The role of CaMKII-oxidation in development of arrhythmias
Ischemic heart disease and heart failure share a common defect that predisposes to ventricular tachyarrhythmias and sudden Cardiac Death (SCD): Both conditions involve a dysfunction of the ryanodine receptor (RyR), a key protein in cardiac Ca2+ homeostasis. This dysfunction makes the heart vulnerable to adrenergic stress which might initiate ventricular extrasystoles and tachycardias. Further insight in the role of RyR in ventricular arrhythmias is needed to improve survival and prevention of SCD. Such insight might come from animal models of conditions with increased risk of arrhythmias. One condition of special interest is cathecolaminergic polymorphic ventricular tachycardia (CPVT).
Hypothesis:
Reduced level of oxidized CaMKII (ox-CaMKII) prevents ventricular arrhythmias while preserving beneficial effects of exercise training in CPVT1 and conditions with RyR dysfunction.
Methods:
Several mouse models will be employed to elucidate the role of ox-CaMKII in ischemic heart disease, heart failure and CPVT. The project will involve three genetic mutations (CaMKII MMVV, RyR R2474S and PLB KO). In vivo interventions will comprise coronary artery ligation, aortic banding, exercise training, echocardiography, pressure-volume-measurements and telemetric ECG-survaillance. The use of proper anesthesia and analgesia will minimize the burden on laboratory animals as a result of in vivo interventions. Cardiac tissue will be used for cellular experiments to characterize Ca2+ handling in isolated ventricular cardiomyocytes by whole-cell Ca2+ imaging and confocal microscopy. Protein abundance including ox-CaMKII, as well as THR286-phosphorylated CaMKII, phosphorylated RyR and other key Ca2+ handling proteins will be measured by western blotting, while the functional impact will be tested in cellular experiments with CaMKII-inhibitors and antioxidants.
This study requires 7972 mice.
The experimental procedures in this study will be carried out by experienced co-workers to minimize the number of animals needed. The experimental procedures are continuously improved by keeping up to date with recent publications and through communication with experienced researchers. The mechanisms involved in heart failure and arrhythmia-development, and the beneficial effects of exercise training are multifactorial, complex and highly unknown. Therefore, the use of experimental animal models is the most reliable way to understand the mechanisms involved these diseases. In vitro experiments cannot replace the complex processes involved in the patophysiology of arrhythmias and in exercise training.
Hypothesis:
Reduced level of oxidized CaMKII (ox-CaMKII) prevents ventricular arrhythmias while preserving beneficial effects of exercise training in CPVT1 and conditions with RyR dysfunction.
Methods:
Several mouse models will be employed to elucidate the role of ox-CaMKII in ischemic heart disease, heart failure and CPVT. The project will involve three genetic mutations (CaMKII MMVV, RyR R2474S and PLB KO). In vivo interventions will comprise coronary artery ligation, aortic banding, exercise training, echocardiography, pressure-volume-measurements and telemetric ECG-survaillance. The use of proper anesthesia and analgesia will minimize the burden on laboratory animals as a result of in vivo interventions. Cardiac tissue will be used for cellular experiments to characterize Ca2+ handling in isolated ventricular cardiomyocytes by whole-cell Ca2+ imaging and confocal microscopy. Protein abundance including ox-CaMKII, as well as THR286-phosphorylated CaMKII, phosphorylated RyR and other key Ca2+ handling proteins will be measured by western blotting, while the functional impact will be tested in cellular experiments with CaMKII-inhibitors and antioxidants.
This study requires 7972 mice.
The experimental procedures in this study will be carried out by experienced co-workers to minimize the number of animals needed. The experimental procedures are continuously improved by keeping up to date with recent publications and through communication with experienced researchers. The mechanisms involved in heart failure and arrhythmia-development, and the beneficial effects of exercise training are multifactorial, complex and highly unknown. Therefore, the use of experimental animal models is the most reliable way to understand the mechanisms involved these diseases. In vitro experiments cannot replace the complex processes involved in the patophysiology of arrhythmias and in exercise training.
Etterevaluering
Mattilsynet vurderer at den kumulative belastningen som følge av de ulike prosedyrene som skal utføres i løpet av forsøksperioden kan bli betydelig for de mest utsatte dyrene.
Vi klassifiserer derfor forsøket som betydelig belastende, jf. forsøksdyrforskriften vedlegg B.
Alle forsøk som er betydelig belastende skal etterevalueres av Mattilsynet.
Vi klassifiserer derfor forsøket som betydelig belastende, jf. forsøksdyrforskriften vedlegg B.
Alle forsøk som er betydelig belastende skal etterevalueres av Mattilsynet.
Begrunnelse for etterevalueringen
Hjertesvikt og iskemisk hjertesykdom involverer begge en defekt i funksjonen til ryanodin-reseptoren (RyR), noe som disponerer for ventrikulære takyarytmier og plutselig hjertedød.
RyR er et nøkkelprotein i Ca2+-homeostasen i hjertet. Defekten gjør hjertet mer sårbart for adrenergt stress, og dette kan initiere ventrikulære ekstrasystoler og takykardi.
