representa a
superimposição das fluorescências vermelha (iNOS) e azul (núcleos). Como controle
positivo, animais WT foram injetados com LPS para estimular a expressão de iNOS.
Estes animais expressaram iNOS no coração como pode ser observado na figura 09D.
Embora nestes animais alguns núcleos pareçam estar corados para iNOS, a maior parte
da fluorescência estava localizada no citoplasma dos cardiomiócitos e nas células
endoteliais dos vasos sanguíneos. Como controle negativo, foram utilizados animais
iNOSKO e animais iNOSKO AoB. Não foi detectada a expressão de iNOS nestes
animais como pode ser observado na figura 09E, que traz um exemplo de
imunofluorescência em um animal iNOSKO AoB.
75
FIGURA 09 - IMUNOFLUORESCÊNCIA PARA DETECÇÃO DE INOS
A)
B)
C)
WT AoB
WT AoB
WT
76
Nota: Cortes histológicos provenientes de animal WT (A); animal WT AoB (B-C); animal WT,
injetado com LPS (D) e animal iNOSKO AoB (E). A proteína iNOS foi marcada com o corante
fluorescente Alexa Fluor 594, de fluorescência vermelha, e os núcleos celulares estão marcados com o
corante de fluorescência azul DAPI. Os quadrados da direita nas figuras A) a E) representam a
imagem sobreposta da fluorescência vermelha e azul. As setas brancas representam iNOS expressa em
núcleos e as setas amarelas representam iNOS expressa no citoplasma. A magnificação usada foi de
63x.
D)
iNOSKO
AoB
WT LPS
E)
77
4.2 ECOCARDIOGRAFIA TRANSTORÁCICA E ÍNDICE DE HIPERTROFIA
CARDÍACA
A ecocardiografia transtorácica foi utilizada para a quantificação do grau de
hipertrofia ventricular cardíaca e para avaliar o desenvolvimento da disfunção cardíaca
após a cirurgia de coarctação da aorta.
A figura 10 (A-B) apresenta ecocardiogramas de um animal WT submetido à
coarctação da artéria aorta. Em A) está representada o ecocardiograma antes da
cirurgia, e em B) o ecocardiograma do mesmo animal antes do sacrifício. Como pode
ser observado, existe hipertrofia das paredes ventriculares com aumento da dimensão
do septo ventricular (SIV, número 1 nas imagens) de 0,53mm para 1,02mm e aumento
da parede posterior do ventrículo esquerdo (PPVE, número 2 nas imagens) de 0,53mm
para 1,03mm. Particularmente, este animal apresentou aumento da dimensão diastólica
do ventrículo esquerdo (DDVE, número 3 nas imagens) de 3,72mm para 3,92mm e
disfunção sistólica representada pela diminuição da fração de ejeção de 40.32% para
28,32%.
A figura 10 (C-D) apresenta ecocardiogramas de um animal iNOSKO AoB.
Estão representados ecocardiogramas antes (C) e após (D) o procedimento cirúrgico.
Como pode ser observado, existe hipertrofia ventricular esquerda, com aumento da
SIV de 0,56mm para 1,18mm, e da PPVE, de 0,58mm para 1,04mm. A dimensão
diastólica do ventrículo esquerdo aumentou de 3,83mm para 4,06mm. A variação na
fração de ejeção neste animal foi menor do que o animal WT AoB, apresentado na
mesma figura, diminuindo de 39,95% para 31,53% .
78
FIGURA 10 - ECOCARDIOGRAMAS DE VENTRÍCULO ESQUERDO DE ANIMAIS WT AoB E iNOSKO AoB
ANTES E APÓS A CIRURGIA.
A)
B)
1
2
2
34
1
2
2
34
WT AoB antes da cirurgia
WT AoB após a cirurgia
SIV (1) = 1,02mm
PPVE(2) = 1,03mm
DDVE(3) = 3,92mm
DSVE(4) = 2,81mm
FE = 28,32%
SIV (1) = 0,53mm
PPVE(2) = 0,53mm
DDVE(3) = 3,72mm
DSVE(4) = 2,22mm
FE = 40,32%
79
C)
D)
iNOSKO AoB antes da cirurgia
iNOSKO AoB após a cirurgia
1
2
34
1
2
3
4
SIV (1) = 0,56mm
PPVE(2) = 0,58mm
DDVE(3) = 3,83mm
DSVE(4) = 2,30mm
FE = 39,95%
SIV (1) = 1,18mm
PPVE(2) = 1,04mm
DDVE(3) = 4,06mm
DSVE(4) = 2,78mm
FE = 31,53%
Nota: A) Ecocardiograma de animal WT AoB antes da cirurgia e em B) ecocardiograma
após cirurgia. Em C) ecocardiograma de animal iNOSKO AoB antes da cirurgia e em D) após a
cirurgia. Os números que aparecem no canto superior direito das figuras representam as medidas da:
(1) espessura do septo interventricular; (2) espessura da parede posterior do VE; (3) diâmetro
diastólico do VE e (4) diâmetro sistólico do VE. Os valores de fração de encurtamento (FE) também
estão incluídos no canto superior direito das imagens.
80
Os resultados obtidos na avaliação ecocardiográfica dos grupos
experimentais estão apresentados nas tabelas 01 e 02. A tabela 01 apresenta os
resultados obtidos no grupo de animais sacrificados a curto prazo, após a cirurgia, e a
tabela 02 apresenta os resultados obtidos no grupo de animais sacrificados a longo
prazo, após a cirurgia.
Em animais sacrificados a curto prazo, houve significativa hipertrofia das
paredes do ventrículo esquerdo (PPVE) e do septo interventricular (SIV) em ambos os
grupos WT AoB e iNOSKO AoB quando comparados aos animais-controle de idade
equivalente. Contudo, não houve diferença nestas medidas entre os animais WT AoB e
iNOSKO AoB. Um outro índice de hipertrofia (IH) avaliado foi a razão entre o peso
cardíaco e o peso corporal. O IH não diferiu entre os animais WT AoB e iNOSKO
AoB embora esta medida tenha sido significativamente maior quando estes dois
grupos foram comparados aos grupos WT e iNOSKO.
Quanto às dimensões da cavidade do ventrículo esquerdo, a curto prazo após
a coarctação da aorta, não houve aumento significativo no DDVE, porém houve
tendência a um aumento nas medida do DSVE, sendo que, quando o grupo WT AoB
foi comparado ao grupo iNOSKO, o valor do DSVE foi estatisticamente maior. Nos
animais WT AoB e iNOSKO AoB sacrificados a curto prazo, houve redução na
contratilidade cardíaca representada pela diminuição estatisticamente significativa dos
valores de FE e de Vcf quando comparado aos animais WT e iNOSKO. A diminuição
na contratilidade cardíaca em animais WT AoB tendeu a ser mais acentuada
comparada aos animais iNOSKO AoB. Os valores de P, quando os animais WT AoB
foram comparados aos animais iNOSKO AoB, foram menores do que 0,1 para FE e
igual a 0,07 para a velocidade de encurtamento circunferencial (Vcf).
Os parâmetros de relaxamento avaliados pela ecocardiografia, o tempo de
relaxamento isovolumétrico do VE (IVRT) e a relação E/A, apresentaram valores
similares nos quatro grupos experimentais.
81
Animais WT AoB e iNOSKO AoB, avaliados a longo prazo após a
coarctação da aorta, apresentaram hipertrofia de VE evidenciada pelo aumento das
medidas de SIV, PPVE e IH quando comparados aos animais-controle. Contudo, não
houve diferença nestas medidas entre os animais WT AoB e iNOSKO AoB. A medida
do diâmetro diastólico do VE não diferiu entre os grupos enquanto que a medida do
DSVE foi significantemente maior nos animais WT AoB quando comparado aos
controles e também aos animais iNOS KO AoB.
Animais AoB, avaliados a longo prazo, apresentaram progressão da
disfunção cardíaca, representada pelos menores valores da FE e Vcf quando
comparado aos valores apresentados por animais AoB avaliados a curto prazo. Os
valores da FE e Vcf foram significativamente menores nos animais AoB comparado
aos animais-controle. Novamente, observou-se que os animais WT AoB apresentaram
valores de FE que tenderam a ser menores quando comparados aos animais iNOSKO
AoB, sendo que o valor de P, calculado para esta medida, foi igual a 0,057, valor este
muito próximo da significância estatística.
Os parâmetros de relaxamento avaliados por ecocardiografia não foram
estatisticamente diferentes entre os quatro grupos experimentais.
Em relação aos animais usados como controle para ecocardiografia, não foi
observada diferença nas medidas ecocardiográficas entre animais WT e iNOSKO. A
única exceção foi o menor valor para a medida do SIV no grupo iNOSKO, comparado
ao grupo WT, em animais com idade equivalente aos animais AoB sacrificados a
longo prazo (tabela 02).
