Abstract The increase of cardiac hemodynamic load that requires increased mechanical performance drives adaptation of the heart to maintain cardiac function. Modification of protein synthesis in cardiomyocytes allows the cells to adapt to the increased load. Cardiomyocyte hypertrophy and activation of cardiac fibroblasts over the long term is maladaptive and leads to heart failure (HF). Members of the transforming growth factor-β (TGF-β) superfamily contribute to the remodeling process. TGF-β1 acts as a paracrine messenger between cardiomyocytes and cardiac fibroblasts. Connective tissue growth factor (CTGF) modulates TGF-β signaling and plays a role in the development of fibrosis. In the current study, we aimed to investigate whether blocking the actions of CTGF could alleviate ischemic injury and reduce cardiac remodeling. We determined whether blocking the action of these ligands would modulate cardiac hypertrophy and fibrosis. In the first study, we found that antagonizing the function of CTGF protected from transverse aortic constriction (TAC) -induced left ventricular remodeling. In the second study in myocardial infarction (MI) model, blocking the function of CTGF resulted in improved post-MI survival and this prevented to the decrease in left ventricular contractile function as compared to the situation in control mice. Treatment with CTGF mAb attenuated the development of dilated cardiomyopathy and limited the increase in cardiomyocyte size and deposition of interstitial fibrosis in a remote area. In the third study, targeting the TGF-β superfamily members myostatin and activins, by administration of a soluble decoy receptor of activin receptor 2B (ACVR2B-Fc) did not affect the extent of MI injury or cardiac remodeling in MI -induced ischemic HF. Understanding the complex and converging pathways regulating cardiac remodeling is a major challenge, but it may allow for opportunities to develop new therapies, new medicines and provide new hope for people with these life-threatening diseases. / Tiivistelmä Sydämen lisääntynyt kuormitus vaatii lisääntynyttä supistusvoimaa, joka johtaa sydänlihaksen adaptaatioon pumppaustehon ylläpitämiseksi. Alkuvaiheessa sydämen liikakasvu on hyödyllistä, mutta pidempään jatkuessaan se johtaa lopulta pumppaustoiminnan heikkenemiseen ja sydämen vajaatoimintaan. Useiden signalointimekanismien on osoitettu säätelevän sydänlihaksen adaptoitumista patologisille tiloille. Transformoiva kasvutekijä –β (TGF-β) proteiiniperhe säätelee sydämen adaptoitumista sekä vasemman kammion seinämän myötäävyyttä venytykselle. TGF-β1 indusoi supistuskykyisten myofibroblastien muodostumista sekä kollageenin tuotantoa. Runsas kollageenin tuotanto vahvistaa sydämen seinämää ja on tarpeen sydäninfarktivaurion korjaamisessa, mutta pitkään jatkuessaan se heikentää sydämen toimintaa ja altistaa rytmihäiriöille, sydämen vajaatoiminnalle sekä sydänperäiselle äkkikuolemalle. Sidekudoskasvutekijä (CTGF) säätelee TGF-β1:n signalointia ja se osallistuu haavan paranemiseen sekä fibroosiin. Tutkimuksessa selvitettiin, voidaanko sidekudoskasvutekijän tai TGF-β -perheen proteiinien toimintaa estämällä lievittää sydämen vajaatoiminnan kehittymistä. Koetuloksemme osoittavat, että CTGF:n toiminnan estäminen vasta-aineen (mAb) avulla vähentää hemodynaamisen liikakuormituksen indusoimaa vasemman kammion toiminnan heikkenemistä, kammion laajenemista sekä fibroosia. CTGF mAb myös vähentää kuolleisuutta ja estää sydämen toiminnan heikkenemistä sydäninfarktin jälkeen sekä lievittää sydäninfarktin jälkeistä dilatoivan kardiomyopatian kehittymistä. Aktiviinien ja myostatiinin toiminnan esto liukoisen aktiviinireseptori 2B:n (ACVR2B-Fc) avulla sen sijaan ei vaikuta sydäninfarktivaurioon tai iskeemisen vajaatoiminnan kehittymiseen. ACVR2B-Fc kuitenkin lisää luurankolihaksen kasvua, estäen sydämen vajaatoimintaan liittyvää luurankolihaskatoa. Sydämen hypertrofian ja vajaatoiminnan syntymisen kannalta keskeisten signaalinvälitysreittien tunnistaminen ja niiden toiminnan ymmärtäminen auttaisi kehittämään tehokkaampia lääkehoitoja sydänsairauksiin.