Formålet med dette forsøket har vært å skaffe mer kunnskap om rollen RyR spiller i forbindelse med ventrikulære arytmier. Det er nødvendig med slik kunnskap for å kunne forebygge og øke overlevelsen ved plutselig hjertedød.
Forsøket er gjennomført ved å benytte ulike genetisk modifiserte mus hvor hjertesvikt og iskemisk hjertesykdom induseres kirurgisk.
Prosedyrene som er gjennomført inkluderer kirurgi, fysisk trening og undersøkelser ved bruk av EKG og MR.
Formålet med forsøkene er oppnådd, og har gitt grunnlag for videre preklinisk utprøving av nye behandlingsprinsipper.
Forsøket ble godkjent for bruk av inntil 7972 mus i forsøk og til avl.
Det ble brukt 2055 mus. Musene er rapportert med moderat som høyeste belastningsgrad.
Forsøksansvarlig angir at forskergruppen i forsøksperioden har utviklet ex vivo-prosedyrer for å redusere antall dyr.
Prosedyren for trening på tredemølle er blitt raffinert slik at strømgitteret i bakkant nesten ikke har vært i bruk.
Forsøksansvarlig angir at for å kunne oppnå en vesentlig reduksjon i antall dyr i slike forsøk er man avhengig av utvikling og forbedring av teknisk utstyr som brukes i forsøkene.
Det gjelder for eksempel telemetrisendere, andre metoder for EKG-registrering, og utstyr for registrering fra flere celler per hjerte.
Forskergruppen gjør kontinuerlige vurderinger av forsøksdesign med tanke på å bruke færre dyr i forsøk, men forsøksansvarlig angir at designet var hensiktsmessig i dette forsøksprosjektet.
Per i dag er bruk av genmodifiserte mus eneste alternativ for å studere kroniske genetiske forandringer.
Foruten å teste forsøkets hovedhypoteser ved undersøkelser av de transgene muselinjene, har prosjektet gitt svar på delspørsmål ved hjelp av farmakologiske intervensjoner i mus uten genmodifikasjoner.
Forsøkene har gitt grunnlag for videre preklinisk utprøving av enkelte behandlingsprinsipper, mens andre har kunnet forkastes med grunnlag i resultatene fra dette prosjektet.
Forsøksansvarlig angir at nyere studier har vist at mutasjonen i MMVV-musene sannsynligvis har en annen effekt på det aktuelle proteinet enn tidligere antatt.
Dette gjør at forskergruppen nå vurderer om det er hensiktsmessig å bruke denne modellen i videre forsøk.
RyR er et nøkkelprotein i Ca2+-homeostasen i hjertet. Defekten gjør hjertet mer sårbart for adrenergt stress, og dette kan initiere ventrikulære ekstrasystoler og takykardi.
Formålet med dette forsøket har vært å skaffe mer kunnskap om rollen RyR spiller i forbindelse med ventrikulære arytmier. Det er nødvendig med slik kunnskap for å kunne forebygge og øke overlevelsen ved plutselig hjertedød.
Forsøket er gjennomført ved å benytte ulike genetisk modifiserte mus hvor hjertesvikt og iskemisk hjertesykdom induseres kirurgisk.
Prosedyrene som er gjennomført inkluderer kirurgi, fysisk trening og undersøkelser ved bruk av EKG og MR.
Formålet med forsøkene er oppnådd, og har gitt grunnlag for videre preklinisk utprøving av nye behandlingsprinsipper.
Forsøket ble godkjent for bruk av inntil 7972 mus i forsøk og til avl.
Det ble brukt 2055 mus. Musene er rapportert med moderat som høyeste belastningsgrad.
Forsøksansvarlig angir at forskergruppen i forsøksperioden har utviklet ex vivo-prosedyrer for å redusere antall dyr.
Prosedyren for trening på tredemølle er blitt raffinert slik at strømgitteret i bakkant nesten ikke har vært i bruk.
Forsøksansvarlig angir at for å kunne oppnå en vesentlig reduksjon i antall dyr i slike forsøk er man avhengig av utvikling og forbedring av teknisk utstyr som brukes i forsøkene.
Det gjelder for eksempel telemetrisendere, andre metoder for EKG-registrering, og utstyr for registrering fra flere celler per hjerte.
Forskergruppen gjør kontinuerlige vurderinger av forsøksdesign med tanke på å bruke færre dyr i forsøk, men forsøksansvarlig angir at designet var hensiktsmessig i dette forsøksprosjektet.
Per i dag er bruk av genmodifiserte mus eneste alternativ for å studere kroniske genetiske forandringer.
Foruten å teste forsøkets hovedhypoteser ved undersøkelser av de transgene muselinjene, har prosjektet gitt svar på delspørsmål ved hjelp av farmakologiske intervensjoner i mus uten genmodifikasjoner.
Forsøkene har gitt grunnlag for videre preklinisk utprøving av enkelte behandlingsprinsipper, mens andre har kunnet forkastes med grunnlag i resultatene fra dette prosjektet.
Forsøksansvarlig angir at nyere studier har vist at mutasjonen i MMVV-musene sannsynligvis har en annen effekt på det aktuelle proteinet enn tidligere antatt.
Dette gjør at forskergruppen nå vurderer om det er hensiktsmessig å bruke denne modellen i videre forsøk.