TABELA 01 - MEDIDAS ECOCARDIOGRÁFICAS E ÍNDICE DE HIPERTROFIA CARDÍACA EM ANIMAIS AOB
AVALIADOS A CURTO PRAZO APÓS A COARCTAÇÃO DA AORTA
Medidas
Ecocardiográficas
WT
(n=5)
WT AoB
(n=11)
INOS KO
(n=7)
INOS KO AoB
(n=9)
FC (bpm) 464,60 ± 18,24 379,82 ± 35,72 462,29 ± 31,32 467,33 ± 38,44
DDVE (mm) 3,80 ± 0,15 3,81 ± 0,11 3,63 ± 0.08 3,72 ± 0,09
DSVE (mm) 2,21 ± 0,09 2,64 ± 0,15
+ 2,00 ± 0,09 2,39 ± 0,14
FE (%) 41,80 ± 1,07 31,34 ± 2,42
∗+ 45,00 ± 1,63 36,42 ± 2,48+
Vcf (circ/s) 8,68 ± 0,85 5,96 ± 0,52
∗+ 9,73 ± 0,61 7,44 ± 0,61+
SIV (mm) 0,69 ± 0,04 1,01 ± 0,04
∗+ 0,64 ± 0,02 1,05 ± 0,04∗+
PPVE (mm) 0,65 ± 0,02 1,02 ± 0,04
∗+ 0,65 ± 0,02 1,05 ± 0,03∗+
E/A 1,14 ± 0,06 1,28 ± 0,20 1,31 ± 0,19 1,21 ± 0,14
IVRT (ms) 0,017 ± 0,002 0,022 ± 0,002 0,018 ± 0,001 0,019 ± 0,002
IH (mg/g) 6,24 ± 0,44 9,41 ± 0,64
∗+ 6,35 ± 0,19 9,31 ± 0,39∗+
Tempo pós-cirurgia
(semanas)
---------- 11,09 ± 1,23 ---------- 9,70 ± 1,28
TABELA 02 - MEDIDAS ECOCARDIOGRÁFICAS E ÍNDICE DE HIPERTROFIA CARDÍACA EM ANIMAIS AoB
AVALIADOS A LONGO PRAZO APÓS A COARCTAÇÃO DA AORTA
Medidas
Ecocardiográficas
WT
(n=13)
WT AoB
(n=10)
INOS KO
(n=10)
INOS KO AoB
(n=8)
FC (bpm) 399,77 ± 17,78 441,50 ± 19,13 451,60 ± 26,32 368,00 ± 18,42
DDVE (mm) 3,89 ± 0,09 4,11 ± 0,10 3,79 ± 0,08 3,90 ± 0,13
DSVE (mm) 2,47 ± 0,07 3,05 ± 0,13
# 2,41 ± 0,08 2,73 ± 0,12
FE (%) 36,58 ± 1,20 26,00 ± 1,43
∗+ 37,13 ± 1,53 30,00 ± 1,15∗+
Vcf (circ/sec) 7,55 ± 0,33 5,09 ± 0,36
∗+ 7,67 ± 0,44 5,76 ± 0.29∗+
SIV (mm) 0.75 ± 0,03 1,02 ± 0,03
∗+ 0,67 ± 0,02∗ 1,00 ± 0,03∗+
PPVE (mm) 0,70 ± 0,02 1,01 ± 0,04
∗+ 0,66 ± 0,01 0,98 ± 0,02∗+
E/A 1,34 ± 0,08 1,56 ± 0,33 1,33 ± 0,10 1,45 ± 0,17
IVRT (ms) 0,019 ± 0,001 0,021 ± 0,002 0,018 ± 0,001 0,021 ± 0.001
IH (mg/g) 6,77 ± 0,27 9,13 ± 0,54
∗+ 6,81 ± 0,24 8,14 ± 0,34∗+
Tempo pós-cirurgia
(semanas)
---------- 27,67 ± 2,77 ---------- 25,97 ± 3,55
Nota: As tabelas 01 e 02 representam as médias dos valores ± o erro padrão da medida. #
Representa o valor de P<0,05 quando comparado com todos os outros grupos; ∗ representa o valor de
P<0,05 quando comparado com o grupo WT; e + representa o valor de P<0,05 quando comparado
com o grupo iNOSKO. As abreviações usados são: frequência cardíaca (FC), dimensão diastólica do
ventrículo esquerdo (DDVE), dimensão sistólica do ventrículo esquerdo (DSVE), fração de
encurtamento (FE), velocidade de encurtamento circunferencial (Vcf), espessura do septo
interventricular durante a diástole (SIV), espessura da parede posterior do ventrículo esquerdo durante
a diástole (PPVE), razão entre a fase de enchimento rápido do ventrículo esquerdo (E) e contração
atrial (A) representado por (E/A), relaxamento isovolumétrico do ventrículo esquerdo (IVRT) e índice
de hipertrofia (IH).
83
4.3 HISTOLOGIA
A figura 11 e 12 apresentam cortes histológicos corados com hematoxilina-
eosina e tricrômio de Masson, respectivamente. Na figura 11 estão ilustradas imagens
de baixa magnificação de cortes histológicos corados com HE obtidos de animais WT,
iNOSKO AoB e WT AoB. Pôde-se visualizar o aumento na espessura das paredes do
ventrículo esquerdo, por exemplo do SIV, nos animais AoB quando comparados ao
controle. Também é possível visualizar nas imagens o aumento do diâmetro da câmara
ventricular esquerda nos animais AoB, mais evidente no animal WT AoB.
A figura 12 representa cortes histológicos corados com tricrômio de Masson.
A coloração com tricrômio demonstra a presença de tecido conjuntivo, como por
exemplo, tecido cicatricial. As imagens representam cortes histológicos de animais
iNOSKO AoB (A e B), WT AoB (C e D) e WT (E). Animais iNOSKO AoB
apresentaram pouco aumento na quantidade de tecido conjuntivo nas paredes
ventriculares, enquanto que, nos animais WT AoB, o aumento na quantidade de tecido
conjuntivo nas paredes ventriculares foi muito mais evidente. Na figura 12D (setas),
pôde-se observar, no animal WT AoB, a presença de tecido cicatricial em meio ao
tecido muscular. No entanto, estas observações não foram avaliadas quantitativamente.
FIGURA 11 - CORTES HISTOLÓGICOS CORADOS COM HEMATOXILINA-EOSINA
Nota: Os cortes histológicos foram feitos próximos à porção média do cavidade ventricular esquerda.
84
FIGURA 12 - CORTES HISTOLÓGICOS CORADOS COM TRICRÔMIO DE MASSON
Nota: Os cortes histológicos são provenientes de animais iNOSKO AoB (A e B), WT AoB
(C e D) e WT (E). A magnificação usada foi de 4x nas imagens A e C e de 10x nas imagens B, D e E.
As setas indicam a presença de tecido cicatricial.
iNOSKO AoB WT AoB
WT
A)
B)
C)
D)
E)
85
4.4 EXPERIMENTOS UTILIZANDO MÚSCULO PAPILAR ISOLADO DO
VENTRÍCULO ESQUERDO
Para avaliar a resposta β-adrenérgica do tecido muscular cardíaco e a
cinética de contração muscular, foram realizados experimentos com músculo papilar
isolado do ventrículo esquerdo. Os músculos foram perfundidos com doses crescentes
de isoproterenol na presença ou não do bloqueador da enzima iNOS (1400W).
A figura 13 apresenta os resultados obtidos utilizando-se músculo isolado de
animais AoB sacrificados a curto prazo e de animais-controle. Na figura 13 estão
representados registros originais de experimentos realizados com músculos isolados de
animais iNOSKO AoB (A) e WT AoB (B). Em C), estão representadas as médias dos
valores de força desenvolvida nas várias doses de isoproterenol utilizadas. Houve um
pequeno deslocamento da curva de dose-resposta para maiores valores de força
desenvolvida nos músculos provenientes de animais AoB; no entanto, os valores de
força desenvolvida não foram estatisticamente diferentes entre os quatro grupos (figura
13 C). A tabela 03 apresenta as médias dos valores de força desenvolvida pelos grupos
experimentais avaliados a curto prazo.
TABELA 03 - FORÇA DESENVOLVIDA PELOS MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS EXPERIMENTAIS
AVALIADOS A CURTO PRAZO
Concentração
de
Isoproterenol
WT
(n = 7)
WT AoB
(n = 9)
INOSKO
(n = 7)
INOSKO AoB
(n = 7)
Média
(%)
Erro
padrão
Média
(%)
Erro
padrão
Média
(%)
Erro
padrão
Média
(%)
Erro
padrão
2,5 nM ----- ----- 138,348 8,426 ----- ----- 159,664 26,095
5 nM ----- ----- 167,921 17,338 ----- ----- 176,303 25,350
10 nM 156,334 16,710 186,520 20,368 175,784 13,742 202,237 29,748
100 nM 202,561 24,125 247,710 30,155 232,610 19,725 276,649 39,840
1000 nM 214,427 21,427 253,153 31,046 248,916 20,914 288,026 37,038
Em relação à cinética muscular, foi observado um déficit no relaxamento
muscular no grupo WT AoB, antes da perfusão de isoproterenol, representado pelo
86
aumento no valor do TR
50
que foi estatisticamente diferente dos demais grupos (figura
13D). Os valores de TR
50
antes da perfusão de isoproterenol foram de 72,37 ms ± 3,19
no grupo WT (n=7); 98,80 ms ± 7,47 (n=9) no grupo WT AoB; 77,86 ms ± 5,30 (n=7)
no grupo iNOSKO e 90,18 ms ± 6,10 no grupo iNOSKO AoB. Os animais AoB
apresentaram também maior tempo de relaxamento durante a perfusão com a maior
dose de isoproterenol (1000 nM) quando comparados aos grupos-controle (figura 13
D). Animais WT AoB apresentaram ainda maiores valores de TP antes da perfusão de
ISO (figura 13 E). Durante a perfusão de ISO, os grupos apresentaram valores
similares para o TP. A média dos valores obtidos para o TR
50
e TP estão apresentados
nas tabelas 04 e 05, respectivamente.
TABELA 04 - TR
50
EM MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS EXPERIMENTAIS AVALIADOS A CURTO
PRAZO
Concentração
de
Isoproterenol
WT
(n = 7)
WT AoB
(n = 9)
INOSKO
(n = 7)
INOSKO AoB
(n = 7)
Média
(ms)
Erro
padrão
Média
(ms)
Erro
padrão
Média
(ms)
Erro
padrão
Média
(ms)
Erro
padrão
0 nM 72,369 3,190 98,797∗+ 7,472 77,857 5,302 90,176 6,098
10 nM 62,636 1,863 71,972 2,746 64,426 3,402 74,464 4,472
100 nM 56,036 1,208 63,508 2,339 59,051 2,785 66,073
∗ 2,959
1000 nM 53,739 1,011 62,495
∗ 2,048 57,354 2,383 62,391∗ 2,813
Nota: ∗ representa o valor de P<0,05 quando comparado com o grupo WT e + representa o
valor de P<0,05 quando comparado com o grupo iNOSKO.
TABELA 05 - TP EM MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS EXPERIMENTAIS AVALIADOS A CURTO
PRAZO
Concentração
de
Isoproterenol
WT
(n = 7)
WT AoB
(n = 9)
INOSKO
(n = 7)
INOSKO AoB
(n = 7)
Média
(ms)
Erro
padrão
Média
(ms)
Erro
padrão
Média
(ms)
Erro
padrão
Média
(ms)
Erro
padrão
0 nM 111,590 3,182 128,492∗+ 4,565 112,077 4,876 117,260 4,387
10 nM 107,260 2,195 113,074 2,328 108,611 4,361 112,073 3,852
100 nM 102,931 1,873 109,620 1,756 104,451 3,231 106,651 2,648
1000 nM 99,871 1,501 107,750 1,816 102,130 3,323 105,013 1,802
Nota: ∗ representa o valor de P<0,05 quando comparado com o grupo WT e + representa o
valor de P<0,05 quando comparado com o grupo iNOSKO.
87
FIGURA 13 - DOSE-RESPOSTA AO ISOPROTERENOL EM MÚSCULO PAPILAR DE VENTRÍCULO
ESQUERDO PROVENIENTE DE ANIMAIS AoB SACRIFICADOS A CURTO PRAZO E DE ANIMAIS-
CONTROLE
0 nM 2,5 nM 5 nM 10 nM 100 nM 1000 nM
1 min
1 s
5 mN
iNOSKO AoB
A)
0 nM 2,5 nM 5 nM 10 nM 100 nM 1000 nM
1 min
1 s
5 mN
WT AoB
B)
0
0
50
100
150
200
250
300
350
WT n=7
WT AoB n=9
iNOSKO n=7
iNOSKO AoB n=7
-9.0 -8.5 -8.0 -7.5 -7.0 -6.5 -6.0 -5.5
Log [ISO em M]
Força desenvolvida
(%)
C)
88
Nota: A) Registro original de experimento realizado com músculo isolado de animal
iNOSKO AoB. B) Registro original de experimento realizado com músculo isolado de animal WT
AoB. C) Valores de força desenvolvida na presença de ISO. Os valores de força estão normalizados
para a força desenvolvida antes da perfusão de ISO. D) Tempo de relaxamento (50%) em resposta ao
ISO. D) tempo de contração até o pico de força (TP) em resposta ao ISO. ∗ representa o valor de
P<0,05 quando comparado com o grupo WT; e
+ representa o valor de P<0,05 quando comparado
com o grupo iNOSKO.
