Karvedilolün metabolik ve kardiyovasküler etkilerine beta-arrestinlerin katkısının incelenmesi

Abstract

Karvedilol, kalp yetmezliği, hipertansiyon ve miyokard infarktüs sonrasında gelişen ventriküler fonksiyon bozukluklarının engellenmesi için kullanılmaktadır. Kronik kullanımda diğer β-blokörlerle ortaya çıkabilen insülin rezistansı ya da diyabet gibi metabolik bozukluklara yol açmamaktadır. Adrenerjik reseptörleri antagonize ederken, hücre içinde βarr proteinleri aracılığıyla `agonist` gibi davrandığı gösterilmiş olan karvedilol biased agonist olarak adlandırılmıştır. βarr proteinleri ise, bazı reseptörlerle (β2-AR gibi) oluşturdukları yapı nedeniyle hücre içinde yaygın etkili sinyalizasyonları (ERK gibi) başlatan proteinlerdir. βarr proteinlerinin düzenledikleri fizyolojik olaylar yeterince bilinmemekle birlikte βarr1 ve/veya βarr2 eksikliği ile insülin rezistansı ve obezite arasında güçlü bir ilişki bulunmaktadır. Karvedilol de kardiyovasküler ve metabolik olarak üstün özelliklerini βarr proteinlerine agonist etkisi nedeniyle kazanıyor olabilir. Karvedilolün miyosit hücrelerde, glukoz kullanımını artırdığı, yağ asidi kullanımını ise azalttığı gösterilmiştir. Bu çalışmada metabolik bozulma sıçanlarda STZ-diyabet modeli ile oluşturulmuş, diyabet ve karvedilol tedavisinin βarr proteinleri ve metabolizma üzerine etkileri incelenmiştir. Karvedilolün glukoz ve yağ kullanımı üzerindeki etkileri, bu yolakların düzenlenmesinde en önemli rolü üstlenen proteinler düzeyinde incelenmiştir ve bu etkilere βarr proteinlerinin ne ölçüde aracılık ettiği belirlenmiştir. Bu amaçla, C2C12 hücrelerde siRNA tekniği kullanılmıştır. Bu tez çalışmasının sonucuna göre karvedilol diyabetik kalpteki fonksiyon bozukluklarını iyileştirmiştir ve bunun gerçekleşmesine substrat metabolizması üzerindeki yararlı etkileri katkıda bulunmaktadır. Kalpte, diyabette artan CD36 seviyelerini azaltması karvedilolün yağ asidi kullanımını azalttığını ve bunu βarr2 proteinleri aracılığı ile yaptığını göstermektedir. İskelet kasında ise bu azalmaya her iki βarr izoformunda artma eşlik etmektedir. Karvedilol uygulamasının TFAM protein ekspresyonunu artırarak mitokondriyal biyojenezi tetiklediği ve bu artışın da βarr aracılığı ile gerçekleştiği tespit edilmiştir. Sonuç olarak, karvedilolün metabolizma üzerindeki olumlu etkilerine βarr proteinlerinin katkıda bulunduğunu gösterilmiştir.

Carvedilol is used for the treatment of heart failure, hypertension and to prevent ventricular dysfunction that can develop after myocardial infarction. It is preferable since it does not cause metabolic disorders such as insulin resistance or diabetes which can occur with other β-blockers in chronic use. Carvedilol antagonises the adrenergic receptors while behaving like `agonist` through activating βarrs. Beta arrestins are proteins that initiate common intracellular signaling (such as ERK) because of their interaction with some receptors (such as β2-AR). The physiological events that βarrs regulate are not well understood. However, insulin resistance or obesity are closely associated with βarr1 and/or βarr2 deficiency. We hypothesised that cardiovascular and metabolic advantages of carvedilol may be mediated by its agonist effect on βarrs. In a previous study, carvedilol increased glucose utilization and decreased fatty acid utilization in myocyte cells. In this study, metabolic deterioration was simulated with STZ-diabetes model in rats. The effects of diabetes and carvedilol treatment on βarr proteins and metabolism were investigated. siRNA technique on C2C12 cell lines were used to examine the effects of carvedilol on glucose and fatty acid utilization. For this purpose, interaction between the major proteins on these pathways and βarrs was evaluated. Our study showed that carvedilol prevented the functional deterioration in diabetic hearts. We believe that this is mediated by carvedilol's modulatory effect on substrate metabolism. A decrease in CD36 protein level with carvedilol treatment in diabetic hearts indicates that carvedilol decreases fatty acid utilization and stimulates glucose usage. This effect seems to be mediated by βarr2 in the heart. Moreover, modulatory effect of carvedilol on substrate metabolism is confirmed by a decrease in both βarrs which was accompanied by an increase in CD36 in skeletal muscles of diabetic animals. The decrease in βarrs and elevation in CD36 was prevented by carvedilol treatment. We showed that TFAM was stimulated in the cells incubated with carvedilol and this effect was not observed in βarr1 and βarr2 knockdown cells indicating that mitochondrial biogenesis is controlled by both isoforms of βarrs. Our results show that, βarr proteins contribute to the positive effects of carvedilol on metabolism.