N-asetilsisteinle Ön-muamele Edilmiş Kardiyomyositlerden Salgılanan Eksozomların Yaşlanmaya Bağlı ROS Üretimi Üzerindeki Etkisi

Amaç: Bu çalışmada bir antioksidan olan N-asetilsisteinin (NAC), kardiyomyositlerden salınan eksozomlar aracılığı ile kardiyomyositlerde yaşlanmaya bağlı artan reaktif oksijen türleri (ROS) üretimi ve mitokondri membran potansiyeli (MMP) üzerindeki düzenleyici etkisinin moleküler düzeyde incelenmesi hedeflenmiştir. Gereç ve Yöntem: Yaşlanma modeli, sıçan sol ventrikül hücre hattı H9c2’leri D-galaktoz (D-Gal; 50 mg/mL) ile 48-saat inkübasyon yapılarak gerçekleştirilmiştir. NAC ile ön-muameleye tabi tutulan sağlıklı H9c2’lerden salınan eksozomlar yaşlı kardiyomyositler ile inkübe edilerek, yaşlanma ile artan ROS üretimindeki artışa ve MMP depolarizasyonuna etkileri hem normal kontrol hücreleri ve hem de eksozom verilmemiş yaşlı hücrelerle karşılaştırılarak incelenmiştir. ROS ve MMP ölçümleri spesifik floresan boyalar (DCFDA ve FCCP) kullanılarak konfokal mikroskobunda floresan şiddetinde değişim olarak görüntülenerek bağıl olarak hesaplanmıştır. ROS belirteci olarak da kabul edilen miR-21 ifadesi, eksozomal miRNA izolasyonunu takiben yapılan cDNA sentezi qRT-PCR ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Bulgular: Yaşlanma modeli oluşturulmuş kardiyomyositlerin, NAC ile inkübe edilmiş H9c2’lerden izole edilen eksozomlar ile 72-saat inkübasyonu yaşlanmaya bağlı artan ROS üretiminin belirgin şekilde baskılanmasına, depolarize olan MMP’nin normalize olmasına neden olmaktadır. Diğer yandan, NAC muamelesi normal sağlıklı kardiyomyositlerde eksozomal miR-21 ifadesini anlamlı olarak baskılamaktadır. Sonuç: Bu bulgular ışığında, kalp hasar tedavisinde kullanılan ROS hedefli ajanların eksozom-temelli parakrin bir mekanizma aracılığı ile kontrolsüz olarak artan mitokondriyon kaynaklı ROS üretiminin spesifik bir şekilde baskılıyor olabileceğini işaret etmektedir. Çalışmamız, ayrıca, literatürde ilk kez olmak üzere, NAC ile ön-muamele edilmiş kardiyomyositlerde eksozomal miRNA modülasyonuna neden olduğunu göstermektedir. Bu bulgular, antioksidan sistemi kuvvetlendirilmiş kardiyomiyositlerden elde edilen eksozom uygulamasının yaşlanmaya bağlı yetersiz kalp fonksiyonu için yeni bir tedavi yaklaşımı olduğunu göstermektedir.

Effect of Exosomes Secreted from N-acetylcysteine Pretreated Cardiomyocytes on Aging- induced ROS Production