0 10 100 1000
0
25
50
75
100
125
WT n=7
WT AoB n=9
iNOSKO n=7
iNOS KO AoB n=7
*
+
*
*
*
P=0.09
Concentração de isoproterenol (nM)
TR
50
(ms)
D)
0 10 100 1000
0
25
50
75
100
125
150
WT n=7
iNOSKO n=7
WT AoB n=9
iNOSKO AoB n=7
*
+
Concentração de isoproterenol (nM)
TP (ms)
E)
89
A figura 14 apresenta os resultados obtidos utilizando-se músculo isolado de
animais AoB sacrificados a longo prazo e de animais-controle. Na figura 14, estão
representados registros originais de experimentos realizados com músculos isolados de
animais iNOSKO AoB (A) e WT AoB (B).
Como observado na figura 14 C, que representa a média dos valores de força
desenvolvida nas diferentes doses de ISO, houve aumento na força desenvolvida em
resposta ao ISO no grupo de animais iNOSKO AoB comparado aos demais grupos.
Este aumento na força desenvolvida foi mais evidente nas maiores doses de
isoproterenol utilizadas, 100nM e 1000nM. A média dos valores de força desenvolvida
na presença de ISO estão sumarizados na tabela 06.
TABELA 06 - FORÇA DESENVOLVIDA POR MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS EXPERIMENTAIS
AVALIADOS A LONGO PRAZO
Concentração
de
Isoproterenol
WT
(n = 9)
WT AoB
(n = 6)
INOSKO
(n = 8)
INOSKO AoB
(n = 6)
Média
(%)
Erro
padrão
Média
(%)
Erro
padrão
Média
(%)
Erro
padrão
Média
(%)
Erro
padrão
2,5 nM 106,018 4,204 103,340 6,538 100,539 2,121 116,053 9,268
5 nM 109,018 2,487 109,853 8,307 103,399 2,824 120,690 11,676
10 nM 117,018 5,198 125,885 16,650 105,736 3,617 144,318
+ 6,936
100 nM 154,965 8,155 178,992 23,138 130,476 4,180 267,343
# 32,182
1000 nM 186,849 14,381 216,837 26,506 165,300 10,136 343,912
# 45,705
Nota: # Representa o valor de P<0,05 quando comparado com todos os outros grupos e +
representa o valor de P<0,05 quando comparado com o grupo iNOSKO.
Assim como nos animais sacrificados a curto prazo, o grupo de animais WT
AoB sacrificados a longo prazo apresentou déficit de relaxamento muscular antes da
perfusão de ISO. O valor do TR
50
foi maior no grupo WT AoB, comparado aos demais
grupos antes do início da perfusão de ISO (figura 14 D).
Em relação aos valores do TP, não houve diferença significativa entre os
grupos (figura 14E). As médias dos valores de TR
50
e TP estão sumarizados nas
tabelas 07 e 08, respectivamente.
90
TABELA 07 - TR
50
EM MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS EXPERIMENTAIS AVALIADOS A LONGO
PRAZO
Concentração
de
Isoproterenol
WT
(n = 9)
WT AoB
(n = 6)
INOSKO
(n = 8)
INOSKO AoB
(n = 6)
Média
(ms)
Erro
padrão
Média
(ms)
Erro
padrão
Média
(ms)
Erro
padrão
Média
(ms)
Erro
padrão
0 nM 78,741 5,198 101,068∗ 6,559 82,152 3,963 95,279 6,339
10 nM 74,398 3,436 88,721 3,367 77,302 3,321 85,911 5,153
100 nM 68,984 2,829 72,289 1,965 71,075 2,838 70,567 2,737
1000 nM 62,594 2,024 64,838 1,933 64,972 1,831 64,305 2,973
Nota: ∗ representa o valor de P<0,05 quando comparado com o grupo WT.
TABELA 08 - TP EM MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS EXPERIMENTAIS AVALIADOS A LONGO
PRAZO
Concentração
de
Isoproterenol
WT
(n = 9)
WT AoB
(n = 6)
INOSKO
(n = 8)
INOSKO AoB
(n = 6)
Média
(ms)
Erro
padrão
Média
(ms)
Erro
padrão
Média
(ms)
Erro
padrão
Média
(ms)
Erro
padrão
0 nM 115,818 1,879 121,009 0,933 115,495 1,707 120,572 3,389
10 nM 115,970 1,773 119,833 1,521 114,663 2,324 118,220 4,121
100 nM 114,188 1,881 111,479 1,662 110,350 1,793 112,480 3,302
1000 nM 110,071 1,221 105,227 0,792 105,833 1,195 106,127 2,968
Para avaliar a participação direta da enzima iNOS como determinante do
aumento na resposta β-adrenérgica, foi utilizado o bloqueador de iNOS 1400W em
alguns músculos provenientes de animais AoB. Os valores obtidos de força
desenvolvida em resposta ao ISO, na presença de 1400W, foram similares nos grupos
de animais WT AoB e iNOSKO AoB em todas as doses de ISO utilizadas (figura 15 A
e tabela 09). Os valores do TR
50
(figura 15 B, tabela 10) e do TP (figura 15C, tabela
10) também foram similares nestes grupos quando ISO foi perfundido na presença de
1400W.
91
TABELA 09 - FORÇA DESENVOLVIDA POR MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS EXPERIMENTAIS
AVALIADOS A LONGO PRAZO NA PRESENÇA DE 1400W
Concentração
de
Isoproterenol
WT AoB
(n = 3)
INOSKO AoB
(n = 3)
Média
(%)
Erro
padrão
Média
(%)
Erro
padrão
2,5 nM 106,390 12,332 104,870 3,409
5 nM 99,910 12,315 112,747 10,896
10 nM 118,680 21,807 124,300 25,513
100 nM 215,183 39,207 227,517 45,409
1000 nM 253,077 33,248 261,857 37,512
TABELA 10 - TR
50
E TP EM MÚSCULOS PAPILARES DOS GRUPOS EXPERIMENTAIS AVALIADOS A
LONGO PRAZO NA PRESENÇA DE 1400W
TR
50
TP
Concentração
de
Isoproterenol
WT AoB
(n = 3)
INOSKO AoB
(n = 3)
WT AoB
(n = 3)
INOSKO AoB
(n = 3)
Média
(ms)
Erro
padrão
Média
(ms)
Erro
padrão
Média
(ms)
Erro
padrão
Média
(ms)
Erro
padrão
0 nM 85,306 9,378 87,320 13,638 118,217 1,315 110,503 4,543
10 nM 78,450 3,523 82,390 8,174 116,470 1,675 108,723 5,329
100 nM 68,853 3,492 71,123 4,141 110,897 3,944 106,007 2,219
1000 nM 64,417 2,769 66,043 4,201 106,857 3,001 103,623 2,040
92
FIGURA 14 - DOSE-RESPOSTA AO ISOPROTERENOL EM MÚSCULO PAPILAR DE VENTRÍCULO
ESQUERDO PROVENIENTE DE ANIMAIS AoB SACRIFICADOS A LONGO PRAZO E DE
ANIMAIS-CONTROLE
iNOSKO AoB
A)
WT AoB
B)
C)
0
0
50
100
150
200
250
300
350
WT AoB n=6
iNOSKO AoB n=6
-9.0 -8.5 -8.0 -7.5 -7.0 -6.5 -6.0 -5.5
#
WT n=9
iNOSKO n=8
+
#
Log [ISO em M]
Força desenvolvida
(%)
1 min 1 s
0 nM 2,5 nM 5 nM 10 nM 100 nM 1000 nM
5 mN5 mN
0 nM 2,5 nM 5 nM 10 nM 100 nM 1000 nM
1 min 1 s
93
D)
E)
No ISO 10 100 1000
0
25
50
75
100
125
WT n=9
WT AoB n=6
iNOSKO n=8
iNOSKO AoB n=6
*
P=0.06
Concentração de isoproterenol (nM)
TR
50
(ms)
0 10 100 1000
0
25
50
75
100
125
150
WT n=9
WT AoB n=6
iNOSKO n=8
iNOSKO AoB n=6
Concentração de isoproterenol (nM)
TP (ms)
Nota: A) Registro original de experimento realizado com músculo isolado de animal
iNOSKO AoB. B) Registro original de experimento realizado com músculo isolado de animal WT
AoB. C) Valores de força desenvolvida na presença de ISO. Os valores de força estão normalizados
para a força desenvolvida antes da perfusão de ISO. D) Tempo de relaxamento (50%) em resposta ao
ISO. D) tempo de contração até o pico de força (TP) em resposta ao ISO. # Representa o valor de
P<0,05 quando comparado com todos os outros grupos; ∗ representa o valor de P<0,05 quando
comparado com o grupo WT; e +
representa o valor de P<0,05 quando comparado com o grupo
iNOSKO.
94
FIGURA 15 - DOSE-RESPOSTA AO ISOPROTERENOL, NA PRESENÇA DE 1400W, EM MÚSCULO PAPILAR
DE VENTRÍCULO ESQUERDO PROVENIENTE DE ANIMAIS AoB SACRIFICADOS A LONGO
PRAZO
Nota: A) Valores de força desenvolvida em presença de ISO + 1400W. Os valores de força
estão normalizados para a força desenvolvida antes da perfusão de ISO. B) Tempo de relaxamento
(50%) em resposta ao ISO +1400W. C) tempo de contração até o pico de força (TP) em resposta ao
ISO + 1400W.
A)
B)
0 10 100 1000
0
25
50
75
100
125
WT AoB+1400W n=3
iNOSKO AoB+1400W n=3
Concentração de isoproterenol (nM)
TR
50
(ms)
0
0
50
100
150
200
250
300
350
-9.0 -8.5 -8.0 -7.5 -7.0 -6.5 -6.0 -5.5
WT AoB+1400W n=3
iNOSKO AoB+1400W n=3
Log [ISO em M]
Força desenvolvida
(%)
C)
0 10 100 1000
0
25
50
75
100
125
150
WT AoB + 1400W n=3
iNOSKO AoB + 1400W n=3
Concentração de isoproterenol (nM)
TP (ms)
95
4.5 AVALIAÇÃO HEMODINÂMICA
A figura 16 representa curvas (ciclos cardíacos) da relação volume-pressão
de ventrículo esquerdo obtidas durante a avaliação hemodinâmica de animais AoB.
Pôde-se observar que o animal iNOSKO AoB desenvolveu maior pressão
sistólica do que o animal WT AoB. Além disso, o animal WT AoB, representado na
figura, apresenta o volume diastólico final aumentado em comparação com o animal
iNOSKO AoB.
