A Combination of in vitro and in vivo Approaches to Studying the Mechanisms of Myocardial Hypertrophy Development in Adult Rats with Renovascular Hypertension

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Hypertrophic changes in the ventricular myocardium accompany most cardiovascular diseases and represent a serious risk factor for sudden cardiac death. To date, a wide range of in vitro and in vivo models of hypertrophy have been developed; however, none of them allow for the simultaneous investigation of both biochemical and physiological aspects of its pathogenesis. This study proposes a method based on the induction of left ventricular hypertrophy (LVH) resulting from renovascular hypertension in rats, followed by the isolation of cardiomyocytes from their hearts. The study included 68 animals (32 1K1C type rats, 16 1K type rats, and 20 sham-operated (SO) rats). To induce LVH in the “one kidney one clip” (1K1C) rats, a clip was placed on the renal artery of the left kidney to restrict blood flow, after which the right kidney was removed. In the “one kidney” (1K) group, the right kidney was removed while the left kidney was remained intact, whereas in SO rats, the abdominal cavity was opened and then sutured without any manipulation of the kidneys. The latter two groups served as controls. After 1.5 months, the left ventricular mass in 1K1C rats exceeded that in both control groups by 1.2 times, while the arterial pressure in the 1K1C group increased by 1.4 times compared to both controls. Additionally, 1K1C rats exhibited a 1.4-fold increase in serum and urinary urea concentrations and a 1.5-fold enhancement in renal excretion, as assessed by creatinine clearance, compared to the control groups. The serum concentration of B-type natriuretic peptide (BNP) in 1K1C rats was twice as high as in the control groups. After LVH induction, primary cardiomyocyte cultures were derived from the hearts of control and hypertrophic rats. In the conditioned medium of the primary culture of ventricular cardiomyocytes from 1K1C rats, the BNP concentration was 3.4 times higher than in the control groups. Thus, it was demonstrated that cardiomyocytes isolated from 1K1C rats retain a hypertrophic phenotype, and this combined approach can be used to study cardiac hypertrophy in vivo and in vitro.

About the authors

A. V. Makeeva

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

M. M. Artemieva

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

D. A. Adasheva

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

V. E. Shein

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

N. A. Medvedeva

Lomonosov Moscow State University

Moscow, Russia

D. V. Serebryanaya

Lomonosov Moscow State University; Pirogov Russian National Research Medical University, Institute of Neuroscience and Neurotechnology

