Objasnění funkce proteinu FSTL1 v mitochondriálním energetickém metabolismu in vitro a u srdečního selhání.

Mgr. Martin Hořák, Ph.D.

Doctoral thesis

Clarification of FSTL1 protein function in mitochondrial energy metabolism in vitro and in heart failure

Abstract:

Protein FSTL1 (follistatin like 1) je sekretovaný glykoprotein exprimovaný primárně v kosterním a srdečním svalu a tukové tkáni a je velmi silně exprimován za patologických podmínek. Toho se v praxi využívá při testování raného záchytu vývoje srdečního selhání. FSTL1 je silněji exprimován přímo v místě poškození, což umožňuje využití jeho hladiny i z hlediska hodnocení závažnosti nemoci. Kromě diagnostického a prognostického potenciálu je v posledních letech testováno i terapeutické využití, jelikož u kardiovaskulárních nemocí působí FSTL1 protektivně, a to modulací různých signálních drah podílejících se na řízení apoptózy, angiogeneze nebo zánětu. Jelikož některé funkce FSTL1 jsou v současnosti prozkoumány velice málo, a to často pouze s využitím zvířecích modelů, byla cílem této práce analýza těchto biologických funkcí s využitím lidských buněčných linií. V první části disertační práce jsem se zaměřil na analýzu proteinu FSTL1 a jeho dvou dosud velmi málo studovaných paralogů FSTL4 (follistatin like 4) a FSTL5 (follistatin like 5) u klinických vzorků získaných od pacientů se srdečním selháním. V druhé experimentální části jsem analyzoval vliv proteinu FSTL1 na diferenciaci kardiomyocytů a mitochondriální energetický metabolismus za využití metody umlčení genové exprese. Prezentované výsledky disertační práce nabízí praktické využití sady nových, dosud neznámých, prognostických biomarkerů srdečního selhání odrážejících zotavení srdeční funkce a zdravotní stav pacientů po šesti měsících od hospitalizace. Výsledky experimentální in vitro části prokázaly významný podíl FSTL1 na určení buněčných osudů a regulaci mitochondriálního energetického metabolismu. Tyto výsledky tak nabízí nový směr pro výzkum srdečního selhání.

Abstract:

The FSTL1 (follistatin like 1) protein is a secreted glycoprotein expressed in skeletal and cardiac muscle and adipose tissue, and it is strongly expressed under pathological conditions. Such upregulation was experimentally used to detect early heart failure development. Its highest expression is directly at the injured area and, thus, its expression can reflect disease severity. Recently, FSTL1 was also used as a potent therapeutic tool due to its cardioprotective effects mediated via modulation of various signaling pathways in cardiovascular diseases, which control apoptosis, angiogenesis or inflammation. Unfortunately, some FSTL1 functions are poorly characterized, and, what is more, they were studied only using animal models. Therefore, this study aims to provide more information regarding these functions using human cell line models. The first part of this work is focused on analysis of FSTL1 and its two uncharacterized paralogs, i.e. FSTL4 and FSTL5, in patients with heart failure. The second part is focused on analysis of FSTL1 effects on cardiomyocytes differentiation and mitochondrial energy metabolism using gene silencing. Presented results provide a set of novel biomarkers of heart failure that reflect recovery of cardiac function and disease severity in heart failure patients six months after hospitalization. The results obtained in the experimental in vitro section show that FSTL1 in involved in a cell fate determination and control of mitochondrial energy metabolism. These results offer new directions for future cardiology research.

Keywords

FSTL1, FSTL4, FSTL5, mitochondrie, srdeční selhání, kardiomyocyty, diferenciace, oxidativní fosforylace, mitochondria, heart failure, cardiomyocytes, differentiation, oxidative phosphorylation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 10. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 15. 11. 2019
• Supervisor: doc. MUDr. Julie Dobrovolná, Ph.D.
• Reader: prof. PharmDr. Petr Babula, Ph.D., prof. MUDr. Jaroslav Veselý, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Molecular and Cell Biology and Genetics / Molecular and Cell Biology and Genetics