Abstract A non-ischemic etiology of sudden cardiac death (SCD), mostly due to various cardiomyopathies (CMP), accounts for about 20% of all SCDs. Most of the major studies of risk factors for SCD have focused on coronary artery disease (CAD). The aim of the present study was to clarify the characteristics of non-ischemic SCD in Northern Finland. In this study, consecutive victims of SCD (n=2661) were prospectively collected, and among whom post-mortem examinations were performed between 1998 and 2007. Information about the SCD victims was obtained from a combination of available medical records, postmortem examination reports, medication used at the time of SCD, and standardized questionnaire filled out by the closest family members of the victims of SCD. We also screened the candidate genes from a Finnish family in which fatal arrhythmias was first manifestation of a cardiac disease. The collagen content of the myocardium from histological samples in victims of SCD due to idiopathic myocardial fibrosis (IMF) was also evaluated. CAD was the most common cause of death (2082 victims, 78.2%). The prevalence of non-ischemic SCDs was 21.8% of all the SCDs. After sub-grouping the non-ischemic SCDs into various categories, the most common cause of death was CMP related to obesity (23.7%), followed by alcoholic CMP (19.0%), hypertensive CMP (15.5%) and IMF (13.6%). The association of SCD with IMF is notably frequent among victims <40 years old (28.3%). The prevalence of family history of SCD was significantly higher in the victims of ischemic (34.2%) than non-ischemic SCD (13.4%, P<0.001) or controls (17.6%, P<0.001). Lamin A/C gene mutation R541C was found from Finnish SCD family, in which the IMF was predominant pathologic-anatomic finding. Myocardial type I collagen synthesis was increased in victims of SCD due to IMF. In conclusion, the characteristics of non-ischemic SCD in Finland differ from those reported previously. Higher prevalences of CMP-associated SCDs related to obesity, IMF and alcoholic CMP were observed as clinical and/or pathologic bases for non-ischemic SCD. The family history of SCD is not significantly increased in victims of non-ischemic SCD, suggesting a larger role of sporadic occurrence than inherited traits as the cause of non-ischemic SCD. Replacement of cardiac myocytes by fibrosis can be responsible for fatal cardiac arrhythmias in subjects with the lamin A/C gene mutation. The victims of SCD due to IMF have increased myocardial type I collagen synthesis. / Tiivistelmä Ei-iskeeminen sydänperäinen äkkikuolema aiheuttaa noin 20 % kaikista sydänperäisistä äkkikuolemista. Suurin osa ei-iskeemisistä sydänperäisistä äkkikuolemista johtuu erilaisista sydänlihassairauksista, kardiomyopatioista. Useimmat sydänperäisen äkkikuoleman riskitekijöitä kartoittavista tutkimuksista ovat keskittyneet sepelvaltimotautiin. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää ei-iskeemisen sydänperäisen äkkikuoleman tunnuspiirteitä pohjoissuomalaisessa väestössä. Tutkimuksessa käytettiin potilasaineistona sydänperäiseen äkkikuolemaan menehtyneitä vainajia (n=2661), joille on tehty oikeuslääketieteellinen ruumiinavaus. Tiedot vainajista saatiin saatavilla olevista potilaskertomuksista, ruumiinavauspöytäkirjoista, äkkikuoleman aikaisesta lääkityksestä ja lähiomaisille lähetetystä standardisoidusta kyselylomakkeesta. Kandidaattigeenit tutkittiin pohjoissuomalaisesta perheestä, jossa ensimmäinen oire sydänsairaudesta oli hengenvaarallinen rytmihäiriö. Lisäksi sydänlihaksen kollageenikoostumus analysoitiin histologisista näytteistä potilailta, joiden sydänperäinen äkillinen kuolema johtui idiopaattisesta sydänlihaksen sidekudoskasvusta. Sepelvaltimotauti oli yleisin sydänperäisen äkkikuoleman aiheuttaja (n=2082, 78,2 %). Ei-iskeemisten sydänperäisten äkkikuolemien osuus oli 21,8 % (n=579) kaikista sydänperäisistä äkkikuolemista. Ei-iskeemiset sydänperäiset äkkikuolemat jaettiin alaryhmiin, joista yleisimmät olivat lihavuuteen assosioituva kardiomyopatia (23,7 %), alkoholikardiomyopatia (19,0 %), korkeaan verenpaineeseen assosioituva kardiomyopatia (15,5 %) sekä idiopaattinen sydänlihaksen sidekudoskasvu (13,6 %), joka myös oli yleisin ei-iskeemiseen sydänperäiseen äkkikuolemaan johtava syy alle 40-vuotiailla (28,3 %). Positiivinen sydänperäisen äkkikuoleman sukuhistoria oli tilastollisesti merkitsevästi yleisempää iskeemisillä (34,2 %) kuin ei-iskeemisillä (13,4 %) sydänperäisen äkkikuoleman uhreilla. Lamin A/C – geenin mutaatio löydettiin pohjoissuomalaisesta äkkikuolemaperheestä, jossa idiopaattinen sydänlihaksen sidekudoskasvu todettiin pääasialliseksi patologiseksi löydökseksi. Tyypin I kollageenin synteesi todettiin kohonneeksi idiopaattiseen sydänlihaksen sidekudoskasvuun menehtyneillä vainajilla. Yhteenvetona voidaan todeta, pohjoissuomalaisen väestön ei-iskeemisen sydänperäisen äkkikuoleman tunnuspiirteet eroavat aiemmin raportoiduista; lihavuuteen assosioituva kardiomyopatia, alkoholikardiomyopatia, sekä idiopaattinen sydänlihaksen sidekudoskasvu olivat aiempaa yleisempiä ei-iskeemisen äkkikuoleman aiheuttajia. Positiivinen sydänperäisen äkkikuoleman sukuhistoria ei ollut tilastollisesti merkitsevästi kohonnut ei-iskeemisen sydänperäiseen äkkikuolemaan menehtyneillä. Tämä tarkoittaa, että perinnöllinen syy ei-iskeemisen sydänperäisen äkkikuoleman aiheuttajana on luultua harvinaisempi. Lamin A/C – geenimutaation kantajilla sydänlihassolujen korvautuminen sidekudoksella todettiin hengenvaarallisen rytmihäiriön aiheuttajaksi. Lisäksi, tyypin I kollageenin synteesi todettiin kohonneeksi idiopaattiseen sydänlihaksen sidekudoskasvuun menehtyneillä vainajilla.