eRapport

5-HT4 serotonin receptor signalling in heart failure: Compartmentation of cAMP signalling

Prosjekt
Prosjektnummer
2011025
Ansvarlig person
Finn Olav Levy
Institusjon
Oslo universitetssykehus HF
Prosjektkategori
Doktorgradsstipend
Helsekategori
Cardiovascular
Forskningsaktivitet
1. Underpinning
Rapporter
2015 - sluttrapport
Hjertesvikt er en alvorlig diagnose forbundet med økt sykelighet og høy dødelighet. I dag har vi behandling som gir gunstig klinisk effekt, men prognosen er fortsatt dårlig og studier av signalveier og endringer i signalveier ved hjertesvikt kan bidra til utvikling av bedre behandling. I dette prosjektet har vi konstruert FRET-baserte sensorer for sykliske nukleotider som er lokalisert til bestemte subcellulære områder. I hjertemuskelceller har vi derfor kunne måle sykliske nukleotider i nærheten av proteiner viktige for å regulere hjertets kontraksjonskraft, slik som rundt enkelte kalsium-pumper og nær aktin-myosin-filamenter. Vi har vist i funksjonelle studier at mens tilførsel enkelte agonister fører til raskere relaksasjon og redusert kontraksjonskraft har andre agonister ingen effekt, selv om disse tilsynelatende fører til lik økning i konsentrasjon av sykliske nukleotider. Vi viser at dette har sammenheng med fosforylering av proteiner der vi kan måle sykliske nukleotider. Vi har også påvist at spesifikke fosfodiesteraser (proteiner som bryter ned sykliske nukleotider) er lokalisert i bestemte regioner innad i hjertemuskelceller og dermed regulerer lokale nivåer av sykliske nukleotider. Vi viser også at det er kryss-kobling mellom de sykliske nukleotidene cAMP og cGMP og viser hvordan signalering over beta-adrenerge- og 5-HT4 serotonin-reseptorer blir påvirket av agonister som regulerer cGMP (enkelte natriuretiske peptider). Dette har i andre prosjekter i gruppen ført til drug development, hvor gruppen gjennom high throughput screening og in silico hit-to-lead har funnet en gruppe molekyler som i fremtiden kan videreutvikles til å bli legemidler som kan endre hvordan natriuretiske peptider påvirker den uheldige aktiveringen av beta-adrenerge og serotoninreseptorer i pasienter med hjertesvikt. Et annet område som er viktig for farmakologisk behandling av hjertesvikt, er hvilket medikament man skal velge innad i en gruppe. Til nå har man støttet seg til evidence-based medicine basert på flere store kliniske studier. Innen farmakologien er vi spesielt opptatt av å forstå hvordan enkelte legemidler kan oppnå bedre effekt ved å påvirke samme reseptor ulikt. For å forstå hvordan ulike legemidler påvirker en reseptor forskjellig, har vi undersøkt mange nedstrøms signalveier fra en enkelt reseptor og påvist at ulike legemidler fører til ulik respons (slik som økning av cAMP, internalisering, desensitivisering og degradering). Dette konseptet kalles «funksjonell selektivitet» og kan i fremtiden forklare hvordan ulike legemidler kan gi ulike behandlingsresultat. Forskningsutveksling: PhD-studenten ansatt i dette prosjektet har arbeidet i laboratoriet til Manuela Zaccolo (samarbeidspartner i prosjektet) i Oxford i fem uker. Der tilegnet hun seg metoder som ble overført til Oslo, samt benyttet materiale som de kun hadde tilgjengelig der. Dette resulterte også i et manuskript som skal publiseres. Samarbeid: I prosjektet har vi samarbeidet med Manuela Zaccolo (forskningsutveksling samt besøk av M. Zaccolo i Oslo). Formidling: Prosjektet har blitt presentert på internasjonale møter og kongresser, i tematiske møter innad i senter for hjertesviktforskning (CHFR), samt på årlige møter for CHFR og Norsk Selskap for Farmakologi og Toksikologi (NSFT). PhD-studenten på dette prosjektet (Ornella Manfra) leverte inn sin doktorgradsavhandling med tittelen «Receptor-mediated signalling mechanisms. Functional selectivity and trafficking of serotonin receptors and compartmentation of cardiac cyclic GMP signaling” i november 2015. Hun skal disputere den 1/3-2016. Hjertesvikt er en sykdom med høy morbiditet og mortalitet og høy grad av hospitalisering. Behandling mot hjertesvikt vil derfor senke sykehusinnleggelser og øke levealder. For å finne nye, og mer effektive, behandlingsmål for hjertesvikt, er det viktig å forstå cellulær signalering i hjertet og hvordan enkelte reseptorer påvirker dette. I dette arbeidet har vi kartlagt intracellulær signalering fra viktige reseptorer, slik som beta-adrenerge reseptorer og reseptorer for natriuretiske peptider. Denne kartleggingen har ført til legemiddelinnovasjon i andre prosjekter i gruppen. Dette vil i fremtiden gi mulighet for ny behandling av hjertesvikt, som kan føre til mindre hospitalisering og dermed reduserte kostnader for helsetjenesten. Forståelse av hvordan ulike legemidler kan gi ulike responser gjennom samme reseptor vil i fremtiden gjøre oss i stand til å designe legemidler som spesifikt aktiverer kun enkelte signalveier, og dermed unngå uheldige bivirkninger, men allikevel oppnå god behandling. Gjennom «funksjonell selektivitet» vil dette føre til bedre legemiddelutvikling.