A figura 16 também exemplifica a diferença na ESPVR entre os animais
AoB. Pode ser observado que a linha que representa a ESPVR, no animal WT AoB,
apresentou menor inclinação e estava deslocada para a direita (indicando progressão
para a cardiomiopatia dilatada) enquanto no animal iNOSKO AoB, a inclinação da
linha representativa da ESPVR estava aumentada e sem deslocamento (cardiomiopatia
hipertrófica). No entanto, a média dos valores de ESPVR não diferiu
significativamente entre os animais AoB.
Os gráficos da figura 17 representam os principais achados obtidos dos
experimentos de avaliação hemodinâmica in situ realizada nos animais AoB. Animais
iNOSKO AoB apresentaram melhores parâmetros de contratilidade quando
comparados aos demais grupos. Estes animais desenvolveram maior pressão sistólica
do VE e apresentaram maior valor da PRSW comparado aos animais-controle
iNOSKO. Além disso, o valor de PRSW nos animais iNOSKO AoB tendeu a ser
maior quando comparado aos animais WT AoB, sendo o valor de P igual a 0,058. Em
relação à cinética de contração, os animais iNOSKO AoB apresentaram melhores
valores para os parâmetros de contração (dP/dt
max
) e relaxamento (dP/dt
min
) comparado
aos animais WT AoB.
Animais utilizados como controle, WT e iNOSKO, não apresentaram
diferenças nas medidas hemodinâmicas. Animais iNOSKO apresentaram maior valor
da dP/dt
max
quando comparado aos animais WT AoB.
96
FIGURA 16 - CURVAS DE VOLUME-PRESSÃO OBTIDAS DO VENTRÍCULO ESQUERDO DE ANIMAIS
SUBMETIDOS À COARCTAÇÃO DA AORTA
iNOSKO AoB
ESPVR
ESPVR
0
32
64
96
128
160
10 19 28 37 46 55
Pressão (mmHg)
Volume (µL)
WT AoB
Nota: As imagens representam curvas de volume-pressão obtidas durante as mensurações
hemodinâmicas em animais submetidos à coarctação da aorta. As curvas de volume-pressão foram
geradas após oclusão temporária da veia cava inferior. A imagem representa as curvas da relação
volume-pressão em animais iNOSKO AoB (azul) e WT AoB (vermelho) e as linhas que representam a
ESPVR.
97
FIGURA 17 - PSVE, PRSW E dP/dt EM ANIMAIS AoB E ANIMAIS CONTROLE
Nota: Pressão sistólica do ventrículo esquerdo (PSVE), trabalho cardíaco pré-carga
(PRSW) e derivadas de pressão por tempo (dP/dt) em animais controle e com coarctação de aorta. #
Representa o valor de P<0,05 quando comparado com todos os outros grupos;
+ representa o valor de
P<0,05 quando comparado com o grupo iNOSKO e
‡ representa o valor de P<0,05 quando comparado
com o grupo WT AoB.
A tabela 11 apresenta a média dos valores obtidos nos experimentos para
avaliação hemodinâmica, realizados com os animais AoB e animais controle.
0
50
100
150
+
P = 0,058
PRSW
(mmHg)
0
50
100
150
#
WT n=5
WT AoB n=7
iNOSKO n=8
iNOSKO AoB n=8
PSVE
(mmHg)
-12500
-7500
-2500
2500
7500
12500
dP/dt
min
dP/dt
max
‡
‡
‡
dP/dt
(mmHg/s)
A)
C)
B)
98
TABELA 11 - MEDIDAS HEMODINÂMICAS IN SITU EM VENTRÍCULO ESQUERDO DE ANIMAIS AoB E DE
ANIMAIS CONTROLE
Medidas
Hemodinâmicas
WT
(n=5)
WT AoB
(n=7)
INOS KO
(n=8)
INOS KO AoB
(n=8)
FC (bpm) 571,4 ± 21,3 545,6 ± 24,1 619,8 ± 13,4 592,5 ± 17,6
PSVE (mmHg) 87,6 ± 5,7 94,7 ± 7,3 91,0 ± 3,6 131,6 ± 11,0 #
PDVE (mmHg) 3,6
± 0,4 3,3 ± 0,2 3,0 ± 0,2 3,3 ± 0,2
dP/dt
max
(mmHg/s) 8246,4 ± 822,1 6346,9 ± 654,2 10244,1 ± 876,5 ‡ 9791,5 ± 944,8 ‡
DP/dt
min
(mmHg/s) -8114,2 ± 880,4 -6817,4 ± 830,8 -8794,4 ± 670,5 -11056,6 ± 1196,6 ‡
ESPVR (mmHg/mL) 9,4
± 3,0 12,4 ± 3,8 7,2 ± 1,5 15,3 ± 2,6
PRSW (mmHg) 70,0
± 11,8 69,4 ± 13,1 56,1 ± 6,8 114,4 ± 18,0 +
E
max
(mmHg/mL) 14,2 ± 11.8 22,9 ± 11,1 16,2 ± 4,7 29,9 ± 4,7
Nota: Estão representadas as médias dos valores ± o erro padrão da medida. # Representa o
valor de P<0,05 quando comparado com todos os outros grupos;
‡ representa o valor de P<0,05
quando comparado com o grupo WT AoB e +
representa o valor de P<0,05 quando comparado com o
grupo iNOSKO. As abreviações usados são: frequência cardíaca (FC), pressão sistólica no ventrículo
esquerdo (PSVE), pressão diastólica no ventrículo esquerdo (PDVE), derivada de pressão pelo tempo
(dP/dt), relação pressão-volume sistólica final (ESPVR), trabalho cardíaco pré-carga (PRSW), relação
volume-pressão diastólica final (E
max
).
4.6 EXPRESSÃO GÊNICA E PROTÉICA E FOSFORILAÇÃO DE ENOS
À partir de amostras obtidas do ventrículo cardíaco, foram feitas análises da
expressão gênica (figura 18) e da expressão protéica (figura 19-20) nos grupos
experimentais.
A figura 18 apresenta a média dos valores da expressão normalizada dos
genes determinantes da produção da β-MHC (A), do FNA (B), PLB (C) e SERCA2
(D) em animais sacrificados a curto e a longo prazo, após a cirurgia, e em animais-
controle.
99
FIGURA 18 - EXPRESSÃO GÊNICA EM VENTRÍCULOS CARDÍACO DE ANIMAIS AoB SACRIFICADOS A
CURTO E A LONGO PRAZO E DE ANIMAIS-CONTROLE
Nota:
# Representa o valor de P<0,05 quando comparado com todos os outros grupos; ‡
representa o valor de P<0,05 quando comparado com o grupo WT AoB.
β-MHC
WT
W
T
A
oB
iNO
SK
O
iNOSKO AoB
WT
WT AoB
iNOSKO
i
NOS
K
O A
oB
0.00
0.05
0.10
0.15
0.5
1.0
curto prazo
longo prazo
#
Expressão normalizada
para GAPDH
FNA
W
T
WT AoB
i
NO
SKO
iNO
SKO
AoB
WT
WT AoB
iN
O
SKO
iNO
SKO
AoB
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
curto prazo
longo prazo
#
Expressão normalizada
para GAPDH
A) B)
PLB
WT
W
T
A
o
B
i
NO
S
K
O
iNOSK
O
AoB
WT
W
T
AoB
i
NO
S
K
O
iNOSKO AoB
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
curto prazo
longo prazo
‡
Expressão normalizada
para GAPDH
C)
SERCA2
WT
WT AoB
i
N
OSKO
iNOSKO AoB
W
T
WT AoB
iNOSKO
iN
O
S
KO
AoB
0
5
10
15
20
25
30
35
curto prazo
longo prazo
#
#
Expressão normalizada
para GAPDH
D)
100
Observou-se que dois marcadores que têm sua expressão aumentada durante
a insuficiência cardíaca, a cadeia pesada da miosina-β e o fator natriurético atrial,
aumentaram significativamente nos animais WT AoB sacrificados a curto prazo,
enquanto estes valores permaneceram normais nos iNOSKO AoB e tiveram um
pequeno aumento, embora não significativo, nos animais iNOSKO AoB sacrificados a
longo prazo.
A expressão gênica de PLB estava aumentada nos animais WT AoB
comparado ao grupo iNOSKO AoB, a curto prazo, após a cirurgia. A expressão deste
gene não foi diferente entre os grupos avaliados a longo prazo. Similarmente ao que
ocorreu com a expressão de PLB, a expressão de SERCA2 foi maior no grupo WT
AoB comparado aos demais grupos quando avaliado a curto prazo. A longo prazo, a
expressão de SERCA2 estava reduzida nos grupos de animais AoB e inclusive no
grupo iNOSKO quando estes foram comparados aos animais controle WT. As médias
dos valores da expressão gênica estão sumarizadas na tabela 12.
TABELA 12 - EXPRESSÃO GÊNICA EM ANIMAIS SUBMETIDOS À COARCTAÇÃO DE AORTA E
CONTROLES PAREADOS POR IDADE.
Expressão gênica WT
(n=3-4)
WT AoB
(n=4)
INOS KO
(n=4)
INOS KO AoB
(n=4)
Curto-prazo
β-MHC 0,0186 ± 0,0025 0,7730 ± 0,0774# 0,0090 ± 0,0029 0,0185 ± 0,0054
FNA 0,4690
± 0,0855 1,616 ± 0,3720# 0,2530 ± 0,0571 0,300 ± 0,0477
PLB 0,0977
± 0,0227 0,2540 ± 0,0775 0,1350 ± 0,0395 0,0264 ± 0,0040‡
SERCA2 5,5730
± 1,3090 26,7250 ± 6,304# 10,8630 ± 3,0890 0,5540 ± 0,0935
Longo-prazo
β-MHC 0,0198 ± 0,0023 0,0641 ± 0,0190 0,0171 ± 0,0010 0,0699 ± 0,0388
FNA 0,1480
± 0,0212 1,1320 ± 0,5940 0,1960 ± 0,0209 0,3730 ± 0,1230
PLB 0,2800
± 0,0321 0,2360 ± 0,0466 0,2940 ± 0,0263 0,2380 ± 0,0346
SERCA2 14,5150
± 2,8470# 6,3090 ± 0,6060 7,5980 ± 1,4130 5,7600 ± 1,900
Nota: Os valores estão apresentados como a média e o erro padrão da medida. A expressão
de cada gene foi normalizada pela expressão de GAPDH.
# Representa o valor de P<0,05 quando
comparado com todos os outros grupos;
‡ representa o valor de P<0,05 quando comparado com o
grupo WT AoB.
101
A figura 19 representa a expressão e fosforilação de eNOS no coração dos
animais sacrificados a curto prazo (A) e a longo prazo (B), após a cirurgia. As imagens
acima dos gráficos na figura representam os resultados de um dos immunoblottings
para detecção de fosfo-eNOS e para a detecção da expressão total de eNOS. Os
gráficos que seguem abaixo das imagens de immunoblotting representam a média dos
valores normalizados.
