Atrial fibrillation (AF) is the most common type of arrhythmia. Altered electrical and structural properties of the heart give rise to the initiation and maintenance of AF. Structural remodeling is an important component of congestive heart failure (CHF). AF and CHF commonly occur together in patient populations. Cardiac fibroblasts are the main drivers of structural remodeling in the heart, through the generation of fibrosis by excess extracellular matrix (ECM) synthesis and deposition. Understanding fibroblast behaviour and designing strategies to regulate it could prevent adverse remodeling in disease states. The purpose of this thesis was to gain insight into fibroblast behaviour with the ultimate goal of identifying new therapeutic targets to combat structural remodeling.In an experimental model of CHF atrial fibrosis is more prominent than ventricular. This observation was partly explained by the fact that atrial fibroblasts are intrinsically different from ventricular; atrial fibroblasts are more responsive to pro-fibrotic stimuli. Atrial fibrosis is prominent in CHF and absent from control atria leading to the hypothesis that CHF and control fibroblasts are intrinsically different. Cultured atrial fibroblasts from control and CHF animals however, do not display differences in ECM gene expression. It was hypothesized that this was due to culturing conditions masking in vivo phenotypes. This thesis showed atrial fibroblasts from control and CHF animals are actually intrinsically different in terms of gene expression, morphology, and ion channel properties. Indeed, these important phenotypic differences are lost when cells are placed into culture.In an attempt to explain mechanistically why CHF atrial fibroblasts are more activated as compared to control, microRNA29 (miR29) was investigated. MiR29 has been implicated in regulating ECM expression in the border zone post-myocardial infarction (MI). The hypothesis was generated that miR29 would be decreased in CHF atrial fibroblasts resulting in increased ECM expression. MiR29 was decreased in atrial fibroblasts and tissue from CHF animals. This correlated with increased ECM expression. In human AF patients miR29 plasma and tissue levels were decreased. A direct relationship between miR29 and ECM gene expression was shown using lentiviral suppression and upregulation of miR29 in atrial fibroblasts. Restoring miR29 levels in conditions such as CHF or AF could prevent structural remodeling.Wnt-frizzled signalling was recently shown to be activated post-MI in rats, contributing to scar formation. Little information is known regarding expression of wnts and frizzleds in cardiac fibroblasts in control or disease conditions. An aim of this thesis was to characterize the wnt pathway. Atrial and ventricular fibroblasts were found to express the majority of the 10 frizzled receptors and 19 wnt ligands. Fzd2 was strongly increased in both atrial and ventricular fibroblasts in CHF as compared to control suggesting it may regulate fibroblast behaviour. Similarly, wnt2 and 4 were upregulated in atrial fibroblasts in CHF animals as compared to control. Wnt4 treated atrial fibroblasts showed increased expression of an ECM gene. Inhibiting wnt2 and 4 signalling could decrease excess ECM gene expression in CHF atrial fibroblasts. / La fibrillation auriculaire (FA) est l'arythmie la plus fréquente. Des propriétés cardiaques électriques et structurelles altérées participent à l'initiation et au maintien de la FA. Un remodelage structurel est une composante majeure de l'insuffisance cardiaque congestive (ICC). La FA et l'ICC sont souvent des événements concomitants dans les populations de patients. Les fibroblastes cardiaques ont un rôle clé dans ce remodelage structurel du cœur, ceci via la synthèse et le dépôt excessif de matrice extracellulaire (MEC), conduisant à la fibrose. Une meilleure compréhension du fonctionnement de ces fibroblastes, et la mise au point de stratégies visant leur régulation pourraient permettre un traitement préventif de ce remodelage néfaste. Le but de cette thèse était d'approfondir les connaissances sur les fonctions fibroblastiques, avec en point de mire, l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques pour lutter contre le remodelage structural.Dans un modèle expérimental d'ICC, la fibrose auriculaire est plus évidente qu'au niveau ventriculaire. La fibrose atriale est importante en cas d'ICC, mais inexistante dans les oreillettes contrôles; ce qui conduit a l'hypothèse que les fibroblastes seraient intrinsèquement différents dans ces deux conditions. Toutefois, la culture de ces deux types de fibroblastes ne montre aucune différence dans l'expression de gènes de la MEC. Cela pourrait être dû aux conditions de culture qui occulteraient les phénotypes observés in vivo. Cette thèse démontre que les fibroblastes atriaux, selon qu'ils soient issus d'animaux contrôles ou avec ICC, sont en réalité très différents en terme d'expression de gènes, de morphologie, ou de propriétés de leurs canaux ioniques. En effet, ces différences phénotypiques d'importance disparaissent une fois ces fibroblastes mis en culture.Dans le but d'expliquer le mécanisme d'activation des fibroblastes atriaux dans le cas d'ICC, l'étude du micro-ARN 29 (miR29) a été entreprise. MiR29 est impliqué, après infarctus du myocarde (IM), dans la régulation de l'expression de la MEC de la zone péri-infarcie. D'où l'hypothèse que l'expression de miR29 serait diminuée dans les fibroblastes atriaux d'animaux avec ICC, entraînant une augmentation de l'expression de la MEC. MiR29 a une expression diminuée dans les tissus et fibroblastes atriaux d'animaux en ICC, en corrélation avec une augmentation de l'expression de la MEC. Chez les patients atteints de FA, les niveaux plasmatique et tissulaire de miR29 sont également diminués. Une relation directe entre miR29 et l'expression de gènes de la MEC a été démontrée via l'utilisation de lentivirus pour supprimer ou augmenter miR29 dans les fibroblastes atriaux. La restauration des niveaux de miR29 dans des cas d'ICC ou de FA pourrait prévenir le remodelage structurel.Il a récemment été montré que la voie de signalisation Wnt-Frizzled est activée après IM chez le rat, induisant la formation d'une cicatrice. Il y a toutefois peu d'informations concernant l'expression des différents gènes Wnts et Frizzleds dans les fibroblastes cardiaques, en conditions contrôle ou malade. Une des finalités de cette thèse était de mieux caractériser cette voie de signalisation. Les fibroblastes atriaux et ventriculaires expriment la vaste majorité des 10 récepteurs Frizzled, et des 19 ligands Wnts. Fzd2 voit son expression fortement augmentée, aussi bien dans l'oreillette que dans le ventricule, dans les fibroblastes issu d'animaux en ICC, par rapport aux contrôles, lui suggérant un rôle de régulateur du phénotype de ces fibroblastes. Dans les mêmes conditions, Wnt2 et Wnt4 voient leur expression augmentée. Les fibroblastes atriaux traités par Wnt4 présentent une augmentation de l'expression d'un gène de la MEC. Au contraire, l'inhibition de Wnt2 et Wnt4 pourrait ralentir la surexpression de gènes de la MEC par les fibroblastes atriaux d'animaux en ICC.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.123124 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Dawson, Kristin |
| Contributors | Stanley Nattel (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Pharmacology & Therapeutics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically submitted theses |
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