Intrinsic Heart Regeneration in Adult Vertebrates May be Strictly Limited to Low-Metabolic Ectotherms.
axolotl
comparative physiology
ectotherm
endotherm
heart regeneration
metabolism
zebrafish
Journal
BioEssays : news and reviews in molecular, cellular and developmental biology
ISSN: 1521-1878
Titre abrégé: Bioessays
Pays: United States
ID NLM: 8510851
Informations de publication
Date de publication:
11 2020
11 2020
Historique:
received:
11
03
2020
revised:
12
08
2020
pubmed:
12
9
2020
medline:
19
8
2021
entrez:
11
9
2020
Statut:
ppublish
Résumé
The heart has a high-metabolic rate, and its "around-the-clock" vital role to sustain life sets it apart in a regenerative setting from other organs and appendages. The landscape of vertebrate species known to perform intrinsic heart regeneration is strongly biased toward ectotherms-for example, fish, salamanders, and embryonic/neonatal ectothermic mammals. It is hypothesized that intrinsic heart regeneration is exclusively limited to the low-metabolic hearts of ectotherms. The biomedical field of regenerative medicine seeks to devise biologically inspired regenerative therapies to diseased human hearts. Falsification of the ectothermy dependency for heart regeneration hypothesis may be a crucial prerequisite to meaningfully seek inspiration in established ectothermic regenerative animal models. Otherwise, engineering approaches to construct artificial heart components may constitute a more viable path toward regenerative therapies. A more strict definition of regenerative phenomena is generated and several testable sub-hypotheses and experimental avenues are put forward to elucidate the link between heart regeneration and metabolism. Also see the video abstract here https://youtu.be/fZcanaOT5z8.
Identifiants
pubmed: 32914411
doi: 10.1002/bies.202000054
doi:
Types de publication
Journal Article
Research Support, Non-U.S. Gov't
Video-Audio Media
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e2000054Subventions
Organisme : Lundbeckfonden
ID : R324-2019-1470
Pays : International
Organisme : Fonden til Laegevidenskabens Fremme
ID : 17-L-0200
Pays : International
Informations de copyright
© 2020 The Authors. BioEssays published by Wiley Periodicals LLC.
Références
J. Maienschein, Dev. Biol. 2011, 358, 278.
L. Spallanzani, Prodromo di un’ opera da imprimersi sopra le riproduzioni animali. Giovanni Montanari, Modena. Translated in English by Maty M. 1769. An essay on animal reproduction. T. Becket & DeHondt, London, UK.
J. O. Oberpriller, J. C. Oberpriller, J. Exp. Zool. 1974, 187, 249.
N. B. Fröbisch, C. Bickelmann, F. Witzmann, Proc. R. Soc. B Biol. Sci. 2014, 281, 20141550.
J. Yang, T. Owerkowicz, R. Elsey, C.- L. Lien, FASEB J. 2014, 28, 87.5.
K. Jacyniak, M. K. Vickaryous, J. Morphol. 2018, 279, 1355.
K. D. Poss, L. G. Wilson, M. T. Keating, Science 2002, 298, 2188.
P. J. Lafontant, A. R. Burns, J. A. Grivas, M. A. Lesch, T. D. Lala, S. P. Reuter, L. J. Field, T. D. Frounfelter, Anat. Rec. 2012, 295, 234.
J. Grivas, M. Haag, A. Johnson, T. Manalo, J. Roell, T. L. Das, E. Brown, A. R. Burns, P. J. Lafontant, Comp. Biochem. Physiol., Part C: Toxicol. Pharmacol. 2014, 163, 14.
W. T. Stockdale, M. E. Lemieux, A. C. Killen, J. Zhao, Z. Hu, J. Riepsaame, N. Hamilton, T. Kudoh, P. R. Riley, R. van Aerle, Y. Yamamoto, M. T. M. Mommersteeg, Cell Rep. 2018, 25, 1997.