Não houve diferença significativa na expressão de eNOS entre os grupos
experimentais tanto nos grupos avaliados a curto prazo quanto nos grupos avaliados a
longo prazo. A única diferença na fosforilação de eNOS ocorreu no grupo de animais
iNOSKO AoB, avaliados a curto prazo, que apresentou fosforilação de eNOS
aumentada quando comparado com os demais grupos experimentais. A fosforilação de
eNOS neste grupo não foi diferente dos demais quando avaliado a longo prazo.
A figura 20 apresenta os resultados da avaliação da expressão de PLB e
SERCA2. Não foi observada diferença entre os grupos experimentais quanto à
expressão de PLB nem de SERCA2 tanto nos animais avaliados a curto prazo quanto
nos animais avaliados a longo prazo. No entanto, animais WT AoB, avaliados a longo
prazo, apresentaram maior variação na expressão de SERCA2 dentro do grupo,
tornando o erro da medida maior que os demais grupos avaliados no mesmo momento.
102
FIGURA 19 - EXPRESSÃO E FOSFORILAÇÃO DE ENOS
Nota: A figura representa a expressão e fosforilação de eNOS (P-eNOS) em animais
avaliados a curto prazo (A) e a longo prazo (B) após a coarctação da aorta.
# Representa o valor de
P<0,05 quando comparado com todos os outros grupos.
0
25
50
75
100
125
150
WT n=8
WT AoB n=8
iNOSKO n=7
iNOSKO AoB n=8
#
Expressão normalizada
(%)
eNOS
p-eNOS
A)
150 kDa
100 kDa
150 kDa
100 kDa
P-eNOS
eNOS
WT
iNOSKO
WT
AoB
iNOS KO
AoB
0
25
50
75
100
125
150
WT n=8
WT AoB n=8
iNOSKO n=8
iNOSKO AoB n=8
Expressão normalizada
(%)
eNOS
p-eNOS
B)
150 kDa
100 kDa
150 kDa
100 kDa
P-eNOS
eNOS
WT
iNOSKO
WT
AoB
iNOS KO
AoB
103
FIGURA 20 - EXPRESSÃO DE PLB E SERCA2 EM ANIMAIS AoB E ANIMAIS-CONTROLE
0
25
50
75
100
125
150
WT n=6
WT AoB n=6
iNOSKO n=6
iNOSKO AoB n=6
Expressão normalizada (%)
0
25
50
75
100
125
150
175
WT n=5
WT AoB n=6
iNOSKO n=5
iNOSKO AoB n=6
Expressão normalizada (%)
0
25
50
75
100
125
150
WT n=6
WT AoB n=6
iNOSKO n=6
iNOSKO AoB n=6
Expressão normalizada (%)
0
25
50
75
100
125
150
175
WT n=8
WT AoB n=8
iNOSKO n=7
iNOSKO AoB n=7
Expressão normalizada (%)
A) B)
C) D)
30 kDa
22 kDa
4 kDa
30 kDa
22 kDa
4 kDa
PLBp
PLBm
WT
iNOSKO
WT
AoB
iNOS KO
AoB
PLBp
PLBm
WT
iNOSKO
WT
AoB
iNOS KO
AoB
150 kDa
100 kDa
Serca2
WT
iNOSKO
WT
AoB
iNOS KO
AoB
100 kDa
150 kDa
Serca2
WT
iNOSKO
WT
AoB
iNOS KO
AoB
Nota: A figura representa a expressão de Fosfolambano (A e B) e de SERCA2 (C e D) nos
grupos experimentais avaliados a curto (A, C) e a longo prazo (B, D) após a coarctação da aorta. As
formas pentamérica e monomérica do PLB estão representadas pelas siglas PLBp e PLBm,
respectivamente.
104
A tabela 13 apresenta as médias dos valores da expressão protéica avaliada
nos grupos experimentais.
TABELA 13 - EXPRESSÃO PROTÉICA E FOSFORILAÇÃO DE eNOS EM ANIMAIS SUBMETIDOS À
COARCTAÇÃO DA AORTA E EM ANIMAIS-CONTROLE PAREADOS POR IDADE
Expressão protéica e
fosforilação de eNOS
WT (n)
WT AoB (n)
INOS KO (n)
INOS KO AoB (n)
Curto-prazo
p-eNOS (%) 101,32 ± 1,59 (8) 98,38 ± 4,34 (8) 102,01 ± 10,33 (7) 126,48 ± 6,60 (8) #
eNOS (%) 93,70
± 3,49 (8) 113,65 ± 8,30 (8) 114,35 ± 8,66 (7) 115,07 ± 10,88 (8)
PLB (%) 94,92
± 3,61 (6) 106,43 ± 3,60 (6) 101,00 ± 7,92 (6) 106,22 ± 8,43 (6)
SERCA2 (%) 99,71
± 6,85 (5) 114,95 ± 12,45 (6) 126,35 ± 20,40 (5) 94,29 ± 19,84 (6)
Longo-prazo
p-eNOS (%) 100,66
± 6,73 (8) 104,94 ± 11,91 (8) 113,40 ± 16,14 (8) 96,72 ± 11,70 (8)
eNOS (%) 104,62
± 3,54 (8) 116,67 ± 8,77 (8) 127,59 ± 9,89 (8) 121,97 ± 7,61 (8)
PLB (%) 102,68
± 3,16 (6) 109,85 ± 5,89 (6) 107,46 ± 5,31 (6) 93,34 ± 6,21 (6)
SERCA2 (%) 102,86
± 8,03 (8) 121,19 ± 30,21 (7) 91,75 ± 16,28 (8) 96,79 ± 18,88 (7)
Nota: Os valores estão apresentados como a média ± o erro padrão da medida. Entre
parênteses está o número de amostras utilizadas nos experimentos.
#
Representa o valor de P<0,05
quando comparado com todos os outros grupos.
105
5 DISCUSSÃO
5.1 A ENZIMA iNOS É EXPRESSA NO CORAÇÃO DURANTE A SOBRECARGA
POR PRESSÃO
A isoforma induzível da enzima NOS tem a característica de ser expressa em
condições específicas, não sendo descrita como uma proteína constitutiva das células
musculares cardíacas.
A expressão de iNOS, no tecido muscular cardíaco humano, é induzida
durante o infarto do miocárdio e durante a insuficiência cardíaca (DE BELDER et al.,
1993; LEWIS et al., 1996; HAYWOOD et al., 1996; VEJLSTRUP et al., 1998;
ZIOLO et al., 2004; PATTEN et al., 2005) e também foi observada em modelos
experimentais dessas doenças em animais de laboratório (FENG et al., 2001; SAM et
al., 2001; FUNAKOSHI et al., 2002; GEALEKMAN et al., 2002; SAITO et al., 2002).
No estudo aqui apresentado, a expressão de iNOS foi induzida após a
cirurgia para geração de sobrecarga por pressão imposta ao coração (figuras 8 e 9). A
expressão de iNOS foi evidente em animais WT AoB e nos controles positivo (WT +
LPS), inexistente nos animais iNOSKO, mesmo após a cirurgia e presente, raramente,
em cortes histológicos de coração de animais WT. Estas observações foram feitas
tanto pela técnica de immunoblotting quanto pela técnica de imunofluorescência.
Além de confirmar a presença de iNOS, pôde-se demonstrar que esta enzima estava
localizada no citoplasma e co-localizada com os núcleos celulares das células
musculares cardíacas.
A localização de iNOS nos cardiomiócitos também foi investigada por outros
pesquisadores, em cultura de células musculares cardíacas e em cortes histológicos de
miocárdio. Buchwalow e colaboradores (BUCHWALOW et al., 1997), demonstraram
a presença de iNOS localizada no envelope nuclear, no complexo de Golgi, nas
106
miofibrilas e nas mitocôndrias de células cardíacas em cultura, provenientes de ratos
neonatos. Buchwalow e colaboradores (BUCHWALOW et al., 2001), posteriormente
demonstraram a expressão de iNOS em cultura de células provenientes de ratos
adultos. Novamente, encontraram a enzima localizada na região perinuclear, em
membranas e confirmaram, pela técnica de imunoprecipitação de partículas de ouro,
que os grânulos citoplasmáticos observados nos experimentos de imunocitoquímica
eram a enzima iNOS localizada em mitocôndrias. Os mesmos autores também
encontraram a expressão de iNOS nas miofibrilas e no citoplasma de células
musculares cardíacas, em cortes de miocárdio provenientes de ratos adultos, sugerindo
a expressão constitutiva de iNOS. Neste mesmo trabalho, os autores ainda
demonstraram, pela técnica de imunofluorescência, a presença de iNOS no miocárdio
de um paciente com insuficiência cardíaca.
No presente trabalho, foi observada a presença de iNOS em padrão granular
no citoplasma de células musculares cardíaca. Embora não tenha sido possível
determinar a sub-localização de iNOS, pode-se especular que os grânulos
citoplasmáticos possam ser iNOS localizada em mitocôndrias, como foi anteriormente
demonstrado por Buchwalow e colaboradores (BUCHWALOW et al., 1997;
BUCHWALOW et al., 2001). A presença de NOS nas mitocôndrias tem gerado a
hipótese de que o produto desta enzima, o óxido nítrico ou seus derivados, possam
inibir a respiração celular e iniciar o processo de apoptose celular (MONCADA e
ERUSALIMSKY, 2002). Sabe-se, por exemplo, que o NO pode ligar-se com alta
afinidade e reversivelmente à citocromo c oxidase, presente na membrana interna da
mitocôndria, competindo assim com o oxigênio (CLEETER et al., 1994). Ghaufourifas
e Ritcher (GHAFOURIFAR e RICHTER, 1997), vão mais além, sugerindo a
existência de uma isoforma de NOS exclusiva das mitocôndrias, denominando-a de
mtNOS, demonstrando um possível controle da função mitocondrial pelo NO.
Em um estudo mais recente, Zanella e colaboradores (ZANELLA et al.,
107
2004) demonstraram a presença de eNOS e iNOS em mitocôndrias isoladas do
coração de ratos. Além disso, Lopez e colaboradores (LOPEZ et al., 2006)
demonstraram que mitocôndrias de diafragma de camundongos com sepse induzida,
apresentaram aumento da atividade de NOS, que estava associada à inibição
significativa da respiração mitocondrial e ao aumento do estresse oxidativo
mitocondrial. Isto não foi observado em animais iNOSKO submetidos ao mesmo
procedimento ou em animais-controle tratados com melatonina, para diminuir a
expressão de iNOS. Estes autores sugeriram a participação direta de iNOS, ou de uma
isoforma provavelmente expressa a partir do gene que codifica iNOS, no controle da
função mitocondrial.
Baseado nestes fatos, é possível que a ablação do gene que codifica iNOS
tenha preservado a função mitocondrial nos animais iNOSKO submetidos à coarctação
da aorta, explicando em parte a melhor função hemodinâmica observada nestes
animais quando comparados aos animais WT AoB, visto que, durante a hipertrofia
induzida por sobrecarga de pressão e durante a insuficiência cardíaca, existe
deteriorização nas vias de oxidação de ácidos graxos e de fosforilação oxidativa
(RUSSELL et al., 2005). No entanto, a relação entre o NO e o metabolismo energético
do coração, durante a insuficiência cardíaca, ainda não foi investigada.
