NFAT: a versatile transcriptional regulator of cardiac health and disease

Projectomschrijving

Hartfalen en hypertrofie van het hart zijn belangrijke doodsoorzaken. Factoren die genen aan- en uitschakelen (transcriptiefactoren) lijken een rol te spelen bij deze hartziekten. De onderzoekers bestudeerden transcriptiefactoren die worden geactiveerd door Nuclear Factor of Activated T-cells (NFAT). Dat is zelf ook een transcriptiefactor die is ontdekt in geactiveerde T-cellen van het immuunsysteem. Deze is betrokken bij de ontwikkeling van hart-, spier- en zenuwcellen. Er zijn twee belangrijke transcriptiefactoren gevonden die een relatie hebben met deze NFAT. Dat zijn GATA-4 en HAND-2. Op de laatste is een patent gevraagd ten behoeve van het ontwikkelen van een medicijn tegen hartfalen.

Producten

Titel: MCIP1 overexpression suppresses left ventricular remodeling and sustains cardiac function after myocardial infarction.
Auteur: van Rooij E, Doevendans PA, Crijns HJ, Heeneman S, Lips DJ, van Bilsen M, Williams RS, Olson EN, Bassel-Duby R, Rothermel BA, De Windt LJ.
Magazine: Circulation Research
Titel: MicroRNA Regulation in Cardiovascular Disease
Auteur: da Costa Martins PA Leptidis S Salic K De Windt LJ
Magazine: Current Drug Targets
Titel: Cooperative synergy between NFAT and MyoD regulates myogenin expression and myogenesis
Auteur: Armand AS, Bourajjaj M, Martinez-Martinez S, da Costa Martins PA, Hatzis P, Seidler T, Redondo JM, De Windt LJ
Magazine: Journal of Biological Chemistry
Titel: Calcium cycling in heart failure: how the fast became too furious.
Auteur: Armand AS, De Windt LJ.
Magazine: Cardiovascular Research
Titel: NFATc2 is required in calcineurin-mediated cardiac hypertrophy and heart failure
Auteur: Bourajjaj M, Armand AS, da Costa Martins PA, Weijts B, van der Nagel R, Heeneman S, Wehrens XT, De Windt LJ
Magazine: Journal of Biological Chemistry
Titel: Activation of PPAR-delta inhibitis cardiac fibroblast proliferation and the differentiation to myofibroblasts.
Auteur: Theunissen BEJ, Smeets PJH, Willemsen PH, De Windt LJ, Van Der Vusse GJ, Van Bilsen M.
Magazine: Cardiovascular Research
Titel: Conditional dicer gene deletion in the postnatal myocardium provokes spontaneous cardiac remodeling
Auteur: da Costa Martins PA, Bourajjaj M, Gladka M, Kortland M, van Oort RJ, Pinto YM, Molkentin JD, De Windt LJ
Magazine: Circulation
Titel: Local atrial natriuretic peptide signaling prevents hypertensive cardiac hypertrophy in endothelial nitric-oxide synthase-deficient mice.
Auteur: Bubikat A, De Windt LJ, Zetsche B, Fabritz L, Sickler H, Eckardt D, Godecke A, Baba HA, Kuhn M.
Magazine: Journal of Biological Chemistry
Titel: MicroRNA-199b targets the nuclear kinase Dyrk1a in an auto amplification loop promoting calcineurin/NFAT signaling
Auteur: da Costa Martins PA Salic K Gladka MM Armand AS Leptidis S el Azzouzi H Hansen A Coenen-de Roo CJ Bierhuizen MF van der Nagel R van Kuik J de Weger R de Bruin A Condorelli G Arbones ML Eschenhagen T De Windt LJ
Magazine: Nature Cell Biology
Titel: Lung ischemia/reperfusion-injury: a molecular and clinical view on a complex pathophysiological process
Auteur: den Hengst WA Gielis JF Lin JY Van Schil PE De Windt LJ Moens AL
Magazine: American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology
Titel: Nix: the cardiac Styx between survival and death
Auteur: da Costa Martins PA, De Windt LJ
Magazine: Circulation
Titel: Left ventricular hypertrofy: a shift in paradigma.
Auteur: Meijs MF, de Windt LJ, de Jonge N, Cramer MJ, Bost ML, Mali WP, Doevendans PA.