2014
Hjertesvikt er en alvorlig diagnose forbundet med økt sykelighet og høy dødelighet. I dag har vi behandling som gir gunstig klinisk effekt, men prognosen er fortsatt dårlig og studier av signalveier og endringer i signalveier ved hjertesvikt kan bidra til utvikling av bedre behandling.Hjertesvikt er en alvorlig sykdom hvor hjertets pumpefunksjon er svekket, og kan f.eks. skyldes hjerteinfarkt eller langvarig høyt blodtrykk. Hjertesvikt kan føre til forskjellig grad av redusert yteevne, pusteproblemer og væskeansamling i kroppen. Etter som flere og flere pasienter overlever akutt hjertesykdom, f.eks. hjerteinfarkt, og lever videre med et skadet hjerte, øker forekomsten av hjertesvikt i befolkningen. Ny forståelse av sykdomsmekanismene ved hjertesvikt har ført til bedre behandling og økte leveutsikter for pasienter med hjertesvikt. Spesielt har man forstått at kroppen tilpasser seg hjertets reduserte pumpefunksjon med kompensasjonsmekanismer som på kort sikt kan være hensiktsmessige, men som på lang sikt viser seg å være skadelige for hjertet og forverrer hjertesvikten. Moderne hjertesviktbehandling, bl.a. med betablokkere, er basert på denne forståelsen og tar sikte på å motvirke slike uheldige mekanismer. Vi har i den senere tiden oppdaget en effekt av serotonin ved hjertesvikt som ikke ses i friske hjerter. Analogt med betablokkere har vi vist at serotoninblokkere (5-HT4-antagonister) vil kunne motvirke uheldige mekanismer ved hjertesvikt. Vi vil i dette prosjektet utdype forståelsen av serotonins signaleringsmekanismer ved hjertesvikt og sammenligne disse med signaleringsmekanismene for adrenalin/noradrenalin og prostaglandiner. Vi har i prosjektet så langt etablert avansert teknologi for å påvise hvor i hjertecellene mengden av signalmolekylene syklisk AMP og syklisk GMP øker etter forskjellige typer stimulering (serotonin vs. andre stimuli). Resultatene fra slike studier vil bli sammenholdt med effektene av de samme typer stimuli på hjertets kontraksjonsevne.
2013
Hjertesvikt er en alvorlig diagnose forbundet med økt sykelighet og høy dødelighet. I dag har vi behandling som gir gunstig klinisk effekt, men prognosen er fortsatt dårlig. Studier av signalveier og endringer i signalveier ved hjertesvikt kan bidra til utvikling av bedre behandling.Hjertesvikt er en alvorlig sykdom hvor hjertets pumpefunksjon er svekket, og kan f.eks. skyldes hjerteinfarkt eller langvarig høyt blodtrykk. Hjertesvikt kan føre til forskjellig grad av redusert yteevne, pusteproblemer og væskeansamling i kroppen. Etter som flere og flere pasienter overlever akutt hjertesykdom, f.eks. hjerteinfarkt, og lever videre med et skadet hjerte, øker forekomsten av hjertesvikt i befolkningen. Ny forståelse av sykdomsmekanismene ved hjertesvikt har ført til bedre behandling og økte leveutsikter for pasienter med hjertesvikt. Spesielt har man forstått at kroppen tilpasser seg hjertets reduserte pumpefunksjon med kompensasjonsmekanismer som på kort sikt kan være hensiktsmessige, men som på lang sikt viser seg å være skadelige for hjertet og forverrer hjertesvikten. Moderne hjertesviktbehandling, bl.a. med betablokkere, er basert på denne forståelsen og tar sikte på å motvirke slike uheldige mekanismer. Vi har i den senere tiden oppdaget en effekt av serotonin ved hjertesvikt som ikke ses i friske hjerter. Analogt med betablokkere har vi vist at serotoninblokkere (5-HT4-antagonister) vil kunne motvirke uheldige mekanismer ved hjertesvikt. Vi vil i dette prosjektet utdype forståelsen av serotonins signaleringsmekanismer ved hjertesvikt og sammenligne disse med signaleringsmekanismene for adrenalin/noradrenalin og prostaglandiner. Vi har i prosjektet så langt etablert avansert teknologi for å påvise nøyaktig hvor i hjertemuskelcellene mengden av signalmolekylene syklisk AMP og syklisk GMP øker etter forskjellige typer stimulering (serotonin vs. andre stimuli). Resultatene fra slike studier vil bli sammenholdt med effektene av de samme typer stimuli på hjertets kontraksjonsevne.