Objectives: In this study, it was aimed to investigate the regulatory effect of N-acetylcysteine (NAC), an antioxidant, on the aging-related reactive oxygen species (ROS) production and mitochondrial membrane potential (MMP) in cardiomyocytes via exosomes released from cardiomyocytes at the molecular level. Materials and Methods: The aging model was performed by incubating rat left ventricular cell line H9c2 with D-galactose (D-Gal; 50 mg/mL) for 48 hours. Exosomes released from H9c2 pretreated with NAC were incubated with aged cardiomyocytes and their effects on the enhanced ROS production and MMP depolarization with aging were compared with both normal control cells and aged cells without exosomes. ROS and MMP measurements were calculated relative to the confocal microscope using specific fluorescent dyes (DCFDA and FCCP) by visualizing the change in fluorescence intensity. MiR-21 expression, which is also accepted as a ROS marker, and cDNA synthesis qRT-PCR measurements were performed following exosomal miRNA isolation. Results: Seventy-two-hour incubation of aging-modeled cardiomyocytes with exosomes isolated from H9c2 incubated with NAC significantly suppresses the increased ROS production associated with aging and normalizes depolarized MMP. On the other hand, NAC treatment significantly suppressed exosomal miR-21 expression in normal healthy cardiomyocytes. Conclusion: These findings indicate that ROS-targeted agents used in the treatment of heart damage may specifically suppress mitochondrion- derived ROS production, which increases uncontrollably through an exosome-based paracrine mechanism. Our study also demonstrates, for the first time in the literature, that NAC induces exosomal miRNA modulation in pretreated cardiomyocytes. These findings indicate that the administration of exosomes obtained from cardiomyocytes with enhanced antioxidant system is a new treatment approach for aging-related inadequate heart function.

