A hipertensão arterial essencial é caracterizada pela elevação crônica da pressão arterial e representa o principal fator de risco para doenças cardiovasculares e renais. O rim participa do controle da pressão arterial e alterações intrínsecas no manuseio renal de sódio desempenham papel importante na patogênese da hipertensão essencial. Os túbulos proximais renais são responsáveis pela reabsorção da maior parte do sódio filtrado nos glomérulos e a maior parte da reabsorção de sódio neste segmento faz-se através da troca de Na+ por H+ em membrana apical, mediada pela isoforma 3 do trocador Na+/H+ (NHE3). Entretanto, os dados existentes referentes à modulação renal do NHE3 em modelos de hipertensão são ainda conflitantes. Este estudo teve como objetivo avaliar as possíveis alterações funcionais do trocador Na+/H+ NHE3 em túbulo proximal renal na linhagem SHR no estágio de préhipertensão (5 semanas) e de hipertensão (14 semanas) e investigar se estas alterações são acompanhadas de alterações na atividade e na expressão da proteína cinase A (PKA) e de proteínas fosfatase-1 (PP1). Por meio de microperfusão estacionária in vivo mediu-se a atividade do NHE3 em túbulo proximal e verificou-se que a reabsorção de bicarbonato foi reduzida em 62 ± 6 % (P < 0,001) na transição do J-SHR para o A-SHR enquanto foi aumentada em 113 ± 10 % (P < 0,001) na transição entre o J-WKY e o A-WKY. A atividade estimulada do NHE3 em J-SHR é decorrente da redistribuição do NHE3 do domínio intermicrovilar (IMV) para o domínio das microvilosidades (MMV) e do baixo nível de fosforilação da serina 552, sítio consenso para a PKA. Por outro lado, durante a fase de hipertensão, a atividade diminuída do NHE3 deve-se à sua redistribuição para o IMV e ao aumento da fosforilação na serina 552. Para testar a hipótese de que os níveis de fosforilação do NHE3 estariam aumentados em túbulo proximal de SHR adulto devido ao aumento da atividade da PKA e/ou à diminuição na atividade da PP1, foram avaliados tanto os níveis de fosforilação quanto a atividade do NHE3 em SHR jovens e adultos em resposta ao 6MB-cAMP (análogo ao cAMP que ativa especificamente a PKA). O JSHR apresentou um aumento tanto nos níveis de fosforilação da serina 552 (179 ± 14 %, P < 0,001) quanto nos de inibição da atividade (65 ± 10 %, P < 0,001) do NHE3 em relação ao J-SHR em resposta ao 6MB-cAMP. Já no A-SHR, a fosforilação da serina 552 aumentou moderadamente (36 ± 4 %, P < 0,01), assim como inibiu moderadamente (23 ± 9 %, P < 0,05) a atividade do NHE3 em resposta ao 6MBcAMP. Adicionalmente, verificou-se que não houve alteração da atividade da PKA entre os animais nem ao longo da idade e nem entre as linhagens. Por sua vez, o JSHR apresentou maior atividade da PP1 que o A-SHR (1640 ± 107 vs. 940 ± 119 pM/?g, P < 0,01). Além disso, houve uma diminuição na expressão da PP1? no ASHR (32 ± 8 %, P < 0,01) quando comparado ao J-SHR. Os dados sugerem que o NHE3 é diferencialmente regulado antes e após o desenvolvimento da hipertensão em SHR por mecanismos que envolvem modificações pós-transcricionais e distribuição subcelular. Além do mais, a regulação diferencial dos níveis de fosforilação do NHE3 tubular proximal antes e após o desenvolvimento da hipertensão em SHR é devida, provavelmente, a alterações na atividade e na expressão da PP1 / Essential hypertension is characterized by chronic elevation of blood pressure and represents the major risk factor for cardiovascular and renal diseases. The kidney participates in the blood pressure control and intrinsic changes in renal sodium handling play an important role in the pathogenesis of essential hypertension. The renal proximal tubule is responsible for reabsorption of the great majority of sodium that is filtered by the glomerulus and the principal apical membrane mechanism for sodium reabsorption in this nephron is Na+/H+ exchanger isoform 3 (NHE3)- mediated Na+/H+ exchange. However, conflicting data have been reported with regard to NHE3 modulation in experimental models of hypertension. This study aimed to evaluate the possible functional changes of the Na+/H+ exchanger NHE3 in the renal proximal tubule of SHR both at the pre-hypertensive (5 weeks) and at hypertensive (14 weeks) stages and to investigate whether these changes were accompanied by changes in the activity and/or expression of protein kinase A (PKA) and protein phosphatase 1 (PP1). Proximal tubule NHE3 activity was measured by means of stationary microperfusion. Bicarbonate reabsorption was