Background: Obese and pre-diabetic women have a higher risk for cardiovascular death than age-matched men with the same symptoms, and there are no effective treatments. We reported that obese and pre-diabetic female Zucker Diabetic Fatty (ZDF-F) rats recapitulate metabolic and cardiac pathology of young obese and pre-diabetic women and exhibit suppression of cardio-reparative AT2R. Here, we investigated whether NP-6A4, a new AT2R agonist with the FDA designation for pediatric cardiomyopathy, mitigate heart disease in ZDF-F rats by restoring AT2R expression. Methods: ZDF-F rats on a high-fat diet (to induce hyperglycemia) were treated with saline, NP-6A4 (10 mg/kg/day), or NP-6A4 + PD123319 (AT2R-specific antagonist, 5 mg/kg/day) for 4 weeks (n = 21). Cardiac functions, structure, and signaling were assessed by echocardiography, histology, immunohistochemistry, immunoblotting, and cardiac proteome analysis. Results: NP-6A4 treatment attenuated cardiac dysfunction, microvascular damage (−625%) and cardiomyocyte hypertrophy (−263%), and increased capillary density (200%) and AT2R expression (240%) (p < 0.05). NP-6A4 activated a new 8-protein autophagy network and increased autophagy marker LC3-II but suppressed autophagy receptor p62 and autophagy inhibitor Rubicon. Co-treatment with AT2R antagonist PD123319 suppressed NP-6A4’s protective effects, confirming that NP-6A4 acts through AT2R. NP-6A4-AT2R-induced cardioprotection was independent of changes in body weight, hyperglycemia, hyperinsulinemia, or blood pressure. Conclusions: Cardiac autophagy impairment underlies heart disease induced by obesity and pre-diabetes, and there are no drugs to re-activate autophagy. We propose that NP-6A4 can be an effective drug to reactivate cardiac autophagy and treat obesity- and pre-diabetes-induced heart disease, particularly for young and obese women.

Autophagy, an evolutionarily conserved process, plays an important role in cellular homeostasis and human diseases. Cardiovascular dysfunction, which presents during cancer treatment or in cancer-free individuals years after treatment, is a growing clinical challenge. Millions of cancer survivors and patients face an unpredictable risk of developing cardiotoxicity. Cardiotoxicity due to cancer treatment, as well as cancer progression, has been linked to autophagy dysregulation. Modulating autophagy has been further proposed as a therapeutic treatment for both cancer and cardiovascular disorders. The safe and effective use of autophagy modulation as a cardioprotective strategy during cancer treatment especially requires careful consideration and experimentation to minimize the impact on cancer treatment. We focus here on recent advances in targeted autophagy modulation strategies that utilize interdisciplinary approaches in biomedical sciences and are potentially translatable to treat cardiotoxicity and improve cancer treatment outcomes. This review highlights non-small molecule autophagy modulators to enhance targeted therapy, nanomedicine for autophagy modulation and monitoring, and in vitro models and future experiments needed to bring novel autophagy discoveries from basic research to clinical translation.

Background/Objectives: Carvedilol is an adrenergic blocker FDA-approved to improve outcomes in heart failure with reduced ejection fraction. Clinical trials examining whether carvedilol may be cardioprotective in the setting of cancer therapy-induced heart failure have generated mixed results that may depend on the cancer regimen, tumor, or comorbidities. Methods: To investigate the therapeutic potential of carvedilol to mitigate doxorubicin cardiotoxicity in cardiomyocytes, myocardial tissue, and in vivo, independent of confounding factors in clinical studies, we utilized disease-free cardiac slices and cardiomyocytes from mice, dogs, and human in vitro, and in wildtype mice injected with doxorubicin in vivo. We further evaluated the impact of carvedilol in dogs with cancer receiving doxorubicin. Results: In primary canine and murine cardiac slices, carvedilol treatment restored autophagy and prevented apoptosis from doxorubicin. Carvedilol restored mitochondrial energetics in human, canine, and murine models. In wildtype mice challenged with doxorubicin, carvedilol prevented declines in cardiac function and alterations in cardiac structure. In pet dogs with cancer and undergoing doxorubicin treatment, carvedilol was beneficial in preserving cardiac function and structure. Conclusions: Carvedilol activates cardioprotective autophagy, arrests doxorubicin-induced cell death, and improves energetics and cardiac structure and function across species.