___

  • 1. Olgar Y, Degirmenci S, Durak A, et al. Aging related functional and structural changes in the heart and aorta: MitoTEMPO improves aged-cardiovascular performance. Exp Gerontol. 2018;110:172-181.
  • 2. Bulthuis EP, Adjobo-Hermans MJW, Willems PHGM, et al. Mitochondrial Morphofunction in Mammalian Cells. Antioxid Redox Signal. 2019;30:2066- 2109.
  • 3. Wu NN, Zhang Y, Ren J. Mitophagy, mitochondrial dynamics, and homeostasis in cardiovascular aging. Oxid Med Cell Longev. 2019;2019:9825061.
  • 4. Turan B. Role of antioxidants in redox regulation of diabetic cardiovascular complications. Curr Pharm Biotechnol. 2010;11:819-836.
  • 5. Durak A, Olgar Y, Degirmenci S, et al. A SGLT2 inhibitor dapagliflozin suppresses prolonged ventricular-repolarization through augmentation of mitochondrial function in insulin-resistant metabolic syndrome rats. Cardiovasc Diabetol. 2018;17:144.
  • 6. Olgar Y, Tuncay E, Degirmenci S, et al. Ageing-associated increase in SGLT2 disrupts mitochondrial/sarcoplasmic reticulum Ca2+ homeostasis and promotes cardiac dysfunction. J Cell Mol Med. 2020;24:8567-8578.
  • 7. Shigenaga MK, Hagen TM, Ames BN. Oxidative damage and mitochondrial decay in aging. Proc Natl Acad Sci U S A. 1994;91:10771-10778.
  • 8. Ren J, Zhang Y. Targeting autophagy in aging and aging-related cardiovascular diseases. Trends Pharmacol Sci. 2018;39:1064-1076. 9. Stadtman ER. Protein oxidation and aging. Science. 1992;257:1220-1224.
  • 10. Durak A, Bitirim CV, Turan B. Titin and CK2α are New Intracellular Targets in Acute Insulin Application-Associated Benefits on Electrophysiological Parameters of Left Ventricular Cardiomyocytes From Insulin-Resistant Metabolic Syndrome Rats. Cardiovasc Drugs Ther. 2020;34:487-501.
  • 11. Dai DF, Rabinovitch PS, Ungvari Z. Mitochondria and cardiovascular aging. Circ Res. 2012;110:1109-1124.
  • 12. Kauppila TES, Kauppila JHK, Larsson NG. Mammalian mitochondria and aging: an update. Cell Metabolism. 2017;25:57-71.
  • 13. Reyes DRA, Gomes MJ, Rosa CM, et al. N-Acetylcysteine Influence on Oxidative Stress and Cardiac Remodeling in Rats During Transition from Compensated Left Ventricular Hypertrophy to Heart Failure. Cell Physiol Biochem. 2017;44:2310-2321.
  • 14. Tepel M, van der Giet M, Statz M, et al. The antioxidant acetylcysteine reduces cardiovascular events in patients with end-stage renal failure: a randomized, controlled trial. Circulation. 2003;107:992-995.
  • 15. Scholze A, Rinder C, Beige J, et al. Acetylcysteine reduces plasma homocysteine concentration and improves pulse pressure and endothelial function in patients with end-stage renal failure. Circulation. 2004;109:369- 374.
  • 16. Samuni Y, Goldstein S, Dean OM, et al. The chemistry and biological activities of N-acetylcysteine. Biochim Biophys Acta. 2013;1830:4117-4129. 17. Burgunder JM, Varriale A, Lauterburg BH. Effect of N-acetylcysteine on plasma cysteine and glutathione following paracetamol administration. Eur J Clin Pharmacol. 1989;36:127-131.
  • 18. Kerksick C, Willoughby D. The antioxidant role of glutathione and N-acetyl- cysteine supplements and exercise-induced oxidative stress. J Int Soc Sports Nutr. 2005;2:38-44.
  • 19. Chaumais MC, Ranchoux B, Montani D, et al. N-acetylcysteine improves established monocrotaline-induced pulmonary hypertension in rats. Respir Res. 2014;15:65.
  • 20. Dludla PV, Orlando P, Silvestri S, et al. N-Acetyl cysteine ameliorates hyperglycemia-induced cardiomyocyte toxicity by improving mitochondrial energetics and enhancing endogenous Coenzyme Q(9/10) levels. Toxicol Rep. 2019;6:1240-1245.
  • 21. Yuan Y, Du W, Liu J, et al. Stem Cell-Derived Exosome in Cardiovascular Diseases: Macro Roles of Micro Particles. Front Pharmacol. 2019;9:547. 22. Zhang Y, Liu Y, Liu H, et al. Exosomes: biogenesis, biologic function and clinical potential. Cell Biosci. 2019;9:19.
  • 23. Barile L, Moccetti T, Marbán E, et al. Roles of exosomes in cardioprotection. Eur Heart J. 2017;38:1372-1379.
  • 24. La Sala L, Mrakic-Sposta S, Micheloni S, et al. Glucose-sensing microRNA-21 disrupts ROS homeostasis and impairs antioxidant responses in cellular glucose variability. Cardiovasc Diabetol. 2018;17:105.
  • 25. Dai B, Wang F, Nie X, et al. The Cell Type-Specific Functions of miR-21 in Cardiovascular Diseases. Front Genet. 2020;11:563166.
  • 26. Pužar Dominkuš P, Stenovec M, Sitar S, et al. PKH26 labeling of extracellular vesicles: Characterization and cellular internalization of contaminating PKH26 nanoparticles. Biochim Biophys Acta Biomembr. 2018;1860:1350- 1361.
  • 27. Tsai SJ, Guo C, Sedgwick A, et al. Exosome-Mediated mRNA Delivery For SARS-CoV-2 Vaccination. bioRxiv. 2020. doi: 10.1101/2020.11.06.371419
  • 28. Kramer MF. Stem-loop RT-qPCR for miRNAs. Curr Protoc Mol Biol. 2011. doi: 10.1002/0471142727.mb1510s95
  • 29. Zima AV, Blatter LA. Redox regulation of cardiac calcium channels and transporters. Cardiovasc Res. 2006;71:310-321.
  • 30. Maack C, Kartes T, Kilter H, et al. Oxygen free radical, release in human failing myocardium is associated with increased activity of Rac1-GTPase and represents a target for statin treatment. Circulation. 2003;108:1567- 1574.
  • 31. Dorn GW 2nd. Apoptotic and non-apoptotic programmed cardiomyocyte death in ventricular remodelling. Cardiovasc Res. 2009;81:465-473.
  • 32. Burgoyne JR, Mongue-Din H, Eaton P, et al. Redox signaling in cardiac physiology and pathology. Circ Res. 2012;111:1091-1106.
  • 33. Quan Y, Xin Y, Tian G, et al. Mitochondrial ROS-Modulated mtDNA: A Potential Target for Cardiac Aging. Oxid Med Cell Longev. 2020;2020:9423593.
  • 34. Dai DF, Chen T, Johnson SC, et al. Cardiac aging: from molecular mechanisms to significance in human health and disease. Antioxid Redox Signal. 2012;16:1492-1526.
  • 35. Zhang X, Azhar G, Williams ED, et al. MicroRNA Clusters in the Adult Mouse Heart: Age-Associated Changes. Biomed Res Int. 2015;2015:732397.
  • 36. La Sala L, Mrakic-Sposta S, Tagliabue E, et al. Circulating microRNA-21 is an early predictor of ROS-mediated damage in subjects with high risk of developing diabetes and in drug-naïve T2D. Cardiovasc Diabetol. 2019;18:18.
Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi Mecmuası-Cover
  • Başlangıç: 1947
  • Yayıncı: Erkan Mor
Sayıdaki Diğer Makaleler