Magazine: Current Medicinal Chemistry
Titel: Temporally controlled onset of dilated cardiomyopathy through disruption of the SRF gene in adult heart.
Auteur: Parlakian A, Charvet C, Escoubet B, Mericskay M, Molkentin JD, Gary-Bobo G, De Windt LJ, Ludosky MA, Paulin D, Daegelen D, Tuil D, Li Z.
Magazine: Circulation
Titel: Accelerated Development of Pressure Overload–Induced Cardiac Hypertrophy and Dysfunction in an RyR2-R176Q Knockin Mouse Model
Auteur: van Oort RJ Respress JL Li N Reynolds C De Almeida AC Skapura DG De Windt LJ Wehrens XHT
Magazine: Hypertension
Titel: Regulation of Cardiac Gene Expression by KLF15, a Repressor of Myocardin Activity
Auteur: Leenders JJ Wijnen WJ Hiller M van der Made I Lentink V van Leeuwen REW Herias V Pokharel S Heymans S de Windt LJ Høydal MA Pinto YM Creemers EE
Magazine: Journal of Biological Chemistry
Titel: Fibroblast growth factor-1 improves cardiac functional recovery and enhances cell survival after ischemia and reperfusion: a fibroblast growth factor receptor, protein kinase C, and tyrosine kinase-dependent mechanism.
Auteur: Palmen M, Daemen MJ, De Windt LJ, Willems J, Dassen WR, Heeneman S, Zimmermann R, Van Bilsen M, Doevendans PA.
Magazine: Journal of the American College of Cardiology
Titel: MEK1-ERK2 signaling pathway protects myocardium from ischemic injury in vivo.
Auteur: Lips DJ, Bueno OF, Wilkins BJ, Purcell NH, Kaiser RA, Lorenz JN, Voisin L, Saba-El-Leil MK, Meloche S, Pouyssegur J, Pages G, De Windt LJ, Doevendans PA, Molkentin JD.
Magazine: Circulation
Titel: Aquaporin 7: the glycerol aquaeductus in the heart
Auteur: Gladka M el Azzouzi H De Windt LJ Da Costa Martins P
Magazine: Cardiovascular Research
Titel: MEF2 activates a genetic program promoting chamber dilation and contractile dysfunction in calcineurin-induced heart failure.
Auteur: van Oort RJ, van Rooij E, Bourajjaj M, Schimmel J, Jansen MA, van der Nagel R, Doevendans PA, Schneider MD, van Echteld CJ, De Windt LJ.
Magazine: Circulation
Titel: Enhanced activity of the myocardial Na+/H+ exchanger NHE-1 contributes to cardiac remodeling in atrial natriuretic peptide receptor-deficient mice.
Auteur: Kilic A, Velic A, De Windt LJ, Fabritz L, Voss M, Mitko D, Zwiener M, Baba HA, van Eickels M, Schlatter E, Kuhn M.
Magazine: Circulation
Titel: MiR423-5p As a Circulating Biomarker for Heart Failure
Auteur: Tijsen AJ Creemers EE Moerland PD de Windt LJ van der Wal AC Kok WE Pinto YM
Magazine: Circulation Research
Titel: Downregulation of apoptosis-inducing factor in harlequin mutant mice sensitizes the myocardium to oxidative stress-related cell death and pressure overloadinduced decompensation.
Auteur: van Empel VP, Bertrand AT, van der Nagel R, Kostin S, Doevendans PA, Crijns HJ, de Wit E, Sluiter W, Ackerman SL, De Windt LJ.
Magazine: Circulation Research
Titel: miR-21: a miRaculous Socratic paradox
Auteur: da Costa Martins PA De Windt LJ
Magazine: Cardiovascular Research
Titel: TOLL-erating cardiac hypertrophy following pressure overload.
Auteur: van Oort RJ, De Windt LJ.
Magazine: Cardiovascular Research
Titel: Enhancing calstabin binding to ryanodine receptors improves both cardiac and skeletal muscle function in heart failure.
Auteur: Wehrens XHT, Lehnart SE, Reiken S, van der Nagel R, Morales R, Sun J, Cheng Z, Deng SX, De Windt LJ, Landry DW, Marks A.
Magazine: Proceedings of the National Academy of Sciences USA
Titel: Linking cardiac mechanosensing at the sarcomere M-band, NF-kB signaling and cardiac hypertrophy.
Auteur: Bergmann MW, De Windt LJ.
Magazine: Hypertension