Uma observação interessante foi a presença de iNOS co-localizada no núcleo
celular (figura 09-D). Apesar da expressão de iNOS no núcleo ter sido demonstrada
anteriormente por outros autores (BUCHWALOW et al., 1997; BUCHWALOW et al.,
2001; GIORDANO et al., 2002), não há uma explicação precisa sobre o papel de
iNOS e de seus produtos na expressão gênica, nem sobre os mecanismos que
induziriam uma possível translocação de iNOS citoplasmático para o núcleo celular.
Sabe-se, no entanto, que baixas doses de NO estão associadas à prevenção da
ocorrência de apoptose (RAZAVI et al., 2005), entretanto, a expressão de iNOS e
consequente produção de altas doses de NO ou de espécies reativas de oxigênio, está
108
associada ao aumento da taxa de apoptose, inclusive nas células cardíacas (WOLLERT
e DREXLER, 2002; RAZAVI et al., 2005; HU et al., 2006). A expressão de iNOS
também pode contribuir para a lesão direta do DNA nuclear, pela ação de seus
produtos. Foi demonstrado que a expressão de iNOS e consequente produção de
peroxinitrito pôde causar lesão direta do DNA (BENTZ et al., 2004).
A toxicidade induzida pela expressão de iNOS é de extrema importância no
combate à infecções pelo sistema imunológico, por exemplo, quando esta enzima é
expressa em macrófagos durante processos infecciosos porém, pode causar grave
prejuízo quando expressa em outros tipos celulares, como nos cardiomiócitos. O
principal estímulo para a expressão de iNOS nas células de mamíferos é a presença de
citocinas e mediadores inflamatórios (BALLIGAND et al., 1994; SATOH et al., 1997;
AFULUKWE et al., 2000; BARTH et al., 2006). Torre-Amione e colaboradores
(TORRE-AMIONE et al., 1996a; TORRE-AMIONE et al., 1996b), demonstraram que
pacientes com insuficiência cardíaca apresentam níveis aumentados das citocinas pro-
inflamatórias TNF-α (fator de necrose tumoral) e interleucina-6, que estava
relacionado com a gravidade da insuficiência cardíaca (pacientes agrupados segundo
os critérios da Associação do coração de Nova Iorque, classes I a III). Em paciente na
classe IV (biópsia de corações transplantados), o aumento de TNF-α chegou a ser 10
vezes maior que o controle (coração de doadores) (TORRE-AMIONE et al., 1996b). A
presença destas citocinas no tecido cardíaco serve de estímulo para a expressão de
iNOS no miocárdio.
5.2 A ABLAÇÃO DE iNOS NÃO EVITA O DESENVOLVIMENTO DE
HIPERTROFIA CARDÍACA NEM ALTERA A TAXA DE MORTALIDADE
EM ANIMAIS SUBMETIDOS À COARCTAÇÃO DA AORTA
No presente trabalho, a ablação de iNOS não preveniu o desenvolvimento de
109
hipertrofia cardíaca. Animais iNOSKO AoB desenvolveram níveis similares de
hipertrofia, comparados aos animais WT AoB, como pôde ser observado pelos valores
obtidos nas mensurações ecocardiográficas da espessura da parede do VE e do septo
interventricular e ainda, pelo índice de hipertrofia cardíaca utilizado neste trabalho
(figura 10, tabela 01). Os valores obtidos para estes parâmetros foram similares, entre
os grupos de animais AoB, nos dois períodos pós-cirúrgicos avaliados.
Isto sugere que o mecanismo de desenvolvimento de hipertrofia cardíaca é
provavelmente independente da expressão de iNOS. Os resultados de Sam e
colaboradores (SAM et al., 2001) corroboram com essa hipótese. Estes investigadores
também encontraram melhor função cardíaca em corações de animais iNOSKO
submetidos ao infarto do miocárdio, apesar da hipertrofia cardíaca ser similar ao dos
animais WT submetidos ao mesmo procedimento.
Apesar de apresentarem as mesmas dimensões das paredes ventriculares, os
animais WT AoB apresentaram mais áreas do miocárdio com presença de tecido
fibrótico, quando comparado aos animais iNOSKO AoB. Isto pôde ser observado nos
cortes histológicos corados com tricrômio de Masson (figura 12). Embora tenha sido
uma avaliação qualitativa, a presença de tecido fibrótico em substituição às fibras
musculares, pode ter tido impacto significativo na contratilidade cardíaca, explicando
em parte porque corações com o mesmo nível de hipertrofia apresentaram diferentes
valores para os parâmetros de contratilidade cardíaca.
A ablação do gene determinante da expressão de iNOS também não alterou a
taxa de mortalidade nos animais submetidos à cirurgia. Animais iNOSKO AoB
apresentaram taxa de mortalidade similar ao grupo de animais WT AoB; sendo que,
nas primeiras 48 horas após a cirurgia 13,64% dos animais WT AoB (6 animais de um
total de 44 cirurgias) e 16,67% dos animais iNOSKO AoB (8 animais de um total de
48 cirurgias) morreram. No período compreendido entre a cirurgia e o sacrifício, 6
animais morreram em cada grupo, sendo 3 mortes acidentais por grupo (durante
110
procedimentos de intubação, anestesia, etc). Cinco mortes ocorreram nos primeiros 10
dias de pós-cirúrgico e um dos animais WT AoB morreu 25 semanas após a cirurgia.
5.3 A ABLAÇÃO DE iNOS PREVINE A DETERIORIZAÇÃO DA FUNÇÃO
CARDÍACA DURANTE A SOBRECARGA POR PRESSÃO
Animais com ablação de iNOS e submetidos à sobrecarga de pressão,
apresentaram melhores medidas da função cardíaca do que os animais WT AoB. Isto
foi confirmado pelas medidas hemodinâmicas realizadas (figura 16-17, tabela 11),
onde animais iNOSKO AoB, apresentaram maiores valores para a PSVE, dP/dt
máximo e mínimo e PRSW, que é um indicador da função cardíaca independente da
pré-carga imposta ao coração. Ainda quanto ao relaxamento muscular cardíaco, pôde-
se também observar maior tempo de relaxamento em músculos isolados de animais
WT AoB, quando comparado aos animais-controle WT, em condições basais (antes da
perfusão de isoproterenol, figura 13-14, tabelas 04 e 07).
Embora na avaliação ecocardiográfica as medidas de contratilidade, em
especial a FE, tenham sugerido uma tendência à melhor função cardíaca nos animais
iNOSKO AoB, quando comparados ao grupo de animais WT AoB avaliados a longo
prazo após a cirurgia, as diferenças não foram significativas (P = 0,057; tabela 01).
Isto se deve, provavelmente, às características da técnica e em parte a dificuldade de
obter estimativas mais precisas em corações de dimensões tão pequenas como os
corações de camundongos. As mensurações hemodinâmicas utilizadas neste trabalho,
por sua vez, permitiram a avaliação direta (invasiva) dos valores de pressão e volume
da câmara ventricular esquerda, sendo mais precisa para a mensuração destes valores
do que a técnica ecocardiográfica, consequentemente, permitindo uma melhor
avaliação da contratilidade do VE.
Este foi o primeiro trabalho demonstrando que a ablação de iNOS durante a
111
sobrecarga do coração por pressão retarda a progressão da disfunção cardíaca (DIAS et
al., 2004a; DIAS et al., 2004b). A sobrecarga por pressão utilizada neste trabalho
simula uma das maiores causas da insuficiência cardíaca que é a hipertensão arterial.
Durante a preparação deste trabalho, outro grupo demonstrou a prevenção do
desenvolvimento de disfunção cardíaca no mesmo modelo animal, embora tenham
encontrado atenuação da hipertrofia cardíaca (ZHANG et al., 2007). A diferença entre
a intensidade de hipertrofia gerada nos animais submetidos à coarctação da aorta, entre
os dois trabalhos, deveu-se provavelmente ao diâmetro do vaso após o procedimento
cirúrgico. Os autores referidos utilizaram agulhas de 26 e 27 gauge (agulhas de 25
gauge foram utilizadas nos experimentos descritos no presente trabalho).
Aparentemente, existe a possibilidade de que a prevenção da expressão de iNOS,
também atenue a hipertrofia cardíaca. No entanto, isto depende da intensidade da pós-
carga imposta ao coração. No modelo adotado no presente trabalho, ocorreu uma
evolução mais lenta da hipertrofia e disfunção cardíaca subsequente à oclusão da aorta,
comparado ao trabalho de Zhang e colaboradores, simulando de maneira mais
próxima a evolução da disfunção cardíaca hipertensiva que ocorre no ser humano,
visto que, esta doença tem progressão lenta, demorando anos até que os sinais de
disfunção cardíaca apareçam.
Outros modelos de hipertrofia e insuficiência cardíaca, também apontam que
a ablação de iNOS ou a inibição da ação da enzima sejam benéficas durante a
progressão da insuficiência cardíaca. Embora Jones e colaboradores (JONES et al.,
2005) não tenham encontrado diferenças na função cardíaca entre animais iNOSKO e
WT, submetidos ao infarto do miocárdio (IM) e avaliados após 10 semanas, outros
pesquisadores que também utilizaram animais iNOSKO, mostraram que a ablação do
gene determinando da expressão de iNOS estava associada com melhores índices de
contratilidade cardíaca em animais com insuficiência cardíaca induzida por IM (FENG
et al., 2001; SAM et al., 2001) ou sobrecarga por volume (GEALEKMAN et al.,
112
2002). A diferença entre estes estudos está, provavelmente, relacionada com o
tamanho da área infartada e especialmente com o tempo de avaliação dos animais após
a cirurgia experimental.
Feng e colaboradores (FENG et al., 2001), por exemplo, reportaram melhor
função cardíaca pós-IM, em animais iNOSKO, um mês após a cirurgia experimental
enquanto, Sam e colaboradores (SAM et al., 2001), observaram que a ablação de iNOS
preservava a função cardíaca, diminuía a taxa de apoptose e de mortalidade ao redor
dos 4 meses após o infarto do miocárdio.
No presente trabalho, foi possível observar que a expressão de iNOS no
miocárdio não causou efeitos “agudos” sobre a contratilidade cardíaca, visto que, em
animais WT AoB avaliados a curto prazo após a cirurgia, os parâmetros de
contratilidade e sensibilidade β-adrenérgica foram similares aos valores encontrados
em animais iNOSKO AoB (tabela 01, figura 13); exceto no caso do tempo de
relaxamento de músculos isolados, que estava aumentado no grupo WT AoB (figura
13D, tabela 04). Contudo, a expressão sustentada de iNOS, que ocorreu nos animais
WT AoB, é um fator que contribui para a aceleração do processo de disfunção
cardíaca, já que o bloqueio da expressão desta enzima, através do nocaute do gene para
iNOS, resultou em melhores valores de contratilidade cardíaca, aumento da
sensibilidade β-adrenérgica e prevenção da expressão gênica relacionada à
insuficiência cardíaca. O efeito da expressão de iNOS parece então ser tempo-
dependente, visto que, a expressão da enzima durante os dois momentos em que os
animais WT AoB foram avaliados não diferiu significantemente (Figura 08 C-D).