2012
Hjertesvikt er en alvorlig diagnose forbundet med økt sykelighet og høy dødelighet. I dag har vi behandling som gir gunstig klinisk effekt, men prognosen er fortsatt dårlig og studier av signalveier og endringer i signalveier ved hjertesvikt kan bidra til utvikling av bedre behandling.Hjertesvikt er en alvorlig sykdom hvor hjertets pumpefunksjon er svekket, og kan f.eks. skyldes hjerteinfarkt eller langvarig høyt blodtrykk. Hjertesvikt kan føre til forskjellig grad av redusert yteevne, pusteproblemer og væskeansamling i kroppen. Etter som flere og flere pasienter overlever akutt hjertesykdom, f.eks. hjerteinfarkt, og lever videre med et skadet hjerte, øker forekomsten av hjertesvikt i befolkningen. Ny forståelse av sykdomsmekanismene ved hjertesvikt har ført til bedre behandling og økte leveutsikter for pasienter med hjertesvikt. Spesielt har man forstått at kroppen tilpasser seg hjertets reduserte pumpefunksjon med kompensasjonsmekanismer som på kort sikt kan være hensiktsmessige, men som på lang sikt viser seg å være skadelige for hjertet og forverrer hjertesvikten. Moderne hjertesviktbehandling, bl.a. med betablokkere, er basert på denne forståelsen og tar sikte på å motvirke slike uheldige mekanismer. Vi har i den senere tiden oppdaget en effekt av serotonin ved hjertesvikt som ikke ses i friske hjerter. Analogt med betablokkere har vi vist at serotoninblokkere (5-HT4-antagonister) vil kunne motvirke uheldige mekanismer ved hjertesvikt. Vi vil i dette prosjektet utdype forståelsen av serotonins signaleringsmekanismer ved hjertesvikt og sammenligne disse med signaleringsmekanismene for adrenalin/noradrenalin og prostaglandiner. Vi har i prosjektet så langt etablert avansert teknologi for å påvise hvor i hjertecellene mengden av signalmolekylene syklisk AMP og syklisk GMP øker etter forskjellige typer stimulering (serotonin vs. andre stimuli). Resultatene fra slike studier vil bli sammenholdt med effektene av de samme typer stimuli på hjertets kontraksjonsevne.
2011
Hjertesvikt er en alvorlig diagnose forbundet med økt sykelighet og høy dødelighet. I dag har vi behandling som gir gunstig klinisk effekt, men prognosen er fortsatt dårlig og studier av signalveier og endringer i signalveier ved hjertesvikt kan bidra til utvikling av bedre behandling.Hjertesvikt er en alvorlig sykdom hvor hjertets pumpefunksjon er svekket, og kan f.eks. skyldes hjerteinfarkt eller langvarig høyt blodtrykk. Hjertesvikt kan føre til forskjellig grad av redusert yteevne, pusteproblemer og væskeansamling i kroppen. Etter som flere og flere pasienter overlever akutt hjertesykdom, f.eks. hjerteinfarkt, og lever videre med et skadet hjerte, øker forekomsten av hjertesvikt i befolkningen. Ny forståelse av sykdomsmekanismene ved hjertesvikt har ført til bedre behandling og økte leveutsikter for pasienter med hjertesvikt. Spesielt har man forstått at kroppen tilpasser seg hjertets reduserte pumpefunksjon med kompensasjonsmekanismer som på kort sikt kan være hensiktsmessige, men som på lang sikt viser seg å være skadelige for hjertet og forverrer hjertesvikten. Moderne hjertesviktbehandling, bl.a. med betablokkere, er basert på denne forståelsen og tar sikte på å motvirke slike uheldige mekanismer. Vi har i den senere tiden oppdaget en effekt av serotonin ved hjertesvikt som ikke ses i friske hjerter. Analogt med betablokkere har vi vist at serotoninblokkere (5-HT4-antagonister) vil kunne motvirke uheldige mekanismer ved hjertesvikt. Vi vil i dette prosjektet utdype forståelsen av serotonins signaleringsmekanismer ved hjertesvikt og sammenligne disse med signaleringsmekanismene for adrenalin/noradrenalin og prostaglandiner. Vi har i prosjektet så langt etablert avansert teknologi for å påvise hvor i hjertecellene mengden av signalmolekylene syklisk AMP og syklisk GMP øker etter forskjellige typer stimulering (serotonin vs. andre stimuli). Resultatene fra slike studier vil bli sammenholdt med effektene av de samme typer stimuli på hjertets kontraksjonsevne.
Vitenskapelige artikler
Ørstavik Ø, Manfra O, Andressen KW, Andersen GØ, Skomedal T, Osnes JB, Levy FO, Krobert KA

