Homeostasis del calcio en miocitos auriculares humanos: Papel del remodelado de los receptores de adenosina A(2A) en la fibrilación auricular

Abstract

La fibril·lació auricular (FA) és l'arritmia cardíaca més freqüent. La mateixa FA genera modificacions fisiològiques i anatòmiques que afavoreixen la seva persistència. La seva presencia degrada la qualitat de vida del pacient i provoca un augment sostingut als gastos públics de salut. De moment, el tractament de la FA passa per l'ús d'antiarrímics que reverteixen el ritme a sinusal i procediments ablatius igualment acompanyats de medicaments antiarrítmics. Però aquests fàrmecs tenen efectes proarrímics a llarg terme en un alt porcentatge de pacients. És per aixó que l'objectiu principal d'aquesta tesi és la millora del coneixement dels mecanismes que porten a la inducció i la perpetuació de la FA. Concretament, aquesta tesi es basa en el paper que juguen els canvis patològics en la regulació del calci intracel·lular en miòcits auriculars humans que contribueixen al desenvolupament de la FA. El nostre laboratori ha sigut el primer a mostrar l'associació de la FA i l'alliberament espontanis de calci, en pacients amb FA. Tanmateix, hem mostrat que l'activació dels receptors d'adenosina A2A (A2A) estimula l'alliberament espontani de calci en miòcits auriculars humans, suggerint que el nivell d'expressió i/o l'activitat d'aquest receptor podrien intervenir a l'arritmogènesis auricular i aquesta tesi es basa en aquest descobriments. Els resultats mostren que la modulació de l'alliberament espontani de calci via PKA regula l'estabilitat de la resposta batec-batec. Així, la inhibició selectiva de PKA o de l'A2AR elimina l'alliberament espontani de calci basal i afavoreix una resposta batec-batec uniforme, mentre que l'activació dels A2AR augmenta l'alliberament espontani de calci afavorint respostes no uniformes. Els resultats apunten al A2AR com una nova diana en el tractament de la FA.<br/>Paraules clau: Receptors d'adenosina, fibril·lació auricular, miócits auriculars humans, alternança electro-mecànica.

La fibrilación auricular (FA) es la arritmia cardíaca más frecuente. La FA afecta al 0.4% de la población general y su prevalencia aumenta con la edad, siendo afectados por esta arritmia el 4-5% de las personas mayores de 65 años y el 10% de los mayores de 75 años. Esta arritmia predispone a la trombosis y está asociada con fenómenos embólicos, desarrollo de insuficiencia cardíaca y deterioro de la función ventricular. La misma FA genera modificaciones fisiológicas y anatómicas que favorecen su persistencia: dilatación auricular, fibrosis miofibrilar, acortamiento de los períodos refractarios auriculares y de la velocidad de conducción. Además, su presencia degrada la calidad de vida del paciente y provoca un aumento sostenido en los gastos públicos de salud. Por el momento, el tratamiento para la FA pasa por el uso de antiarrítmicos que la revierten a ritmo sinusal y por procedimientos ablativos que conllevan mucho riesgos y complicaciones: taponamiento cardíaco, estenosis de las venas pulmonares, fístulas atrio-esofágicas, trombo-embolismos, arritmias y además van igualmente acompañados de tratamientos farmacológicos antiarrítmicos. Pero estos fármacos pueden tener efectos proarrítmicos a largo plazo y la FA se vuelve a manifestar en un número elevado de pacientes. Por ello, el objetivo principal de esta tesis doctoral es una mejora del conocimiento de los mecanismos que conducen a la inducción y perpetuación de la FA. Concretamente, esta tesis se centra en el papel que juegan los cambios patológicos en la regulación del calcio intracelular en miocitos auriculares humanos que contribuyen al desarrollo de la FA. <br/>Nuestro laboratorio ha sido el primero en mostrar la asociación de la fibrilación auricular a una mayor liberación espontánea de calcio, en miocitos auriculares aislados de pacientes con esta arritmia. Asimismo, recientemente hemos mostrado que la activación de receptores de adenosina A2A (A2AR) estimula la liberación espontánea de calcio en miocitos auriculares humanos, sugiriendo que el nivel de expresión y/o la actividad de este receptor podrían intervenir en la arritmogénesis auricular y los tres estudios experimentales de esta tesis se basan en estos hallazgos.<br/>A pesar de las dificultades técnicas y metodológicas que conllevan los estudios con cardiomiocitos humanos, toda la investigación realizada en esta tesis doctoral se ha realizado con miocitos auriculares humanos, para facilitar la traslación de los resultados obtenidos. Asimismo, los estudios se han basado en técnicas electrofisiológicas que permiten analizar los mecanismos que regulan el calcio intracelular de forma cuantitativa, como son las técnicas de patch-clamp y la visualización del calcio intracelular por microscopía confocal. <br/>Los resultados muestran que un control de la actividad los A2AR permite controlar la liberación espontánea de calcio en miocitos auriculares humanos. Específicamente, la inhibición de los A2AR reduce la elevada incidencia de liberación espontánea de calcio en pacientes con FA a niveles observados en miocitos de pacientes sin la FA. Además, el manejo de calcio del SR (junto con la ICa) también juega un papel importante en la estabilización de la respuesta latido-latido en miocitos auriculares humanos sometidos a crecientes frecuencias de estimulación. De acuerdo con estos hallazgos, los resultados muestran que la modulación de la liberación espontánea de calcio mediado por PKA regula la estabilidad de la respuesta latido-latido. Así, la inhibición selectiva de la PKA o del A2AR elimina la liberación espontánea de calcio basal y favorece una respuesta uniforme latido-latido, mientras la activación de los A2AR aumenta la liberación espontánea de calcio favoreciendo respuestas latido-latido no uniforme. Conjuntamente, los resultados de esta tesis apuntan al A2AR como una nueva diana molecular en el tratamiento de la FA.<br/>Palabras clave: Receptores de adenosina, fibrilación auricular, miocitos auriculares humanos, alternancia electro-mecánica

