Enhanced Myocardial Adenylyl Cyclase Activity Alters Heart-Brain Communication

心率 内科学 神经科学 腺苷酸环化酶 内分泌学 医学 心脏病学 生物 受体 血压
作者
Jacopo Agrimi,Danilo Menicucci,Jia-Hua Qu,Marco Laurino,Chelsea D. Mackey,Laila Hasnain,Yelena S. Tarasova,Kirill V. Tarasov,Ross A. McDevitt,Donald B. Hoover,Angelo Gemignani,Nazareno Paolocci,Edward G. Lakatta
出处
期刊:JACC: Clinical Electrophysiology [Elsevier BV]
卷期号:9 (11): 2219-2235 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.jacep.2023.07.023
摘要

The central nervous system's influence on cardiac function is well described; however, direct evidence for signaling from heart to brain remains sparse. Mice with cardiac-selective overexpression of adenylyl cyclase type 8 (TGAC8) display elevated heart rate/contractility and altered neuroautonomic surveillance. In this study the authors tested whether elevated adenylyl cyclase type 8–dependent signaling at the cardiac cell level affects brain activity and behavior. A telemetry system was used to record electrocardiogram (ECG) and electroencephalogram (EEG) in TGAC8 and wild-type mice simultaneously. The Granger causality statistical approach evaluated variations in the ECG/EEG relationship. Mouse behavior was assessed via elevated plus maze, open field, light-dark box, and fear conditioning tests. Transcriptomic and proteomic analyses were performed on brain tissue lysates. Behavioral testing revealed increased locomotor activity in TGAC8 that included a greater total distance traveled (+43%; P < 0.01), a higher average speed (+38%; P < 0.01), and a reduced freezing time (–45%; P < 0.01). Dual-lead telemetry recording confirmed a persistent heart rate elevation with a corresponding reduction in ECG-R-waves interval variability and revealed increased EEG-gamma activity in TGAC8 vs wild-type. Bioinformatic assessment of hippocampal tissue indicated upregulation of dopamine 5, gamma-aminobutyric acid A, and metabotropic glutamate 1/5 receptors, major players in gamma activity generation. Granger causality analyses of ECG and EEG recordings showed a marked increase in informational flow between the TGAC8 heart and brain. Perturbed signals arising from the heart cause changes in brain activity, altering mouse behavior. More specifically, the brain interprets augmented myocardial humoral/functional output as a "sustained exercise-like" situation and responds by activating central nervous system output controlling locomotion.
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