F. Laube, M. Heister, C. Scholz, T. Borchardt, T. Braun, J. Cell Sci. 2006, 119, 4719.
A. Cano-Martínez, A. Vargas-González, V. Guarner-Lans, E. Prado-Zayago, M. León-Olea, B. Nieto-Lima, Arch. Cardiol. Mex. 2010, 80, 79.
A. I. Novikov, P. A. Khloponin, Arkh. Anat. Gistol. Embriol. 1982, 82, 59.
E. R. Porrello, A. I. Mahmoud, E. Simpson, J. A. Hill, J. A. Richardson, E. N. Olson, H. A. Sadek, Science 2011, 331, 1078.
M. Robledo, Am. J. Pathol. 1956, 32, 1215.
I. I. Malyshev, Bull. Exp. Biol. Med. 1975, 80, 1387.
I. I. Malyshev, Arkh. Patol. 1977, 39, 53.
B. J. Herdrich, E. Danzer, M. G. Davey, M. Allukian, V. Englefield, J. H. Gorman 3, R. C. Gorman, K. W. Liechty, Eur. J. Cardio-Thoracic Surg. 2010, 38, 691.
H. E. Macmahon, Am. J. Pathol. 1937, 13, 845.
C. J. Vivien, J. E. Hudson, E. R. Porrello, NPJ Regen. Med. 2016, 1, 16012.
M. L. Martik, Elife 2020, 9, e54665.
K. Kikuchi, J. E. Holdway, R. J. Major, N. Blum, R. D. Dahn, G. Begemann, K. D. Poss, Dev. Cell 2011, 20, 397.
K. Ito, M. Morioka, S. Kimura, M. Tasaki, K. Inohaya, A. Kudo, Dev. Dyn. 2014, 243, 1106.
L. Marshall, C. Vivien, F. Girardot, L. Péricard, B. A. Demeneix, L. Coen, N. Chai, PLoS One 2017, 12, e0173418.
G. R. Dagenais, D. P. Leong, S. Rangarajan, F. Lanas, P. Lopez-Jaramillo, R. Gupta, R. Diaz, A. Avezum, G. B. F. Oliveira, A. Wielgosz, S. R. Parambath, P. Mony, K. F. Alhabib, A. Temizhan, N. Ismail, J. Chifamba, K. Yeates, R. Khatib, O. Rahman, K. Zatonska, K. Kazmi, L. Wei, J. Zhu, A. Rosengren, K. Vijayakumar, M. Kaur, V. Mohan, A. Yusufali, R. Kelishadi, K. K. Teo, P. Joseph, S. Yusuf, Lancet 2020, 395, 785.
S. Johansson, A. Rosengren, K. Young, E. Jennings, BMC Cardiovasc. Disord. 2017, 17, 53.
S. P. Karunathilake, G. U. Ganegoda, BioMed. Res. Int. 2018, 2018, 5767864.
E. L. Price, J. M. Vieira, P. R. Riley, Dis. Model. Mech. 2019, 12, dmm040691.
J. Glynn, H. Song, B. Hull, S. Winthers, J. Gelow, J. Mudd, A. Starr, R. Wampler, Artif. Organs 2017, 41, 904.
M. J. Slepian, U. S. Cardiol. 2011, 8, 39.
C. E. Goerlich, O. H. Frazier, W. E. Cohn, Expert Rev. Cardiovasc. Ther. 2016, 14, 1095.
H. C. Ott, T. S. Matthiesen, S.- K. Goh, L. D. Black, S. M. Kren, T. I. Netoff, D. A. Taylor, Nat. Med. 2008, 14, 213.
H. Kitahara, H. Yagi, K. Tajima, K. Okamoto, A. Yoshitake, R. Aeba, M. Kudo, I. Kashima, S. Kawaguchi, A. Hirano, M. Kasai, Y. Akamatsu, H. Oka, Y. Kitagawa, H. Shimizu, Interact. Cardiovasc. Thorac. Surg. 2016, 22, 571.
