Novel effects of natriuretic peptides in normal and failing hearts. Implications for treatment of heart failure

Hjertesvikt er en alvorlig tilstand med betydelig sykelighet og dødelighet. Bedre forståelse av mekanismene for hjertesvikt kan gi grunnlag for å utvikle ny og bedre behandling. Dette prosjektet har bidratt med slik økt forståelse og identifisert en gruppe molekyler som kan videreutvikles og utredes som mulig ny behandling ved hjertesvikt. Ved hjertesvikt er det på lang sikt ugunstig å stimulere hjertet via signalveier som gir en økning av signalmolekylet cAMP (feks. ved ß-reseptorstimulering) og dermed økt kontraksjonskraft (positiv inotropi). Signalmolekylet cGMP kan både motvirke og forsterke cAMP-avhengige effekter i hjertet, henholdsvis via cGMP-avhengige proteinkinaser (PKG) og ved å hemme fosfodiesteraser (PDE) som bryter ned cAMP. Natriuretiske peptider (NP), ANP, BNP og CNP interagerer med NP-reseptorer (NPR-A, NPR-B, NPR-C) hvorav NPR-A-og NPR-B-aktivering stimulerer produksjon av cGMP. ANP og i mindre grad BNP, aktiverer NPR-A mens CNP aktiverer NPR-B. I sviktende hjerte er NP-nivåer oppregulert og man har antatt at disse peptidene kan ha gunstige inhibitoriske effekter via PKG-aktivering (negativ inotropi, anti-hypertrofi). Våre studier viser imidlertid at NPR-B-aktivering med CNP forsterker effektene av ß-reseptorstimulering (positiv inotropi) via PDE3-hemning og øker apoptose av hjertemuskelceller. Dette er helt nye og sensasjonelle observasjoner da PDE3-hemning øker mortaliteten ved hjertesvikt. Våre funn taler altså for et nytt behandlingsprinsipp som består i å motvirke CNP-effektene ved en selektiv NPR-B-blokade. Det finnes imidlertid ingen lavmolekylære NPR-B-antagonister for klinisk bruk. Vi har derfor etablert et assay for «high throughput screening» av biblioteker av lavmolekylære stoffer. Assayet (Alpha screen) måler cGMP-nivået i HEK293-celler som uttrykker NPR-B. Vi har screenet et kjemisk bibliotek på ca. 20000 stoffer (<500Da) (Bioteknologisenteret i Oslo) og identifisert flere potensielle antagonister som hemmer CNP-stimulert cGMP-produksjon. Seks lovende antagonister har vi karakterisert nærmere og forsøk i hjertemuskelstrips viste at flere av stoffene kan motvirke den forsterkende effekten CNP har på ß-reseptorstimulering (Bach et al. 2014, Naunyn-Schmiedebergs Arch Pharmacol. 387:5-14, 2014). Basert på strukturen til «hit»-stoffene fra screeningen har vi gjennom samarbeid med forskere i København brukt «in-silico» screening og har gjennom det identifisert molekyler med forbedrede antagonistegenskaper. Planen er å videreføre dette som et innovasjonsprosjekt hvor vi utvikler helt nye molekyler med tanke på mulig utvikling av nye legemidler. NPR-A-aktivering gir også økt cGMP-produksjon, men vi finner ingen tilsvarende hemning av PDE3 og forsterkning av effektene av ß-reseptorstimulering som ved NPR-B-aktivering. NPR-A-aktivering og cGMP-avhengig PKG-aktivering kan dermed ha gunstige effeker på hjertet. Siden aktivering av NPR-B og NPR-A gir tilsvarende økning av cGMP, men ulike funksjonelle effekter i hjertet, tyder våre funn på at cGMP-PKG-signaleringen er avgrenset til ulike rom i hjertet. Dette er helt nytt og et viktig bidrag til forståelsen av den romlige organiseringen av NPR-signalering, et felt som hittil er lite utforsket. Vi ønsker å studere videre hvilke mekanismer som styrer den romlige avgrensningen av cGMP-signalering ved NPR-B- og NPR-A-aktivering. En mulighet er at de intracellulære delene av NPR-B- og NPR-A-reseptor interagerer med forskjellige sett av proteiner. Dette er vi i gang med å undersøke i nye prosjekter. Forekomsten av hjertesvikt er økende, dels pga. bedre overlevelse av akutt hjertesykdom og dels pga. økt levealder. Hjertesvikt utgjør et betydelig helseproblem i den eldre del av befolkningen og er årsak til store helseutgifter. Bedre behandling for hjertesvikt vil derfor innebære både bedre helse for en stor andel av våre eldre og potensielt store besparelser for helsetjenesten. Utvikling av ny behandling krever omfattende forskning for å klargjøre mekanismene bak sykdomsutviklingen og forstå mulige nye angrepspunkt for behandling. Dette prosjektet har bidratt med slik forskning ved å identifisere NPR-B-antagonisme som et mulig nytt angrepspunkt for behandling av hjertesvikt. Prosjektet har også tatt denne nye erkjennelsen videre ved å påvise at det er mulig å utvikle småmolekylære stoffer som er NPR-B-antagonister. Dermed har prosjektet lagt grunnlag for videreføring i form av nye forskningsprosjekter for å forstå mekanismene bedre og innovasjonsprosjekter for å identifisere nye molekyler som kan videreutvikles og testes som mulig ny behandling for hjertesvikt.