Titel: 17beta-estradiol antagonizes cardiomyocyte hypertrophy by autocrine/paracrine stimulation of a guanylyl cyclase A receptor-cyclic guanosine monophosphate-dependent protein kinase pathway.
Auteur: Babiker FA, De Windt LJ, van Eickels M, Thijssen V, Bronsaer RJ, Grohe C, van Bilsen M, Doevendans PA.
Magazine: Circulation
Titel: Reparative myocardial mechanisms in adult C57BL/6 and MRL mice following injury.
Auteur: Nasseem RH, Meeson AP, Dimaio JM, White MD, Kallhoff JB, Humphries CG, Goetsch SC, de Windt LJ, Williams MA, Garry MG, Garry DJ.
Magazine: Physiological Genomics
Titel: Myocyte apoptosis in heart failure.
Auteur: van Empel VP, Bertrand AT, Hofstra L, Crijns HJ, Doevendans PA, De Windt LJ.
Magazine: Cardiovascular Research
Titel: Low-dose FK506 blocks collar-induced atherosclerotic plaque development and stabilizes plaques in ApoE-/- mice.
Auteur: Donners MM, Bot I, De Windt LJ, van Berkel TJ, Daemen MJ, Biessen EA, Heeneman S.
Magazine: American Journal of Transplantation
Titel: In calcineurin-induced cardiac hypertrophy the expression of Nav1.5, Cx40 and Cx43 is reduced by different mechanisms
Auteur: Bierhuizen MF, Boulaksil M, van Stuijvenberg L, van der Nagel R, Jansen AT, Mutsaers NA, Yildirim C, van Veen TA, De Windt LJ, Vos MA, van Rijen HV
Magazine: Journal of Molecular and Cellular Cardiology
Titel: MEF2 transcriptional activity maintains mitochondrial adaptation in cardiac pressure overload
Auteur: el Azzouzi H van Oort RJ van der Nagel R Sluiter W Bergmann MW De Windt LJ
Magazine: European Journal of Heart Failure
Titel: Heart spotting
Auteur: el Azzouzi H, De Windt LJ.
Magazine: Basic Research in Cardiology
Titel: MEF2 and class II HDACs control a gender-specific pathway of cardioprotection mediated by the estrogen receptor
Auteur: van Rooij E Fielitz J Sutherland LB Thijssen VL Crijns HJ Dimaio MJ Shelton J De Windt LJ Hill JA Olson EN
Magazine: Circulation Research
Titel: Calcineurin is necessary for the maintenance but not embryonic development of slow muscle fibers.
Auteur: Oh M, Rybkin, II, Copeland V, Czubryt MP, Shelton JM, van Rooij E, Richardson JA, Hill JA, De Windt LJ, Bassel-Duby R, Olson EN, Rothermel BA.
Magazine: Molecular and Cellular Biology
Titel: Deoxycorticosterone acetate-salt mice exhibit blood pressure-independent sexual dimorphism
Auteur: Karatas A, Hegner B, De Windt LJ, Luft FC, Schubert C, Gross V, Akashi YJ, Gurgen D, Kintscher U, da Costa Goncalves AC, Regitz-Zagrosek V, Dragun D
Magazine: Hypertension
Titel: Requirement of MuRF3 for maintanance of cardiac integrity following myocardial infarction.
Auteur: Fielitz J, van Rooij E, Spencer JA, Shelton JM, Latif S, van der Nagel R, Bezprozvannaya S, de Windt LJ, Richardson JA, Bassel-Duby R, Olson EN.
Magazine: Proceedings of the National Academy of Sciences USA
Titel: Modulatory calcineurin-interacting proteins 1 and 2 function as calcineurin facilitators in vivo.
Auteur: Sanna B, Brandt EB, Kaiser RA, Pfluger P, Witt SA, Kimball TR, van Rooij E, De Windt LJ, Rothenberg ME, Tschop MH, Benoit SC, Molkentin JD.
Magazine: Proceedings of the National Academy of Sciences USA
Titel: HAND2 function in cardiac hypertrophy
Titel: Apoptosis-Inducing Factor in cardiac cell death and cell survival
Auteur: Vanessa P.M. van Empel
Titel: The transcription factor myocyte enhancer factor-2 (MEF2) in cardiac hypertrophy and heart failure
Auteur: Ralph J. van Oort
Titel: Novel insights into the calcineurin/NFAT pathway in cardiac hypertrophy.
Auteur: Eva van Rooij
Titel: Novel insights into the calcineurin/NFAT pathway in cardiac hypertrophy
Auteur: Eva van Rooij