B. Duan, Ann. Biomed. Eng. 2017, 45, 195.
J. Felsenstein, Am. Nat. 1985, 125, 1.
M. Pagel, Nature 1999, 401, 877.
C. Damsgaard, H. Lauridsen, A. Md. Funder, J. S. Thomsen, T. Desvignes, D. A. Crossley II, P. R. Møller, D. Tt. Huong, N. T. Phuong, H. W. Detrich III, A. Brüel, H. Wilkens, E. Warrant, T. Wang, J. R. Nyengaard, M. Berenbrink, M. Bayley, Elife 2019, 8, e52153.
H. Juul-Belling, W. Hofmeister, D. C. Andersen, Cells 2020, 9, 548.
R. Alvarez, B. J. Wang, P. J. Quijada, D. Avitabile, T. Ho, M. Shaitrit, M. Chavarria, F. Firouzi, D. Ebeid, M. M. Monsanto, N. Navarrete, M. Moshref, S. Siddiqi, K. M. Broughton, B. A. Bailey, N. A. Gude, M. A. Sussman, J. Mol. Cell. Cardiol. 2019, 127, 154.
C. Mühlfeld, J. R. Nyengaard, T. M. Mayhew, Cardiovasc. Pathol. 2010, 19, 65.
B. S. Douglas, J. Paediatr. Child Health 1972, 8, 86.
L. J. Rosenthal, M. A. Reiner, M. A. Bleicher, Pediatrics 1979, 64, 1.
R. B. Borgens, Science 1982, 217, 747.
R. Goss, Deer Antlers: Regeneration, Function and Evolution, Academic Press, New York 1983.
D. Stocum, Regenerative Biology and Medicine, 1st ed., Elsevier, London 2006.
J. P. Hayes, T. Garland, Evolution 1995, 49, 836.
W. C. Stanley, F. A. Recchia, G. D. Lopaschuk, Physiol. Rev. 2005, 85, 1093.
R. J. Bing, A. Siegel, I. Ungar, M. Gilbert, Am. J. Med. 1954, 16, 504.
S. Neubauer, N. Engl. J. Med. 2007, 356, 1140.
M. M. Lalowski, S. Björk, P. Finckenberg, R. Soliymani, M. Tarkia, G. Calza, D. Blokhina, S. Tulokas, M. Kankainen, P. Lakkisto, M. Baumann, E. Kankuri, E. Mervaala, Front. Physiol. 2018, 9, 365.
B. A. Pederson, H. Chen, J. M. Schroeder, W. Shou, A. A. DePaoli-Roach, P. J. Roach, Mol. Cell. Biol. 2004, 24, 7179.
F. Pascual, R. A. Coleman, Biochim. Biophys. Acta 2016, 1861, 1425.
H. G. Zimmer, Basic Res. Cardiol. 1992, 87, 303.
Y. Wen, R. Liu, N. Lin, H. Luo, J. Tang, Q. Huang, H. Sun, L. Tang, Oxid. Med. Cell. Longev. 2019, 2019, 4578175.
H. Taegtmeyer, M. E. Young, G. D. Lopaschuk, E. D. Abel, H. Brunengraber, V. Darley-Usmar, C. Des Rosiers, R. Gerszten, J. F. Glatz, J. L. Griffin, R. J. Gropler, H. - G. Holzhuetter, J. R. Kizer, E. D. Lewandowski, C. R. Malloy, S. Neubauer, L. R. Peterson, M. A. Portman, F. A. Recchia, J. E. van Eyk, T. J. Wang, American Heart Association Council on Basic Cardiovascular Sciences, Circ. Res. 2016, 118, 1659.