Email: dariaserebryanaya@gmail.com
Moscow, Russia; Moscow, Russia

References

  1. Сердечно-сосудистые заболевания. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ). Режим доступа: https://www.who.int/ru/health-topics/cardiovascular-diseases#tab=tab_1 (дата обращения: 2.06.2025).
  2. Cardiac Atrial & Ventricular Hypertrophy, Dilatation & Enlargement (ECG). Режим доступа: https://ecgwaves.com/topic/cardiac-atrial-ventricular-hypertrophy-dilatation-enlargement-ecg/ (date od access: 2.06.2025).
  3. Cramariuc D, Gerdts E (2016) Epidemiology of left ventricular hypertrophy in hypertension: implications for the clinic. Expert Rev Cardiovasc Therapy 14: 915–926. https://doi.org/10.1080/14779072.2016.1186542
  4. Samak M, Fatullayev J, Sabashnikov A, Zeriouh M, Schmack B, Farag M, Popov A-F, Dohmen PM, Choi Y-H, Wahlers T, Weymann A (2016) Cardiac Hypertrophy: An Introduction to Molecular and Cellular Basis. Med Sci Monit Basic Res 22: 75–79. https://doi.org/10.12659/MSMBR.900437
  5. Chung E, Leinwand LA (2014) Pregnancy as a cardiac stress model. Cardiovasc Res 101: 561–570. https://doi.org/10.1093/cvr/cvu013
  6. Ellison GM, Waring CD, Vicinanza C, Torella D (2012) Physiological cardiac remodelling in response to endurance exercise training: Сellular and molecular mechanisms. Heart 98: 5–10. https://doi.org/10.1136/heartjnl-2011-300639
  7. Kavey R-EW (2013) Left Ventricular Hypertrophy in Hypertensive Children and Adolescents: Predictors and Prevalence. Curr Hypertens Rep 15: 453–457. https://doi.org/10.1007/s11906-013-0370-3
  8. Taegtmeyer H, Sen S, Vela D (2010) Return to the fetal gene program: A suggested metabolic link to gene expression in the heart. Ann New York Acad Sci 1188: 191–198. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.2009.05100.x
  9. Carreño JE, Apablaza F, Ocaranza MP, Jalil JE (2006) Cardiac hypertrophy: Мolecular and cellular events. Rev Esp Cardiol 59: 473–486.
  10. Frey N, Katus HA, Olson EN, Hill JA (2004) Hypertrophy of the Heart: A New Therapeutic Target? Circulation 109: 1580–1589. https://doi.org/10.1161/01.CIR.0000120390.68287.BB
  11. Adasheva DA, Serebryanaya DV (2024) IGF Signaling in the Heart in Health and Disease. Biochemistry (Moscow) 89: 1402–1428. https://doi.org/10.1134/S0006297924080042
  12. Yang F, Dong A, Mueller P, Caicedo J, Sutton AM, Odetunde J, Barrick CJ, Klyachkin YM, Abdel-Latif A, Smyth SS (2012) Coronary Artery Remodeling in a Model of Left Ventricular Pressure Overload Is Influenced by Platelets and Inflammatory Cells. PLoS One 7: e40196. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0040196
  13. Kwon S (2003) H2O2 regulates cardiac myocyte phenotype via concentration-dependent activation of distinct kinase pathways. J Mol Cell Cardiol 35: 615–621. https://doi.org/10.1016/S0022-2828(03)00084-1
  14. Tanaka K, Honda M, Takabatake T (2001) Redox regulation of MAPK pathways and cardiac hypertrophy in adult rat cardiac myocyte. J Am College Cardiol 37: 676–685. https://doi.org/10.1016/S0735-1097(00)01123-2
  15. Kastner N, Zlabinger K, Spannbauer A, Traxler D, Mester-Tonczar J, Hašimbegović E, Gyöngyösi M (2020) New Insights and Current Approaches in Cardiac Hypertrophy Cell Culture, Tissue Engineering Models, and Novel Pathways Involving Non-Coding RNA. Front Pharmacol 11: 1314. https://doi.org/10.3389/fphar.2020.01314
  16. Serebryanaya DV, Adasheva DA, Konev AA, Artemieva MM, Katrukha IA, Postnikov AB, Medvedeva NA, Katrukha AG (2021) IGFBP-4 Proteolysis by PAPP-A in a Primary Culture of Rat Neonatal Cardiomyocytes under Normal and Hypertrophic Conditions. Biochemistry (Moscow) 86: 1395–1406. https://doi.org/10.1134/S0006297921110043