Karaciğer Hidatik Kist Olgusunda Laparoskopik Perikistektomi

Mehmet Akif Türkoğlu, Umut İhsan Emreol, Naciye Bozkurt, , Onur Metindoğan

N-asetilsisteinle Ön-muamele Edilmiş Kardiyomyositlerden Salgılanan Eksozomların Yaşlanmaya Bağlı ROS Üretimi Üzerindeki Etkisi

Ceylan Verda Bitirim, Kardelen Genç, Zeynep Özer, Belma Turan

Yanık Hastalarında Antimikrobiyal Dirençli Enfeksiyonlarda Epidemiyoloji, Risk Faktörleri, Predikte Ettirici Faktörler ile Mortalite Oranlarının Değerlendirilmesi

Çiğdem Erol, Melike Hamiyet Demirkaya, Ender Gedik, Cem Aydoğan, Ayşe Hande Arslan, Mehmet Haberal

SARS-CoV-2 RT-PCR’nin Döngü Eşiği ile COVID-19’un Klinik Seyri Arasında Bir Korelasyon Var mıdır?

Tuğba Yanık Yalçın, Çiğdem Erol, Saliha Aydın, Nuran Sarı, Gülbahar Darılmaz Yüce, Özlem Kurt Azap, Hande Arslan

Diz Grafilerinde İnsidental Saptanan Benin Kemik Tümörleri

Mustafa Onur Karaca, Kamil Balaban

Yeni Tanı Çölyak Hastalarında Marsh Sınıflamasının Belirlenmesinde Trombosit İndeksleri

Emra Asfuroğlu Kalkan

Birinci ve İkinci Trimester Tarama Testlerinde Kullanılan Biyokimyasal Belirteçlerin Kötü Obstetrik Sonuçlarla İlişkisi

Merve Cellek, Ali Turhan Çağlar

Biyopsi Değerlendirilmesinde Gleason (3+3) Tanılı Hastaların Prostatlarında Kribriform Alan Şüphesi. Kısıtlı Morfolojik Görünüm Hastaları Takip Grubuna Almak için Yeterli Olmayabilir

Devrim Kahraman

Juvenil Polibe Bağlı Tekrarlayıcı Rekto-Sigmoid İnvajinasyon: Olgu Sunumu

Sevim Ecem Ünlü Ballı, Gökhan Berktuğ Bahadır, Mehmet Bahadır Çalışkan, Hüseyin Emre Atasever, Gülenay Korkmaz, İlhami Sürer, Suzi Demirbağ

Kan Dolaşımı Enfeksiyonlarında Etken Mikroorganizma ile Akut Faz Reaktanları Arasındaki İlişkinin İncelenmesi

Burcu Çalışkan Demirkıran, Mine Filiz, Sümeyye Köşger, Aysun Yalçı, Zehra Karacaer, Cumhur Artuk, Hatice Yağmurdur, Ahmet Coşar, Kemal Tekin, Mehmet Ağıll, İsmail Yaşar Avcı