THE ROLE OF SIALIDASE NEU3 IN THE CARDIAC RESPONSE TO ISCHEMIA AND REPERFUSION INJURY

THE ROLE OF SIALIDASE NEU3 IN THE CARDIAC RESPONSE TO ISCHEMIA AND REPERFUSION INJURY Maria Elena Canalia,b, Marco Piccolia, Andrea Ghiroldia, Federica Cirilloa, and Luigi Anastasiaa,b a Laboratory of Stem Cells for Tissue Engineering, IRCCS Policlinico San Donato, piazza Malan 2, 20097 San Donato Milanese, Milan, Italy; email: maria.canali@unimi.it b Department of Biomedical Sciences for Health, University of Milan, via Luigi Mangiagalli 31, 20133, Milan, Italy; Acute myocardial infarction (AMI) is one of the most common causes of death worldwide. Reperfusion strategies are the most used life-saving procedures for AMI treatment but they also induce ischemia/reperfusion injury (IRI), ultimately resulting in development of heart failure. Many efforts have been made to clarify the molecular mechanisms involved in IRI. In this context, the activation of pro-survival kinases, as well as the hypoxia inducible factor (HIF-1α), have been recognized as key steps in the cellular response to IRI. Along this line, we recently identified a novel mechanism of HIF-1α activation mediated by sialidase NEU3, which ultimately increased muscular cells resistance to hypoxic stress. Thus, aim of this study was to assess whether NEU3 could play a role in reducing IRI. To this purpose, NEU3 was overexpressed in H9C2 rat cardiomyocytes and were transfected with NEU3 plasmid to overexpress the enzyme. Remarkably, NEU3 overexpressing cells showed a significantly increased proliferation rate and survival, as well as the activation of HIF-1α and pro-survival kinases Akt and Erk after IRI, as compared to controls. Interestingly, treatment with Akt and Erk inhibitors, as well as with NEU3 inhibitors (DANA and LR332) reverted the beneficial effects mediated by the enzyme, supporting the possible involvement of NEU3 in counteracting IRI through the activation of pro-survival kinases. Moreover, we investigated also the possible involvement of NEU3 in regulating the process of cardiac fibrosis, a physiological response to cardiac tissue injury, characterized by the deposition of extracellular matrix proteins by activated myofibroblasts. Interestingly, we demonstrated that the overexpression of the sialidase NEU3 is sufficient to reduce the fibroblasts-myofibroblasts conversion by reducing the cellular content of GM3.

THE ROLE OF SIALIDASE NEU3 IN THE CARDIAC RESPONSE TO ISCHEMIA AND REPERFUSION INJURY Maria Elena Canalia,b, Marco Piccolia, Andrea Ghiroldia, Federica Cirilloa, and Luigi Anastasiaa,b a Laboratorio delle cellule staminali e ingegneria tissutale, IRCCS Policlinico San Donato, piazza Malan 2, 20097 San Donato Milanese, Milano, Italia; email: maria.canali@unimi.it b Dipartimento di Scienze Biomediche per la Salute, Università degli Studi di Milano, via Luigi Mangiagalli 31, 20133, Milano, Italia; L'infarto miocardico acuto (AMI) è una delle cause più comuni di morte in tutto il mondo. Le strategie di riperfusione sono le procedure salvavita più utilizzate per il trattamento dell'AMI, ma inducono anche l’insorgenza del cosiddetto danno da ischemia e riperfusione (IRI), con conseguente sviluppo di insufficienza cardiaca. Molti sforzi sono stati fatti per chiarire i meccanismi molecolari coinvolti nell'IRI e, in questo contesto, l'attivazione delle chinasi pro-sopravvivenza, nonché il fattore inducibile dell'ipossia (HIF-1α), sono stati riconosciuti come regolatori chiave della risposta cellulare all'IRI. Al riguardo, abbiamo recentemente identificato un nuovo meccanismo di attivazione dei HIF-1α mediato dalla sialidasi NEU3, che è stato in grado di aumentare la resistenza delle cellule muscolari allo stress ipossico. Pertanto, lo scopo di questo studio è stato quello di valutare se NEU3 potesse avere un ruolo anche nel contrastare il danno da ischemia e riperfusione. A tal fine, NEU3 è stato sovraespresso nei cardiomioblasti di ratto H9C2, i quali sono stati trasfettati con un plasmide contenete la sequenza di NEU3 per sovraesprimere l'enzima. Sorprendentemente, le cellule NEU3 overesprimenti hanno mostrato un tasso di proliferazione e sopravvivenza, così come un tasso di attivazione di HIF-1α e delle chinasi pro-sopravvivenza Akt ed Erk significativamente maggiore rispetto ai controlli a seguito dell'IRI. È interessante notare che il trattamento con gli inibitori di Akt ed Erk, nonché con gli inibitori di NEU3 (DANA e LR332) ha completamente annullato gli effetti benefici mediati dall'enzima, supportando il possibile coinvolgimento della sialidasi nel contrastare l'IRI attraverso l'attivazione delle chinasi pro-sopravvivenza. Inoltre, abbiamo studiato anche il possibile coinvolgimento di NEU3 nella regolazione del processo di fibrosi cardiaca, una risposta fisiologica alla lesione del tessuto cardiaco, caratterizzata dalla deposizione di proteine della matrice extracellulare da parte di miofibroblasti attivati. I nostri studi hanno dimostrato che la sovraespressione della sialidasi NEU3 è sufficiente per ridurre il transdifferenziamento dei fibroblasti a miofibroblasti attraverso la diminuzione del contenuto cellulare di GM3.