  17. Liu Y, Wang Z, Xiao W (2016) MicroRNA-26a protects against cardiac hypertrophy via inhibiting GATA4 in rat model and cultured cardiomyocytes. Mol Med Rep 14: 2860–2866. https://doi.org/10.3892/mmr.2016.5574
  18. Leenen FHH, White R, Yuan B (2001) Isoproterenol-induced cardiac hypertrophy: role of circulatory versus cardiac renin-angiotensin system. Am J Physiol – Heart Circul Physiol 281: H2410–H2416. https://doi.org/10.1152/ajpheart.2001.281.6.H2410
  19. Wang R, Xi L, Kukreja RC (2017) PDE5 Inhibitor Tadalafil and Hydroxychloroquine Cotreatment Provides Synergistic Protection against Type 2 Diabetes and Myocardial Infarction in Mice. J Pharmacol Exp Ther 361: 29–38. https://doi.org/10.1124/jpet.116.239087
  20. Hu C-M, Chen Y-H, Chiang M-T, Chau L-Y (2004) Heme Oxygenase-1 Inhibits Angiotensin II-Induced Cardiac Hypertrophy In Vitro and In Vivo. Circulation 110: 309–316. https://doi.org/10.1161/01.CIR.0000135475.35758.23
  21. Berry JM, Naseem RH, Rothermel BA, Hill JA (2007) Models of cardiac hypertrophy and transition to heart failure. Drug Discov Today: Disease Models 4: 197–206. https://doi.org/10.1016/j.ddmod.2007.06.003
  22. Doggrell S (1998) Rat models of hypertension, cardiac hypertrophy and failure. Cardiovasc Res 39: 89–105. https://doi.org/10.1016/S0008-6363(98)00076-5
  23. Textor SC, Lerman L (2010) Renovascular Hypertension and Ischemic Nephropathy. Am J Hypertens 23: 1159–1169. https://doi.org/10.1038/ajh.2010.174
  24. Souza HCD, Martins-Pinge MC, Dias Da Silva VJ, Borghi-Silva A, Gastaldi AC, Blanco JHD, Tezini GCSV (2008) Heart rate and arterial pressure variability in the experimental renovascular hypertension model in rats. Auton Neurosci 139: 38–45. https://doi.org/10.1016/j.autneu.2008.01.001
  25. Goldblatt H, Lynch J, Hanzal RF, Summerville WW (1934) STUDIES ON EXPERIMENTAL HYPERTENSION. J Exp Med 59: 347–379. https://doi.org/10.1084/jem.59.3.347
  26. Lu B, Yu H, Zwartbol M, Ruifrok WP, Van Gilst WH, De Boer RA, Silljé HHW (2012) Identification of hypertrophy- and heart failure-associated genes by combining in vitro and in vivo models. Physiol Genom 44: 443–454. https://doi.org/10.1152/physiolgenomics.00148.2011
  27. Илатовская МЕ, Позднев ВФ, Андреев-Андриевский АА, Медведева НА (2012) Блокада синтеза эндотелина-1 усиливает степень развития реноваскулярной гипертензии в экспериментах на крысах. Рос физиол журн им ИМ Сеченова 98(7): 836–844. [Ilatovskaya ME, Pozdnyov VF, Andreev-Andrievsky AA, Medvedeva NA (2012) Blockade of endothelin-1 synthesis enhances the development of renovascular hypertension in rat experiments. Russ J Physiol 98(7): 836–844. (In Russ)].
  28. Langendorff O (1898) Untersuchungen am überlebenden Säugethierherzen: III. Abhandlung. Vorübergehende Unregelmässigkeiten des Herzschlages und ihre Ausgleichung. Pflüger Arch 70: 473–486. https://doi.org/10.1007/BF01662056
  29. Bradford MM (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analyt Biochem 72: 248–254. https://doi.org/10.1016/0003-2697(76)90527-3
  30. Prajapati AK, Shah G (2024) Exploring in vivo and in vitro models for heart failure with biomarker insights: a review. Egypt Heart J 76: 141. https://doi.org/10.1186/s43044-024-00568-1
  31. Jamhiri M, Safi Dahej F, Astani A, Hejazian SH, Hafizibarjin Z, Ghobadi M, Moradi A, Khoradmehr A, Safari F (2019) Carvacrol Ameliorates Pathological Cardiac Hypertrophy in Both In-vivo and In-vitro Models. Int J Pharm Res 18. https://doi.org/10.22037/ijpr.2019.1100766