Étude du complexe ATG16L1/IFT20 dans le dialogue entre la machinerie autophagique et le cil primaire: Le cil primaire est une structure présente à la surface de nombreux types cellulaires et participant directement à l'intégration de la signalisation associée aux contraintes mécaniques et chimiques. Par ailleurs, la voie macro-autophagique est un système de dégradation lysosomal qui permet aux cellules de s'adapter à diverses situations de stress. Au cours de ce travail de thèse, nous avons étudié la relation moléculaire et fonctionnelle entre l'autophagie et le cil primaire. En effet, la littérature récente montre que de nombreux types de stress cellulaire associés la signalisation du cil primaire et à la ciliogenèse stimulent également la machinerie autophagique. En outre, des travaux issus de notre équipe ont suggéré une connexion directe entre les voies ciliaire et autophagique, en réponse à la privation de sérum, par une mobilisation de vésicules transportant ATG16L1 (un acteur clé de la voix de l'autophagie) et d' IFT20 (un régulateur essentiel du trafic vésiculaire lié au cil primaire). Dans ce contexte, l'objectif précis de mon projet de doctorat était de caractériser le rôle de la mobilisation du complexe ATG16L1/IFT20 dans le dialogue encore mal caractérisé entre autophagie et le cil primaire en réponse au stress nutritionnel. Dans ce contexte, nous avons analysé les conditions physiologiques et les domaines protéiques qui régulent le complexe ATG16L1/IFT20, ainsi que l'aspect fonctionnel de l'interaction entre ces deux protéines au niveau de la ciliogenèse. Nous avons tout d' abord pu montrer qu'IFT20 et ATG16L1, qui colocalisent au niveau du centrosome, du cil primaire et du Golgi, interagissent indépendamment de l'état de la ciliogenèse. De façon originale, l'interaction entre ATG16L1 et IFT20 se produit également en absence des principaux régulateurs de l'autophagie (tels que ATG3 ou ATG5) suggérant que la mobilisation ATG16L1 que nous observons n'est pas liée à son implication classique dans l'autophagie. Nous avons de plus identifié la protéine Sec8 (associée au complexe Exocyst, impliqué dans le trafic post-Golgien) comme un nouveau partenaire dans le complexe IFT20/ATG16L1, mais seulement lorsque les cellules sont engagées dans la biogénèse du cil primaire. Notre étude nous a permis de démontrer que l'interaction entre ATG16L1 et ITF20 est dépendante du domaine WD40 d' ATG16L1 et qu'elle nécessite un motif nouvellement identifié dans la protéine IFT20. Enfin, nous avons montré que l'invalidation de l'expression d' ATG16L1 induit une augmentation de la longueur du cil primaire et affecte la signalisation ciliaire en réponse au stress. De façon intéressante, l'absence d'ATG16L1 altère la présence du PI4P au cil primaire (un lipide clé dans le trafic membranaire, également connu pour participer à la dynamique du cil primaire) n'est plus présent sur la membrane ciliaire, tandis que PI4,5P2, qui est normalement exclu des structures ciliaires, est artificiellement adressés aux cils anormaux observés dans les cellules ATG16L1 KO. Nous montrons enfin que la phosphatase INPP5E, localisée au niveau du Golgi et du cil primaire et responsable de la production PI4P à partir du PI4,5P2, est un partenaire du complexe ATG16L1/IFT20 au cours de la ciliogenèse et que la déstabilisation du complexe altère le ciblage de cette enzyme vers le cil primaire et affecte donc sa fonction locale. Ces résultat soulignent le rôle, jusqu'alors inconnu, d'ATG16L1 dans la production et le trafic du PI4P au niveau du cil primaire. Ainsi, les résultats présentés dans mon manuscrit de thèse suggèrent un rôle non canonique d'ATG16L1 dans le ciblage et le trafic vésiculaire vers le cil primaire et soutiennent l'idée que le dialogue entre IFT20 et ATG16L1 joue un rôle fonctionnel dans le contrôle de l'homéostasie cellulaire via le cil primaire.