The inotropic effect of the active metabolite of levosimendan, OR-1896, is mediated through inhibition of PDE3 in rat ventricular myocardium.

PLoS One 2015;10(3):e0115547. Epub 2015 mar 4

PMID: 25738589

Impellizzeri AA, Pappalardo M, Basile L, Manfra O, Andressen KW, Krobert KA, Messina A, Levy FO, Guccione S

Identification of essential residues for binding and activation in the human 5-HT7(a) serotonin receptor by molecular modeling and site-directed mutagenesis.

Front Behav Neurosci 2015;9():92. Epub 2015 mai 8

PMID: 26005408

Manfra O, Van Craenenbroeck K, Skieterska K, Frimurer T, Schwartz TW, Levy FO, Andressen KW

Downregulation of 5-HT7 Serotonin Receptors by the Atypical Antipsychotics Clozapine and Olanzapine. Role of Motifs in the C-Terminal Domain and Interaction with GASP-1.

ACS Chem Neurosci 2015 Jul 15;6(7):1206-18. Epub 2015 apr 20

PMID: 25706089 - Inngår i doktorgradsavhandlingen

Andressen KW, Manfra O, Brevik CH, Ulsund AH, Vanhoenacker P, Levy FO, Krobert KA

The atypical antipsychotics clozapine and olanzapine promote down-regulation and display functional selectivity at human 5-HT7 receptors.

Br J Pharmacol 2015 Aug;172(15):3846-60. Epub 2015 jun 12

PMID: 25884989 - Inngår i doktorgradsavhandlingen

Moltzau Lise Román, Aronsen Jan Magnus, Meier Silja, Skogestad Jonas, Ørstavik Øivind, Lothe Gustav B, Sjaastad Ivar, Skomedal Tor, Osnes Jan-Bjørn, Levy Finn Olav, Qvigstad Eirik

Different compartmentation of responses to brain natriuretic peptide and C-type natriuretic peptide in failing rat ventricle.