Verslagen


Eindverslag

In dit project combineren we cellulaire genetica, in vivo imaging en fysiologische technieken om de rol van NFAT transcriptie factoren te bepalen tijdens cardiale hypertrofie en hartfalen. Vier doelstellingen werden geformuleerd: 1. Identificatie van het aantal NFAT target genen in de hartspier. 2. Identificatie van de homeostatische regulators die de functie van NFAT beïnvloeden. 3. Visualisatie van de temporele en spatiele distributie van NFAT factoren in de (on)gestimuleerde hartspier cel. 4. Analyse van de rol van elk individuele NFAT gen in hartspier cel hypertrofie, apoptosis en cel cyclus controle. Om NFAT-afhankelijke targetgenen te identificeren, hebben we dubbel stabiele ventriculaire celklonen gecreëerd, met doxycycline-induceerbare expressie NFAT of calcineurin. Microarray analyses zijn uitgevoerd, en in totaal werden ong. 100 unieke calcineurin target genen en ong. 50 unieke NFAT target genen (met een bepaalde graad van overlapping) ontdekt na 24 u dox-inductie. Uit deze analyses hebben we 2 unieke target genen ontdekt en de werking ervan verder uitgewerkt, namelijk de transcriptiefactoren HAND2 en GATA4. Wat betreft HAND2 hebben we een octrooi aanvrage ingelicenseerd in het eerste nederlandse spinoff biotech bedrijf, Lead Pharma Holding BV, dat zich richt op het ontwikkelingen van medicijnen tegen hartfalen. Verder zijn constructen gegenereerd voor TAP purificatie technieken. Een adenovirale vector is gecreerd die een NFAT-GFP fusie tot expressie brengt, en we hebben de eerste kinetische studies gedaan om te identificeren onder welke omstandigheden NFAT cytoplasma-kerntranslocatie ondergaat. Wij produceren momenteel stabiele ES celklonen die NFAT-LacZ reporter construct in de ROSA26 locus hebben via homologe recombinatie. Lentiviral vectoren werden gecreëerd en getest die specifiek hairpins tot expressie brengen die knockdown van elk van de vier individuele NFAT isoforms in hartspier kunnen bewerkstelligen. Uiteindelijk vonden we dat genetische deletie van NFATc2 in vivo een belangrijke invloed op de ontwikkeling van pathologische harthypertrofie heeft.

In dit project combineren we cellulaire genetica, in vivo imaging en fysiologische technieken om de rol van NFAT transcriptie factoren te bepalen tijdens cardiale hypertrofie en hartfalen. Vier doelstellingen werden geformuleerd:

1. Identificatie van het aantal NFAT target genen in de hartspier.
2. Identificatie van de homeostatische regulators die de functie van NFAT beïnvloeden.
3. Visualisatie van de temporele en spatiele distributie van NFAT factoren in de (on)gestimuleerde hartspier cel.
4. Analyse van de rol van elk individuele NFAT gen in hartspier cel hypertrofie, apoptosis en cel cyclus controle.

