Abstract Rationale Gq-coupled receptors are thought to play a critical role in the induction of left ventricular hypertrophy (LVH) secondary to pressure overload, although mechano-sensitive channel activation by a variety of mechanisms has also been proposed, and the relative importance of calcineurin- and calmodulin kinase II (CaMKII)-dependent hypertrophic pathways remains controversial. Objective To determine the mechanisms regulating the induction of LVH in response to mechanical pressure overload. Methods and Results Transgenic mice with cardiac-targeted inhibition of Gq-coupled receptors (GqI mice) and their non-transgenic littermates (NTL) were subjected to neurohumoral stimulation (continuous, subcutaneous angiotensin II (AngII) infusion for 14 days) or mechanical pressure overload (transverse aortic arch constriction (TAC) for 21 days) to induce LVH. Candidate signalling pathway activation was examined. As expected, LVH observed in NTL mice with AngII infusion was attenuated in heterozygous (GqI +/- ) mice and absent in homozygous (GqI -/- ) mice. In contrast, LVH due to TAC was unaltered by either heterozygous or homozygous Gq inhibition. Gene expression of atrial natriuretic peptide (ANP), B-type natriuretic peptide (BNP) and α-skeletal actin (α-SA) was increased 48 hours after AngII infusion or TAC in NTL mice; in GqI mice, the increases in ANP, BNP and α-SA in response to AngII were completely absent, as expected, but all three increased after TAC. Increased nuclear translocation of nuclear factor of activated T-cells c4 (NFATc4), indicating calcineurin pathway activation, occurred in NTL mice with AngII infusion but not TAC, and was prevented in GqI mice infused with AngII. Nuclear and cytoplasmic CaMKIIδ levels increased in both NTL and GqI mice after TAC but not AngII infusion, with increased cytoplasmic phospho- and total histone deacetylase 4 (HDAC4) and increased nuclear myocyte enhancer factor 2 (MEF2) levels. Conclusion Cardiac Gq receptors and calcineurin activation are required for neurohumorally mediated LVH but are not required for LVH induced by mechanical pressure overload (TAC); the latter is mediated by activation of the CaMKII-HDAC4-MEF2 pathway.

Abstract Pathological left ventricular hypertrophy (LVH) is a consequence of pressure overload caused by systemic hypertension or aortic stenosis and is a strong predictor of cardiac failure and mortality. Understanding the molecular pathways in the development of pathological LVH may lead to more effective treatment. Here, we show that the transient receptor potential cation channel subfamily melastatin 4 (TRPM4) ion channel is an important contributor to the mechanosensory transduction of pressure overload that induces LVH. In mice with pressure overload induced by transverse aortic constriction (TAC) for two weeks, cardiomyocyte TRPM4 expression was reduced, as compared to control mice. Cardiomyocyte-specific TRPM4 inactivation reduced by ~50% the degree of TAC-induced LVH, as compared with wild type (WT). In WT mice, TAC activated the CaMKIIδ-HDAC4-MEF2A but not the calcineurin-NFAT-GATA4 pathway. In TRPM4 knock-out mice, activation of the CaMKIIδ-HDAC4-MEF2A pathway by TAC was significantly reduced. However, consistent with a reduction in the known inhibitory effect of CaMKIIδ on calcineurin activity, reduction in the CaMKIIδ-HDAC4-MEF2A pathway was associated with partial activation of the calcineurin-NFAT-GATA4 pathway. These findings indicate that the TRPM4 channel and its cognate signalling pathway are potential novel therapeutic targets for the prevention of pathological pressure overload-induced LVH. Significance statement Pathological left ventricular hypertrophy (LVH) occurs in response to pressure overload and remains the single most important clinical predictor of cardiac mortality. Preventing pressure overload LVH is a major goal of therapeutic intervention. Current treatments aim to remove the stimulus for LVH by lowering elevated blood pressure or replacing a stenotic aortic valve. However, neither of these interventions completely reverses adverse cardiac remodelling. Although numerous molecular signalling steps in the induction of LVH have been identified, the initial step by which mechanical stretch associated with cardiac pressure overload is converted into a chemical signal that initiates hypertrophic signalling, remains unresolved. Here, we demonstrate that the TRPM4 channel is a component of the mechanosensory transduction pathway that ultimately leads to LVH.