J Pharmacol Exp Ther 2014 Sep;350(3):681-90. Epub 2014 jul 14

PMID: 25022512

Moltzau Lise Román, Meier Silja, Aronsen Jan Magnus, Afzal Faraz, Sjaastad Ivar, Skomedal Tor, Osnes Jan-Bjørn, Levy Finn Olav, Qvigstad Eirik

Differential regulation of C-type natriuretic peptide-induced cGMP and functional responses by PDE2 and PDE3 in failing myocardium.

Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol 2014 May;387(5):407-17. Epub 2014 jan 15

PMID: 24424715

Brudeli Bjarne, Navaratnarajah Mirusha, Andressen Kjetil Wessel, Manfra Ornella, Moltzau Lise Román, Nilsen Nils Olav, Levy Finn Olav, Klaveness Jo

Discovery and pharmacological profile of new hydrophilic 5-HT(4) receptor antagonists.

Bioorg Med Chem Lett 2014 Sep 15;24(18):4598-602. Epub 2014 jul 5

PMID: 25149506

Brudeli Bjarne, Andressen Kjetil Wessel, Moltzau Lise Román, Nilsen Nils Olav, Levy Finn Olav, Klaveness Jo

Acidic biphenyl derivatives: synthesis and biological activity of a new series of potent 5-HT(4) receptor antagonists.

Bioorg Med Chem 2013 Nov 15;21(22):7134-45. Epub 2013 sep 11

PMID: 24113240

Molenaar Peter, Christ Torsten, Hussain Rizwan I, Engel Andreas, Berk Emanuel, Gillette Katherine T, Chen Lu, Galindo-Tovar Alejandro, Krobert Kurt A, Ravens Ursula, Levy Finn Olav, Kaumann Alberto J

PDE3, but not PDE4, reduces ß1 - and ß2 -adrenoceptor-mediated inotropic and lusitropic effects in failing ventricle from metoprolol-treated patients.

Br J Pharmacol 2013 Jun;169(3):528-38.

PMID: 23489141

Levy Finn Olav

Cardiac PDEs and crosstalk between cAMP and cGMP signalling pathways in the regulation of contractility.

Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol 2013 Aug;386(8):665-70. Epub 2013 mai 7

PMID: 23649864

Brudeli Bjarne, Moltzau Lise Román, Nguyen Cam H T, Andressen Kjetil Wessel, Nilsen Nils Olav, Levy Finn Olav, Klaveness Jo

Synthesis and pharmacological properties of a new hydrophilic and orally bioavailable 5-HT4 antagonist.

Eur J Med Chem 2013 Jun;64():629-37. Epub 2013 apr 9

PMID: 23711770

Moltzau L R, Aronsen J M, Meier S, Nguyen C H T, Hougen K, Ørstavik Ø, Sjaastad I, Christensen G, Skomedal T, Osnes J-B, Levy F O, Qvigstad E

SERCA2 activity is involved in the CNP-mediated functional responses in failing rat myocardium.

Br J Pharmacol 2013 Sep;170(2):366-79.

PMID: 23808942

Riise Jon, Ørstavik Øivind, Qvigstad Eirik, Dahl Christen P, Osnes Jan-Bjørn, Skomedal Tor, Levy Finn Olav, Krobert Kurt A

Prostaglandin E1 facilitates inotropic effects of 5-HT4 serotonin receptors and ß-adrenoceptors in failing human heart.

Basic Res Cardiol 2012 Sep;107(5):295. Epub 2012 aug 25

PMID: 22923058

Doktorgrader
Ornella Manfra

Receptor-mediated signalling mechanisms. Functional selectivity and trafficking of serotonin receptors and compartmentation

Disputert:
desember 2015
Hovedveileder:
Finn Olav Levy
Deltagere
  • Finn Olav Levy Hovedveileder
  • Kjetil Wessel Andressen Medveileder
  • Ornella Manfra Doktorgradsstipendiat

eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT

Alle henvendelser rettes til eRapport