S. H. Lee, P. L. Wolf, R. Escudero, R. Deutsch, S. W. Jamieson, P. A. Thistlethwaite, N. Engl. J. Med. 2000, 342, 626.
H. R. Cross, L. H. Opie, G. K. Radda, K. Clarke, Circ. Res. 1996, 78, 482.
G. D. Lopaschuk, J. R. Ussher, C. D. L. Folmes, J. S. Jaswal, W. C. Stanley, Physiol. Rev. 2010, 90, 207.
C. M. Moon, Y. H. Kim, Y. K. Ahn, M. H. Jeong, G. W. Jeong, Sci. Rep. 2019, 9, 18427.
J. W. Kim, I. Tchernyshyov, G. L. Semenza, C. V. Dang, Cell Metab. 2006, 3, 177.
D. L. Brown, M. S. Willis, J. M. Berthiaume, Scientist's Guide to Cardiac Metabolism (Eds: M. Schwarzer, T. Doenst, Elsevier, London 2016, pp. 155-167.
E. T. Chouchani, V. R. Pell, E. Gaude, D. Aksentijević, S. Y. Sundier, E. L. Robb, A. Logan, S. M. Nadtochiy, E. N. J. Ord, A. C. Smith, F. Eyassu, R. Shirley, C.- H. Hu, A. J. Dare, A. M. James, S. Rogatti, R. C. Hartley, S. Eaton, A. S. H. Costa, P. S. Brookes, S. M. Davidson, M. R. Duchen, K. Saeb-Parsy, M. J. Shattock, A. J. Robinson, L. M. Work, C. Frezza, T. Krieg, M. P. Murphy, Nature 2014, 515, 431.
G. Santulli, W. Xie, S. R. Reiken, A. R. Marks, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2015, 112, 11389.
K. A. Webster, Future Cardiol. 2012, 8, 863.
L. A. Kubasiak, O. M. Hernandez, N. H. Bishopric, K. A. Webster, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2002, 99, 12825.
D. N. Granger, P. R. Kvietys, Redox Biol. 2015, 6, 524.
A. Bundgaard, A. M. James, A. V. Gruszczyk, J. Martin, M. P. Murphy, A. Fago, Sci. Rep. 2019, 9, 2850.
M. J. Foglia, K. D. Poss, Development 2016, 143, 729.
S. L. Dunwoodie, Dev. Cell 2009, 17, 755.
B. Bartelds, J. W. Gratama, H. Knoester, J. Takens, G. B. Smid, J. G. Aarnoudse, H. S. Heymans, J. R. Kuipers, Am. J. Physiol. 1998, 274, 1962.
G. D. Lopaschuk, M. A. Spafford, D. R. Marsh, Am. J. Physiol. 1991, 261, 1698.
G. D. Lopaschuk, J. S. Jaswal, J. Cardiovasc. Pharmacol. 2010, 56, 130.
S. C. Kolwicz, S. Purohit, R. Tian, Circ. Res. 2013, 113, 603.
L. Lai, T. C. Leone, C. Zechner, P. J. Schaeffer, S. M. Kelly, D. P. Flanagan, D. M. Medeiros, A. Kovacs, D. P. Kelly, Genes Dev. 2008, 22, 1948.
C. Hellmuth, O. Uhl, H. Demmelmair, M. Grunewald, R. Auricchio, G. Castillejo, I. R. Korponay-Szabo, I. Polanco, M. Roca, S. L. Vriezinga, K. J. Werkstetter, B. Koletzko, M. L. Mearin, F. F. Kirchberg, PLoS One 2018, 13, e0197713.
D. Spitkovsky, P. Sasse, E. Kolossov, C. Böttinger, B. K. Fleischmann, J. Hescheler, R. J. Wiesner, FASEB J. 2004, 18, 1300.
B. N. Puente, W. Kimura, S. A. Muralidhar, J. Moon, J. F. Amatruda, K. L. Phelps, D. Grinsfelder, B. A. Rothermel, R. Chen, J. A. Garcia, C. X. Santos, S. Thet, E. Mori, M. T. Kinter, P. M. Rindler, S. Zacchigna, S. Mukherjee, D. J. Chen, A. I. Mahmoud, M. Giacca, P. S. Rabinovitch, A. Aroumougame, A. M. Shah, L. I. Szweda, H. A. Sadek, Cell 2014, 157, 565.