Atrial fibrillation (AF) is the more frequent arrhythmia. AF affects 0.4 per cent of the general population and its prevalence increases with age, affecting 4-5% of the people older than 65 years and 10% older than 75 years. This arrhythmia predisposes the thrombosis and is associated with phenomena embolism, development of heart failure and ventricular function deterioration. AF also generates physiological and anatomical modifications favoring its persistence: auricular dilation, myofibril fibrosis, shortening of the atrial refractory periods and the velocity of conduction. In addition, AF degrades the quality of life of the patient and causes a sustained increase in public expenditure on health. At this moment, treatment of AF includes the use of antiarrhythmics that reverse back to sinus rhythm and ablative procedures that involve many risks and complications as cardiac tamponade, pulmonary veins stenosis, atrium-esophageal fistulas, thrombus-embolisms, arrhythmias that are usually accompanied by antiarrhythmics drugs. Ironically these drugs can have long-term proarrhythmic effects; resulting in AF manifesting in a large number of patients. Therefore, the main objective of this doctoral thesis is to expand the knowledge of the mechanisms leading to the induction and perpetuation of AF. Specifically, this thesis is focused on the role of the pathological changes in intracellular calcium regulation that contribute to AF development in human atrial myocytes.<br/>Our laboratory has been the first to show an association of atrial fibrillation to increased spontaneous calcium release in atrial myocytes isolated from patients with atrial arrhythmias. Moreover, we have recently shown that the activation of adenosine A2A receptors (A2AR) stimulates spontaneous calcium release in human atrial myocytes, suggesting that the level of expression and/or the activity of these receptors might intervene in atrial arrhythmogenesis. The three experimental studies of this thesis are based on these findings. <br/>Despite the technical and methodological difficulties that involve studies with human cardiomyocytes, all the investigation carried out in this thesis has been done with atrial human cardiomyocytes, in order to facilitate the translation of the results. Our studies have been based on electrophysiological techniques that allow analysis of the mechanisms that regulate the intracellular calcium on a quantitative basis, specifically using the patch-clamp technique and confocal calcium imaging. <br/>The results show that the control of the A2ARs activity can control the spontaneous SR calcium release in human atrial cardiomyocytes. Specifically, the A2AR inhibition reduce the high SR calcium release incidence in patients with AF to the basal levels observed in the myocytes of patients without AF. Moreover, the SR calcium handling (along with ICa) play a main role on the beat-to-beat response stabilization in human atrial myocytes submitted to high stimulation frequencies. According with this findings, the results show that the spontaneous calcium release modulation mediated by PKA regulates the stability of the beat-to-beat response. Effectively, selective PKA or A2AR inhibition eliminates the basal spontaneous calcium release and favors the uniform beat-to-beat response, while A2AR activation increase the spontaneous calcium release that favors non-uniform beat-to-beat responses.<br/>Then together, the results of this thesis points to A2AR as a new molecular therapeutic target in AF treatment. <br/>Key words: Adenosine receptors, atrial fibrillation, human atrial myocytes, electro-mechanical alternant.