  32. Qi H, Ren J, E M, Zhang Q, Cao Y, Ba L, Song C, Shi P, Fu B, Sun H (2019) MiR-103 inhibiting cardiac hypertrophy through inactivation of myocardial cell autophagy via targeting TRPV 3 channel in rat hearts. J Cell Mol Med 23: 1926–1939. https://doi.org/10.1111/jcmm.14095
  33. Burrington JD (1978) Tracheal growth and healing. J Thorac Cardiovasc Surg 76: 453–458.
  34. Copeland JC, Reitz BA, Roberts AJ, Michaelis LL (1974) Hypothermic Asanguineous Circulatory Arrest in Adult Dogs: Ann Surgery 180: 728–733. https://doi.org/10.1097/00000658-197411000-00004
  35. Rodger IW (1971) Actions of the sympathomimetic bronchodilator, AQL208, on the cardiovascular, bronchiolar and skeletal muscle systems of the cat. J Pharm Pharmacol 23: 226S. https://doi.org/10.1111/j.2042-7158.1971.tb08808.x
  36. Walther T, Wessel N, Kang N, Sander A, Tschöpe C, Malberg H, Bader M, Voss A (2000) Altered heart rate and blood pressure variability in mice lacking the Mas protooncogene. Braz J Med Biol Res 33: 1–9. https://doi.org/10.1590/S0100-879X2000000100001
  37. Wan J, Wang P, Liu S, Wang X, Zhou P, Yang J (2024) Risk factors and a predictive model for left ventricular hypertrophy in young adults with salt-sensitive hypertension. J Clin Hyperten 26: 933–944. https://doi.org/10.1111/jch.14863
  38. Ding Y, Wang Y, Jia Q, Wang X, Lu Y, Zhang A, Lv S, Zhang J (2020) Morphological and Functional Characteristics of Animal Models of Myocardial Fibrosis Induced by Pressure Overload. Int J Hyperten 2020: 1–14. https://doi.org/10.1155/2020/3014693
  39. Hayashi K, Suzuki T, Sakamaki Y, Ito S (2018) Cardiac hypertrophy in chronic kidney disease–role of Aldosterone and FGF23. Ren Replace Ther 4: 10. https://doi.org/10.1186/s41100-018-0152-0
  40. Taddei S, Nami R, Bruno RM, Quatrini I, Nuti R (2011) Hypertension, left ventricular hypertrophy and chronic kidney disease. Heart Fail Rev 16: 615–620. https://doi.org/10.1007/s10741-010-9197-z
  41. Chaihongsa N, Maneesai P, Sangartit W, Rattanakanokchai S, Potue P, Khamseekaew J, Bunbupha S, Pakdeechote P (2022) Cardiorenal dysfunction and hypertrophy induced by renal artery occlusion are normalized by galangin treatment in rats. Biomed Pharmacother 152: 113231. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2022.113231
  42. Oluboyo A, Omon E, Oluboyo B, Odewusi O, Edet O (2025) Correlation of renal biomarkers, electrolyte imbalances and vitamin D levels in hypertensive subjects. Med Int 5: 20. https://doi.org/10.3892/mi.2025.219
  43. Tamm NN, Seferian KR, Semenov AG, Mukharyamova KS, Koshkina EV, Krasnoselsky MI, Postnikov AB, Serebryanaya DV, Apple FS, Murakami MM, Katrukha AG (2008) Novel Immunoassay for Quantification of Brain Natriuretic Peptide and Its Precursor in Human Blood. Clin Chem 54: 1511–1518. https://doi.org/10.1373/clinchem.2007.100545
  44. Tamm NN, Semenov AG, Seferian KR, Bereznikova AV, Murakami MM, Apple FS, Koshkina EV, Krasnoselsky MI, Katrukha AG (2011) Measurement of B-type natriuretic peptide by two assays utilizing antibodies with different epitope specificity. Clin Biochem 44: 257–259. https://doi.org/10.1016/j.clinbiochem.2010.09.030
  45. Seferian KR, Tamm NN, Semenov AG, Mukharyamova KS, Tolstaya AA, Koshkina EV, Kara AN, Krasnoselsky MI, Apple FS, Esakova TV, Filatov VL, Katrukha AG (2007) The Brain Natriuretic Peptide (BNP) Precursor Is the Major Immunoreactive Form of BNP in Patients with Heart Failure. Clin Chem 53: 866–873. https://doi.org/10.1373/clinchem.2006.076141

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».