W. M. Elhelaly, N. T. Lam, M. Hamza, S. Xia, H. A. Sadek, Front. Cell Dev. Biol. 2016, 4, 137.
Y. Nakada, D. C. Canseco, S. Thet, S. Abdisalaam, A. Asaithamby, C. X. Santos, A. M. Shah, H. Zhang, J. E. Faber, M. T. Kinter, L. I. Szweda, C. Xing, Z. Hu, R. J. Deberardinis, G. Schiattarella, J. A. Hill, O. Oz, Z. Lu, C. C. Zhang, W. Kimura, H. A. Sadek, Nature 2017, 541, 222.
C. Jopling, G. Suñé, A. Faucherre, C. Fabregat, J. C. Izpisua Belmonte, Circulation 2012, 126, 3017.
H. Taegtmeyer, S. Sen, D. Vela, Ann. N. Y. Acad. Sci. 2010, 1188, 191.
H. Honkoop, D. E. de Bakker, A. Aharonov, F. Kruse, A. Shakked, P. D. Nguyen, C. de Heus, L. Garric, M. J. Muraro, A. Shoffner, F. Tessadori, J. C. Peterson, W. Noort, A. Bertozzi, G. Weidinger, G. Posthuma, D. Grün, W. J. van der Laarse, J. Klumperman, R. T. Jaspers, K. D. Poss, A. van Oudenaarden, E. Tzahor, J. Bakkers, Elife 2019, 8, e50163.
G. D'Uva, A. Aharonov, M. Lauriola, D. Kain, Y. Yahalom-Ronen, S. Carvalho, K. Weisinger, E. Bassat, D. Rajchman, O. Yifa, M. Lysenko, T. Konfino, J. Hegesh, O. Brenner, M. Neeman, Y. Yarden, J. Leor, R. Sarig, R. P. Harvey, E. Tzahor, Nat. Cell Biol. 2015, 17, 627.
J. R. Ussher, W. Wang, M. Gandhi, W. Keung, V. Samokhvalov, T. Oka, C. S. Wagg, J. S. Jaswal, R. A. Harris, A. S. Clanachan, J. R. B. Dyck, G. D. Lopaschuk, Cardiovasc. Res. 2012, 94, 359.
D. Moran, R. Softley, E. J. Warrant, Sci. Adv. 2015, 1, e1500363.
D. Randall, W. Burggren, K. French, Eckert's Animal Physiology: Mechanisms and Adaptations, W. H. Freeman and Company, New York 2001.
G. J. Tattersall, T. M. Tyson, J. R. Lenchyshyn, R. L. Carlone, J. Exp. Zool. Part A Ecol. Genet. Physiol. 2012, 317, 248.
N. Cohen, L. C. Rich, Am. Zool. 1970, 10, 536.
H. Lauridsen, M. Pedersen, FASEB J. 2015, 29, 1029.14.
O. Langendorff, Arch. Gesamte Physiol. Menschen Tiere 1895, 61, 291.
J. Cao, K. D. Poss, Nat. Protoc. 2016, 11, 872.
J. W. Godwin, R. Debuque, E. Salimova, N. A. Rosenthal, NPJ Regen. Med. 2017, 2, 22.
Q. G. Karwi, A. R. Jörg, G. D. Lopaschuk, Biochem. J. 2019, 476, 1695.
L. Scarfe, N. Brillant, J. D. Kumar, N. Ali, A. Alrumayh, M. Amali, S. Barbellion, V. Jones, M. Niemeijer, S. Potdevin, G. Roussignol, A. Vaganov, I. Barbaric, M. Barrow, N. C. Burton, J. Connell, F. Dazzi, J. Edsbagge, N. S. French, J. Holder, C. Hutchinson, D. R. Jones, T. Kalber, C. Lovatt, M. F. Lythgoe, S. Patel, P. S. Patrick, J. Piner, J. Reinhardt, E. Ricci, et al., NPJ Regen. Med. 2017, 2, 28.