Além do uso do modelo de animais iNOSKO, estudos onde bloqueadores de
iNOS foram utilizados, também demonstraram prevenção na disfunção cardíaca
associada à inibição da atividade desta enzima. Saito e colaboradores (SAITO et al.,
2002) demonstraram que o tratamento com o bloqueador de iNOS, S-metilisotiouréia,
feito em ratos com insuficiência cardíaca induzida por infarto do miocárdio, resultou
113
em melhor função cardíaca, menor tamanho da área infartada, redução da hipertrofia
cardíaca e diminuição da taxa de mortalidade. Zheng e colaboradores (ZHENG et al.,
2004), usando o tratamento com o mesmo inibidor de iNOS, também demonstraram o
benefício do bloqueio da enzima na prevenção da disfunção cardíaca em ratos
submetidos à IM. Galeakman e colaboradores (GEALEKMAN et al., 2002),
demonstraram o benefício da inibição de iNOS, através do uso do inibidor 1400W, na
função cardíaca de ratos durante a sobrecarga do coração por volume.
Provavelmente, o melhor trabalho que correlaciona iNOS e disfunção
cardíaca, em amostras de tecido humano, foi o realizado por Patten e colaboradores
(PATTEN et al., 2005). Estes autores demonstraram, que corações de pacientes com
insuficiência cardíaca congestiva, têm expressão de iNOS aumentada e alta taxa de
apoptose, comparados a amostras de corações de pacientes com função cardíaca
normal. Mais importante, foi o fato de que pacientes que passaram pelo procedimento
para colocação de uma bomba para auxílio do ventrículo esquerdo, apresentarem
diminuição significativa da expressão de iNOS, que estava associada com a melhora
da função cardíaca. Além disso, a diminuição da expressão de iNOS, também estava
correlacionada com a diminuição da taxa de apoptose celular no tecido cardíaco.
Baseado nos resultados obtidos no trabalho aqui apresentado e nas citações
anteriores (SAM et al., 2001; GEALEKMAN et al., 2002; ZHENG et al., 2004;
RUETTEN et al., 2005; PATTEN et al., 2005; ZHANG et al., 2007), existe evidência
de que a expressão de iNOS no miocárdio é um fator que contribui para a
deteriorização da performance cardíaca durante a progressão da insuficiência cardíaca.
No entanto, fica a questão: Seria a expressão de iNOS por si só a causadora
da disfunção cardíaca ou seria apenas um dos diversos fatores que contribuem para o
seu desenvolvimento?
Para dar resposta a esta questão, dois grupos independentes geraram
camundongos transgênicos que superexpressam iNOS no coração. Heger e
114
colaboradores (HEGER et al., 2002), geraram animais que superexpressavam iNOS,
através da colocação do clone de DNA para iNOS sobre o controle do promotor da
cadeia pesada da miosina-α (α-MHC), determinando assim, a expressão da proteína
restrita ao coração. Mungrue e colaboradores (MUNGRUE et al., 2002a), também
geraram um modelo de superexpressão de iNOS restrito ao coração porém,
condicionado ao fator de transcrição responsivo à tetraciclina, podendo assim controlar
o momento da expressão do gene determinante de iNOS. Embora ambos os grupos,
tivessem demonstrado que iNOS era expressa no coração e que havia aumento da
atividade da enzima, o fenótipo encontrado nos animais foi marcadamente diferente.
As especulações que se seguiram para justificar os resultados contraditórios levaram a
certa indisposição entre os dois grupos (MUNGRUE et al., 2003; GODECKE e
SCHRADER, 2004).
Heger e colaboradores (HEGER et al., 2002), não reportaram a ocorrência de
disfunção cardíaca severa em animais transgênicos, embora eles apresentassem
redução do débito cardíaco (medido por ecocardiografia) e das pressões arteriais
diastólica e média, além de redução da pressão sistólica em corações isolados. Por
outro lado, Mungrue e colaboradores (MUNGRUE et al., 2002a) reportaram que a
superexpressão de iNOS levou ao aumento da produção de peroxinitrito, aumento da
fibrose no miocárdio, modesta hipertrofia e dilatação cardíaca e sobretudo, aumento da
mortalidade devido à arritmias. Através do tratamento com doxiciclina e consequente
supressão da expressão de iNOS, o fenótipo observado pôde ser revertido. Este
contraste nos resultados é difícil de ser explicado porque, apesar do fenótipo
“benéfico” encontrado por Heger e colaboradores, os autores reportaram aumento na
produção de NO tecidual e plasmático; já Mungrue e colaboradores, que encontraram
o fenótipo com maior mortalidade e lesão tecidual, não reportaram alterações na
concentração de NO plasmático ou urinário e sugeriram então que o desacoplamento
do homodímero formado por iNOS, seria responsável pela geração de espécies reativas
115
de oxigênio e, consequentemente peroxinitrito (observado no miocárdio pelos autores),
que contribuiria para os efeitos deletérios da superexpressão de iNOS.
Heger e colaboradores, sugeriram que o fenótipo pouco prejudicial
encontrado nos animais com superexpressão de iNOS, deveu-se ao fato da mioglobina
agir como tamponante do NO (formando metamioglobina e nitrato), protegendo a
célula dos efeitos decorrentes do aumento da atividade de iNOS. Esta hipótese, foi
investigada em dois trabalhos posteriores, usando o mesmo modelo de animal
transgênico gerado por Heger e colaboradores (HEGER et al., 2002), e gerou
evidência para o papel protetor da mioglobina. Quando a mioglobina foi inibida
quimicamente, corações isolados dos animais com superexpressão de iNOS
apresentaram piores valores de contratilidade cardíaca (WUNDERLICH et al., 2003).
Quando animais com superexpressão de iNOS foram cruzados com animais nocaute
para o gene produtor da mioglobina, os animais desenvolveram disfunção cardíaca
(GODECKE et al., 2003) .
Mungrue e colaboradores (MUNGRUE et al., 2002a; MUNGRUE et al.,
2003), sugerem que devido à geração do modelo de transgenia direta (não-condicional)
feita por Heger e colaboradores (HEGER et al., 2002), houve uma provável seleção
negativa contra as linhagens que produziriam iNOS com níveis de atividade que
geraria uma condição patológica. Esta sugestão foi feita, baseada no fato de que
quando o seu grupo tentou gerar animais com superexpressão de iNOS utilizando a
mesma técnica de Heger e colaboradores, os autores puderam produzir poucas
linhagens viáveis e ainda, a superexpressão de iNOS no modelo condicional causou
aumento da mortalidade fetal (levando-os a tratar as mães durante o período
gestacional com doxiciclina, para inibir a expressão de iNOS). No entanto, Mungrue e
colaboradores não apresentaram até o momento, evidências complementares,
utilizando o modelo de expressão condicional de iNOS, que pudessem esclarecer
melhor o papel desta enzima no desenvolvimento da insuficiência cardíaca.
116
Baseado nos resultados controversos dos modelos de animais que
superexpressam iNOS, ainda não é possível afirmar que a expressão de iNOS no
coração, pode por si só, induzir o desenvolvimento da disfunção cardíaca.
Uma hipótese recente aponta para o papel do superóxido e do peroxinitrito
como determinantes dos efeitos patológicos advindos da alta expressão das enzimas
produtoras de NO (TAKIMOTO et al., 2005; GUPTE et al., 2006; ZHANG et al.,
2007). Isto porque, como descrito no item 2.2, a escassez de co-fatores como a
tetraidrobiopterina e do substrato L-arginina, pode fazer com que ocorra o
desacoplamento da NOS e consequente produção de superóxido, que se combinado ao
NO produz o peroxinitrito. Dois grupos de pesquisadores (TAKIMOTO et al., 2005;
ZHANG et al., 2007) que utilizaram como modelo camundongos submetidos à
coarctação da aorta, encontraram que tanto a isoforma endotelial (TAKIMOTO et al.,
2005) quanto a isoforma induzível (ZHANG et al., 2007) de NOS, estavam
parcialmente desacopladas, favorecendo o estresse oxidativo e a produção de
peroxinitrito. Encontraram também que a quantidade de nitrotirosina, um marcador da
ação do peroxinitrito, estava aumentada em animais submetidos à cirurgia de
coarctação da aorta. Além disso, animais com ablação de iNOS (ZHANG et al., 2007)
ou de eNOS (TAKIMOTO et al., 2005) e também animais controle suplementados
com tetraidrobiopterina (TAKIMOTO et al., 2005) (para evitar o desacoplamento da
NOS), apresentaram melhores valores de contratilidade cardíaca do que animais-
controle submetidos aos mesmos procedimentos. Estas observações suportam um
mecanismo de ação mediada por derivados do NO e não exclusivamente mediado pela
ação direta do NO.
O trabalho de Ichinose (ICHINOSE et al., 2003) e colaboradores, contrasta
com o resultado dos dois trabalhos citados no parágrafo acima. Ichinose e
colaboradores, evitaram a dimerização de iNOS através do uso de um inibidor da
formação de homodímeros, denominado de BBS2 (BLASKO et al., 2002) e
117
constataram que a hipotensão arterial, a disfunção cardíaca e também a disfunção
hemodinâmica pulmonar, subsequente à sepse induzida, foram prevenidas.
5.4 A ABLAÇÃO DE iNOS ESTÁ ASSOCIADA COM A HIPERSENSIBILIDADE
β-ADRENÉRGICA
A expressão de iNOS, foi demonstrada estar associada com a inibição da
resposta β-adrenérgica em: células e músculo cardíaco isolado de ventrículo cardíaco
humano durante a insuficiência cardíaca (ZIOLO et al., 2004); em corações de
camundongos durante a cardiomiopatia induzida por citocinas (BALLIGAND et al.,
1994; FUNAKOSHI et al., 2002) ou induzida por choque séptico (BARTH et al.,
2006) e em cardiopatia induzida por sobrecarga de volume (GEALEKMAN et al.,
2002). Além disso, o uso de inibidores específicos de iNOS em dois dos trabalhos
acima citados, resultou em aumento da inotropia induzida por agonista β-adrenérgico
(GEALEKMAN et al., 2002; BARTH et al., 2006). A inibição da atividade de NOS
também demonstrou aumentar a resposta β-adrenérgica em corações humanos in situ
(HARE et al., 1998).
Neste trabalho, a ablação de iNOS durante a sobrecarga por pressão, resultou
em aumento da resposta β-adrenérgica no músculo cardíaco (figura 14, tabela 06).
Adicionalmente, a pré-incubação dos músculos com o inibidor de iNOS, 1400W,
alterou a resposta β-adrenérgica em animais WT AoB para valores similares aos
encontrados nos animais iNOSKO AoB (figura 15, tabela 09), nas mesmas condições
experimentais, sugerindo que a expressão e atividade de iNOS estão diretamente
envolvidas na depressão da resposta β-adrenérgica que acompanha a disfunção
cardíaca. Animais WT e iNOSKO utilizados como controle, não diferiram quanto à
resposta β-adrenérgica, sendo este resultado esperado, pois a expressão de iNOS em
animais WT foi quase indetectável.
