CKLF1 regulates ferroptosis in ischaemic-hypoxic cardiomyocytes through the Keap1/Nrf2/Ho1 signalling pathway

Wanneer het hart te maken krijgt met een plotselinge blokkade, waardoor de aanvoer van zuurstof en voedingsstoffen wordt afgesneden, reikt de schade veel verder dan alleen het onmiddellijke gebrek aan bloed. De eigen verdedigingsmechanismen van het lichaam, ontworpen om te genezen, kunnen soms destructief worden. In de uren en dagen na een hartaanval wordt het hartspierweefsel overspoeld met ontstekingssignalen en instabiele moleculen die de cellen van binnenuit aanvallen. Onder de verschillende manieren waarop hartcellen kunnen sterven, heeft een specifiek proces genaamd ferroptose recentelijk de aandacht getrokken. In tegen_gestelde tot de meer bekende vormen van celsterfte, wordt ferroptose gedreven door ijzer. Wanneer ijzer zich in een cel ophoopt, werkt het als een vonk in een droog bos, wat een kettingreactie ontketent die de interne vetten van de cel doet roesten totdat het celmembraan barst. Het hart is hier bijzonder kwetsbaar voor omdat het zo hard werkt en zoveel energie vereist. Wetenschappers weten al lang dat het stoppen van dit roestproces hartweefsel kan redden, maar de specifieke schakelaar die het tijdens een hartaanval aanzet, bleef een mysterie.

Een team van onderzoekers zette zich sch de opdracht om die schakelaar te vinden, waarbij ze zich concentreerden op een eiwit genaamd CKLF1. Dit eiwit maakt deel uit van het chemische signaleringssysteem van het lichaam en staat normaal gesproken bekend om het rekruteren van immuuncellen naar plaatsen van letsel. De onderzoekers vermoedden dat CKLF1 in de context van een hartaanval meer deed dan alleen om hulp roepen; het zou de hartcellen actief richting deze door ijzer gedreven dood kunnen duwen. Om dit te testen, keken ze naar twee verschillende scenario's: ratten die een echte hartaanval hadden ondergaan en hartcellen die in een laboratoriumschaal werden gekweekt en werden beroofd van zuurstof en suiker om de omstandigheden van een hartaanval na te bootsen.

In de levende ratten induceerde het team een hartaanval door een belangrijke slagader af te binden en vervolgens een neutraliserend antilichaam direct in het hartspierweefsel te injecteren. Dit antilichaam werkt als een schild, waardoor het CKLF1-eiwit wordt geblokkeerd zodat het zijn signalen niet kan verzenden. De resultaten waren opmerkelijk. De ratten die het antilichaam ontvingen, hadden aanzienlijk kleinere gebieden met dood hartweefsel vergeleken met de ratten die dat niet hadden ontvangen. Bloedtesten toonden lagere niveaus van enzymen die lekken wanneer hartcellen beschadigd zijn, wat bevestigde dat het hartspierweefsel beter werd bewaard. Wanneer de onderzoekers het weefsel onder een microscoop onderzochten, vonden ze dat het antilichaam de niveaus van CKLF1 in het beschadigde gebied succesvol had verlaagd. Belangrijker nog, het behandelde weefsel vertoonde tekenen van bescherming tegen ferroptose. De niveaus van ijzer en schadelijke oxidatieve moleculen waren lager, terwijl de niveaus van de natuurlijke antioxidantverdediging van de cel hoger waren. De eiwitten die gewoonlijk een cel signaleren om ferroptose te ondergaan, waren verminderd, terwijl de eiwitten die ertegen beschermen waren hersteld.

Om precies te begrijpen hoe dit gebeurde, wendden de onderzoekers zich tot de in het laboratorium gekweekte hartcellen. Ze stelden deze cellen bloot aan zuurstofgebrek en behandelden ze vervolgens met een klein peptide genaamd C19, dat fungeert als een blokkade voor CKLF1. Net als bij de ratten overleefden de behandelde cellen beter. De C19-behandeling voorkwam dat de cellen ijzer accumuleerden en voorkwam de opbouw van giftige bijproducten die ontstaan wanneer ijzer reageert met vetten. Het herstelde ook de veranderingen in de interne machinerie van de cel die normaal gesproken tot de dood leiden. De onderzoekers volgden vervolgens het pad van deze bescherming naar een specifieke signaalroute binnen de cel. Ze ontdekten dat wanneer CKLF1 actief is, het een vitaal verdedigingssysteem dat bekend staat als de Keap1/Nrf2/HO-1-route verstoort. Deze route is het primaire alarmsysteem van de cel voor oxidatieve stress; wanneer deze correct werkt, zet het genen aan die antioxidanten produceren om de gevaarlijke moleculen op te ruimen. In de beschadigde cellen hield CKLF1 dit alarmsysteem gedempt. Door CKLF1 te blokkeren met het antilichaam of het peptide, waren de onderzoekers in staat de schakelaar weer om te zetten, waardoor de cel de antioxidanten kon produceren die hij nodig heeft om te overleven.

De studie onderzocht ook wat er gebeurt als dit verdedigingssysteem doelbewust wordt uitgeschakeld. Wanneer de onderzoekers een medicijn gebruikten om het Nrf2-eiwit te blokkeren, een centraal onderdeel van de verdedigingsroute, verdwenen de beschermende effecten van de CKLF1-blokker. De cellen stierven ongeacht of CKLF1 werd geblokkeerd, wat bewees dat de bescherming die wordt geboden door het stoppen van CKLF1 volledig afhankelijk is van deze specifieke signaalroute. Dit bevestigde dat CKLF1 ferroptose aanstuurt door de natuurlijke capaciteit van de cel om oxidatieve schade te bestrijden te onderdrukken.

Deze bevindingen suggereren dat CKLF1 een belangrijke regulator is van celsterfte bij hartaanvallen, waarbij het fungeert als een rem op de natuurlijke antioxidantverdediging van het hart. Door in te grijpen bij dit eiwit, is het mogelijk om de hartcellen levend te houden tijdens de kritieke periode na een blokkade. Hoewel de studie in dieren en celculturen werd uitgevoerd, biedt het een duidelijke kaart van de moleculaire stappen die betrokken zijn, waarbij men verder gaat dan algemene observaties om een specifiek doelwit te identificeren. Het onderzoek geeft aan dat het ontwikkelen van medicijnen om CKLF1 te blokkeren een nieuwe manier kan bieden om de schade veroorzaakt door hartaanvallen te beperken, wat potentieel meer hartspierweefsel kan redden en het herstel voor patiënten kan verbeteren. Het werk benadrukt hoe een eiwit dat bekend staat om zijn rol in inflammatie ook direct het metabole lot van hartcellen kan controleren, wat een nieuw perspectief biedt op hoe we een van de meest voorkomende doodsoorzaken ter wereld kunnen behandelen.