Om NFAT-afhankelijke targetgenen te identificeren, hebben we dubbel stabiele ventriculaire celklonen gecreëerd, met doxycycline-induceerbare expressie NFAT of calcineurin. Microarray analyses zijn uitgevoerd, en in totaal werden ong. 100 unieke calcineurin target genen en ong. 50 unieke NFAT target genen (met een bepaalde graad van overlapping) ontdekt na 24 u dox-inductie. Verder hebben we de potentiele interactie van twee NFAT "partners", namelijk de transcriptiefactoren SRF (de factor van de serumreactie) en MEF2 (myogenic versterker factor-2), geanalyseerd. Verder zijn constructen gegenereerd voor TAP purificatie technieken. Een adenovirale vector is gecreerd die een NFAT-GFP fusie tot expressie brengt, en we hebben de eerste kinetische studies gedaan om te identificeren onder welke omstandigheden NFAT cytoplasma-kerntranslocatie ondergaat. Wij produceren momenteel stabiele ES celklonen die NFAT-LacZ reporter construct in de ROSA26 locus hebben via homologe recombinatie. Lentiviral vectoren werden gecreëerd en getest die specifiek hairpins tot expressie brengen die knockdown van elk van de vier individuele NFAT isoforms in hartspier kunnen bewerkstelligen. Uiteindelijk vonden we dat genetische deletie van NFATc2 in vivo een belangrijke invloed op de ontwikkeling van pathologische harthypertrofie heeft.

Samenvatting van de aanvraag

Heart failure is a major cause of morbidity and mortality with increasing prevalence, and a multifactorial disease, encompassing pathological enlargement (hypertrophy), apoptosis and cell cylce re-entry of cardiac myocytes. Clinical evidence unequivoically demonstrates that sustained hypertrophy is the single most important risk factor for heart failure development. Much effort is centered around the identification of the pathways that drive hypertrophy in view of the potential for rational drug design for future heart failure therapy. One transcriptional regulatory pathway that links extracellular stimuli to the hypertrophic response employs the transcriptional effector Nuclear Factor of Activated T-cells (NFAT). In unstimulated cells NFAT resides in the cytoplasm, but upon stimulation that promotes calcium mobilization, the phosphatase calcineurin dephosphorylates NFAT, resulting in its nuclear import and engagement in gene transcription. Our earlier studies have demonstrated that most of the pro-hypertrophic properties of calcineurin are contingent upon NFAT activation. More recently, NFAT has been found to be involved in apoptotic and proliferative processes as well. Collectively, the versatile properties of NFAT factors leads us to hypothesize that NFAT represents a nodal point controlling the remodeling process during the development of cardiac failure. 3a. Overall aim and key objectives: We aim to combine cellular genetics, in vivo imaging tools and physiological techniques to delineate the role of NFAT transcription factors in the cellular processes that contribute to structural remodeling of the hypertrophied and failing heart. We have defined four key objectives to address our overall aim: 1. To identify the number and nature of NFAT target genes in the cardiac muscle 2. To unmask the homeostatic regulators that antagonize or potentiate NFAT function 3. To visualize the temporal and spatial subcellular distribution of NFAT in the (un)stimulated cardiac muscle cell 4. To assess the role of each of the NFAT genes in the remodelling of the failing heart with respect to (a) cardiac muscle hypertrophy, (b) apoptosis, and (c) cell cycle control.

Onderwerpen

Kenmerken

Projectnummer:
91204054
Looptijd: 100%
2004
2008
Onderdeel van programma:
Gerelateerde subsidieronde:
TOP 2003
Projectleider en penvoerder:
Prof. dr. L.J. de Windt PhD
Verantwoordelijke organisatie:
Hubrecht Instituut