118
Embora tenha havido leve aumento da resposta β-adrenérgica no grupo de
animais iNOSKO AoB, avaliados a curto prazo após a cirurgia experimental, houve
diferença estatística entre este grupo e o grupo de animais WT AoB, apenas a longo
prazo após o início da sobrecarga por aumento de pressão imposta ao coração. Existe a
curto prazo, provavelmente, algum mecanismo compensatório contribuindo para a
normalização da resposta β-adrenérgica ou talvez até este momento, ainda não tenha
havido a dessensitização dos receptores β-adrenérgicos que ocorre durante a
progressão da insuficiência cardíaca (CASTELLANO e BOHM, 1997; LOHSE et al.,
2003; BARKI-HARRINGTON et al., 2004).
Atualmente, sabe-se que o uso de bloqueadores dos receptores β-
adrenérgicos aumenta a sobrevida e diminui a morbidade em paciente com
insuficiência cardíaca. O uso destes bloqueadores, que há décadas atrás era uma
contra-indicação, passou a ser um dos tratamentos padrões para a insuficiência
cardíaca (BRISTOW, 2000a; BRISTOW, 2000b; BOUZAMONDO et al., 2001;
LOHSE et al., 2003). A explicação para a ação dos β-bloqueadores durante a
insuficiência cardíaca ainda não está totalmente elucidada. Em parte, o efeito dos β-
bloqueadores parece dever-se: ao efeito anti-arrítmico das drogas; à prevenção dos
efeitos adversos da estimulação contínua dos receptores β-adrenérgicos (como a
hipertrofia e o aumento da taxa de apoptose); à melhora do balanço energético no
coração insuficiente e sugere-se que possa promover a ressensitização dos receptores
β-adrenérgicos (LOHSE et al., 2003).
O fato de animais iNOSKO AoB apresentarem sensibilidade β-adrenérgica
preservada, pode ser um dos fatores que determinam a desaceleração da progressão da
insuficiência cardíaca neste grupo, quando comparado ao grupo de animais WT AoB.
A preservação da resposta β-adrenérgica no grupo iNOSKO AoB forneceria ao
coração dos animais uma maior reserva inotrópica, comparado aos animais WT AoB,
fator este que estaria suprimindo a demanda do coração à sobrecarga por pressão.
119
Parece contraditório que animais iNOSKO AoB apresentam maior
sensibilidade β-adrenérgica e melhor performance cardíaca que animais WT AoB,
sabendo-se que o bloqueio β-adrenérgico é benéfico durante a insuficiência cardíaca.
No entanto, isto seria possível caso a atividade de iNOS, em corações de animais WT
AoB, estivesse contribuindo para a dessensibilização das vias β-adrenérgicas. Isto
requereria uma estimulação β-adrenérgica tônica para manter a contratilidade cardíaca
e traria como consequência os efeitos adversos dessa estimulação. De fato, Adam e
colaboradores (ADAM et al., 1999) demonstraram em diversos tipos celulares, que o
uso de doadores de NO (SIN-1 e GEA) ou a expressão de iNOS em macrófagos,
através da indução por LPS, significativamente inibiu a resposta β-adrenérgica, sendo
este efeito causado pelo desacoplamento dos receptores β-adrenérgicos do tipo 2 e da
proteína G
s
. Os autores mostraram evidências de que o NO pode promover a
despalmitoilação dos receptores β-adrenérgicos do tipo 2. Mostraram ainda, que o NO
não promoveu diminuição do AMPc quando células mutantes expressando receptores
β-adrenérgicos do tipo 2 não palmitoilados (cisteína da posição 341 trocada por
glicina) foram usadas. Esse trabalho contribuiu para explicar, em parte, o papel do NO
derivado de iNOS na dessensibilização das vias β-adrenérgicas.
Sugere-se ainda, que dentre as vias de ativação mediadas por NO, a ativação
da enzima proteína quinase-G (PKG), estaria interagindo com as vias de estimulação
β-adrenérgicas de maneira inibitória ou então, essa enzima poderia diretamente causar
efeito inotrópico negativo no coração por diminuir a sensibilidade dos miofilamentos
ao cálcio (YASUDA e LEW, 1997). A PKG quando ativada, pode fosforilar a
Troponina I, causando diminuição da sensibilidade dos miofilamentos ao cálcio
(LAYLAND et al., 2005). O NO poderia também aumentar a hidrólise de AMPc
através da ativação de fosfodiesterases pelas vias dependentes do GMPc (HAN et al.,
1995), embora esta hipótese seja controversa (ADAM et al., 1999).
Além disso, parece que o NO pode causar, diretamente, efeito inotrópico
120
negativo, por agir nos canais de cálcio voltagem-dependente na membrana do
cardiomiócito (QUIGNARD et al., 1997) e agir nos canais rionidínicos da membrana
do retículo sarcoplasmático (MESZAROS et al., 1996; ZAHRADNIKOVA et al.,
1997).
Outra possibilidade investigada no presente trabalho, foi a de que alterações
na expressão ou fosforilação da isoforma endotelial de NOS (eNOS) pudesse ser a
responsável pela diminuição da contratilidade basal e da resposta inotrópica positiva,
induzida por agonista β-adrenérgico, observada nos animais WT AoB. Alterações na
expressão de eNOS foram reportadas durante a insuficiência cardíaca humana (STEIN
et al., 1998; FUKUCHI et al., 1998; DAMY et al., 2004) e a atividade de eNOS tem
sido associada à diminuição da resposta β-adrenérgica na célula muscular cardíaca
(KIMURA et al., 1997; BAROUCH et al., 2002; CHAMPION et al., 2004). Contudo,
no modelo de sobrecarga por pressão imposta ao coração, apresentado neste trabalho,
não foram observadas alterações na expressão de eNOS que pudessem explicar as
alterações na contratilidade cardíaca nos animais WT AoB (figura 19, tabela 13).
Houve apenas um aumento transitório na fosforilação de eNOS, na treonina da posição
495, no grupo de animais iNOSKO AoB avaliados a curto prazo após a cirurgia. A
fosforilação de eNOS neste resíduo, diminuiria a atividade da enzima (FLEMING et
al., 2001) e poderia potencializar a resposta β-adrenérgica neste grupo. No entanto,
não foram observadas diferenças significantes na resposta β-adrenérgica entre animais
iNOSKO AoB e os demais grupos de animais testados, sugerindo que alterações na
fosforilação de eNOS na posição 495 não trariam grandes consequências para a
resposta β-adrenérgica do miocárdio. Em animais iNOSKO AoB avaliados a longo
prazo, quando apresentaram resposta aumentada à estimulação β-adrenérgica, a
fosforilação de eNOS na treonina 495 não estava alterada, demonstrando não ser esta a
razão que explique as diferenças encontradas na resposta β-adrenérgica entre este
grupo de animais e os demais grupos experimentais.
121
Os resultados aqui apresentados, somados a evidência de outros trabalhos
(BALLIGAND et al., 1994; ADAM et al., 1999; FUNAKOSHI et al., 2002;
GEALEKMAN et al., 2002; ZIOLO et al., 2004; BARTH et al., 2006) dão suporte a
hipótese de que a expressão de iNOS atenua a resposta β-adrenérgica do tecido
muscular cardíaco.
5.5 ANIMAIS iNOSKO SUJEITOS À SOBRECARGA CARDÍACA POR
AUMENTO DE PRESSÃO NÃO APRESENTARAM EXPRESSÃO GÊNICA
RELACIONADA À INSUFICIÊNCIA CARDÍACA
Os corações que progridem para a insuficiência cardíaca, geralmente
expressam o fator natriurético atrial e isoformas fetais da cadeia pesada da miosina
(ocorrendo a troca da cadeia pesada da miosina – MHC - to tipo β para o tipo α no
miocárdio humano e do tipo α para o tipo β no miocárdio de camundongos).
Animais WT AoB, apresentaram aumento da expressão do mRNA da β-
MHC e do FNA, em amostras de ventrículo, já a curto prazo após a cirurgia enquanto,
animais iNOSKO AoB, não apresentaram alterações na expressão destes genes em
nenhum momento em que foram avaliados (figura 18, tabela 12).
Os animais WT AoB, também apresentaram a curto prazo, aumento na
expressão gênica de SERCA2, talvez indicando um mecanismo compensatório para a
manutenção da contratilidade cardíaca através da melhora na recaptação do cálcio
citoplasmático. Esta observação, mostrou a necessidade da quantificação da expressão
das proteínas envolvidas com o transporte de cálcio no retículo sarcoplasmático.
Embora houvesse aumento na expressão gênica de SERCA2, não houve alteração
significativa na expressão protéica desta proteína em nenhum dos grupos de animais
testados, tanto a curto quanto à longo prazo após o procedimento cirúrgico (figura 20,
tabela 13). Além disso, a proteína fosfolambano que controla a atividade de SERCA2,
122
também não apresentou variações significativas entre os grupos experimentais.
O fato de não haver alterações na expressão protéica de SERCA2 e PLB,
sugere que as alterações na contratilidade cardíaca no grupo de animais WT AoB não
dependem de alterações no transporte de cálcio do retículo sarcoplasmático. No
entanto, apesar da expressão destas proteínas ser similar em animais AoB é possível
que alterações pós-traslacionais, como a fosforilação de SERCA2 e PLB pudessem
influenciar nas concentrações de cálcio transiente dentro da célula muscular cardíaca.
Para elucidar esta questão, mensurações diretas das concentrações de cálcio transiente
seriam necessárias.
Os resultados apresentados neste trabalho, dão suporte à hipótese de que a
inibição da expressão de iNOS durante o desenvolvimento da insuficiência cardíaca
poderia ser benéfica. No entanto, são necessários estudos para determinar com mais
precisão quais são os mecanismos desencadeadores da expressão de iNOS durante o
desenvolvimento da insuficiência cardíaca. Outra possibilidade a ser investigada,
como opção terapêutica, seria a inibição da atividade da enzima, utilizando um
inibidor específico de iNOS, durante o desenvolvimento da doença.
123
6 CONCLUSÃO
Os dados contidos neste trabalho, mostram que a sobrecarga por aumento de
pressão, imposta ao coração através da coarctação da aorta, induz a expressão de iNOS
no miocárdio, que está associada à hipertrofia e à disfunção cardíaca. A ablação do
gene que determina a expressão de iNOS, nas condições citadas acima, embora não
previna o desenvolvimento de hipertrofia, retarda a progressão da disfunção cardíaca,
além de potencializar a resposta β-adrenérgica do músculo cardíaco. As evidências
obtidas neste trabalho, sugerem que a inibição da expressão ou da atividade de iNOS,
poderiam servir de ferramenta terapêutica para melhorar a função do coração durante a
progressão da insuficiência cardíaca.
124
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