found to be decreased by 62 ± 6 % (P < 0.001) in the transition from youth to adulthood in SHR (Y-SHR to A-SHR), whereas in the transition from Y-WKY to A-WKY it increased by 113 ± 10 % (P < 0.001). Stimulated NHE3 activity in Y-SHR was due to redistribution of NHE3 from intermicrovilar domain (IMV) to microvilar domain (MMV) and to a lower level of serine 552 phosphorylation, a consensus site for PKA. Conversely, during the hypertensive stage, decreased NHE3 activity was due to increased redistribution of NHE3 to the IMV domain and increased phosphorylation at serine 552. To test the hypothesis that the increased levels of NHE3 phosphorylation in the proximal tubule of adult SHR were due to increased PKA activity and/or decreased PP1 activity, it was evaluated both phosphorylation levels and activity of NHE3 in young and adult SHR in response to 6MB-cAMP (an cAMP analog that specifically activates PKA). Y-SHR showed an increase both in the phosphorylation levels at serine 552 (179 ± 14 %, P < 0.001) and in the inhibition of NHE3 transport activity (65 ± 10 %, P < 0.001) compared to Y-SHR in response to 6MB-cAMP. With respect to A-SHR, the phosphorylation of serine 552 was slightly increased (36 ± 4 %, P < 0.01) and NHE3 activity was mildly inhibited (23 ± 9 %, P < 0.05) in response to 6MB-cAMP. Additionally, PKA activity remained unchanged with both age and strain. Nevertheless, Y-SHR exhibited higher PP1 activity than A-SHR (1640 ± 107 vs. 940 ± 119 pM/?g, P < 0.01). Furthermore, PP1? expression was decreased in the renal cortex of A-SHR (32 ± 8 %, P < 0.01) compared to Y-SHR. Taken together, these data suggest that NHE3 is differentially regulated before and after development of hypertension in SHR by mechanisms involving post-translational modifications and subcellular distribution. Moreover, the differential regulation of proximal tubule NHE3 phosphorylation levels before and after development of hypertension in SHR is most likely due to changes on the activity and expression of PP1

Dissertation (Ph.D.)--University of South Florida, 2007. / Title from PDF of title page. Document formatted into pages; contains 144 pages. Includes vita. Includes bibliographical references.

A hipertensão arterial essencial é caracterizada pela elevação crônica da pressão arterial e representa o principal fator de risco para doenças cardiovasculares e renais. O rim participa do controle da pressão arterial e alterações intrínsecas no manuseio renal de sódio desempenham papel importante na patogênese da hipertensão essencial. Os túbulos proximais renais são responsáveis pela reabsorção da maior parte do sódio filtrado nos glomérulos e a maior parte da reabsorção de sódio neste segmento faz-se através da troca de Na+ por H+ em membrana apical, mediada pela isoforma 3 do trocador Na+/H+ (NHE3). Entretanto, os dados existentes referentes à modulação renal do NHE3 em modelos de hipertensão são ainda conflitantes. Este estudo teve como objetivo avaliar as possíveis alterações funcionais do trocador Na+/H+ NHE3 em túbulo proximal renal na linhagem SHR no estágio de préhipertensão (5 semanas) e de hipertensão (14 semanas) e investigar se estas alterações são acompanhadas de alterações na atividade e na expressão da proteína cinase A (PKA) e de proteínas fosfatase-1 (PP1). Por meio de microperfusão estacionária in vivo mediu-se a atividade do NHE3 em túbulo proximal e verificou-se que a reabsorção de bicarbonato foi reduzida em 62 ± 6 % (P < 0,001) na transição do J-SHR para o A-SHR enquanto foi aumentada em 113 ± 10 % (P < 0,001) na transição entre o J-WKY e o A-WKY. A atividade estimulada do NHE3 em J-SHR é decorrente da redistribuição do NHE3 do domínio intermicrovilar (IMV) para o domínio das microvilosidades (MMV) e do baixo nível de fosforilação da serina 552, sítio consenso para a PKA. Por outro lado, durante a fase de hipertensão, a atividade diminuída do NHE3 deve-se à sua redistribuição para o IMV e ao aumento da fosforilação na serina 552. Para testar a hipótese de que os níveis de fosforilação do NHE3 estariam aumentados em túbulo proximal de SHR adulto devido ao aumento da atividade da PKA e/ou à diminuição na atividade da PP1, foram avaliados tanto os níveis de fosforilação quanto a atividade do NHE3 em SHR jovens e adultos em resposta ao 6MB-cAMP (análogo ao cAMP que ativa especificamente a PKA). O JSHR apresentou um aumento tanto nos níveis de fosforilação da serina 552 (179 ± 14 %, P < 0,001) quanto nos de inibição da atividade (65 ± 10 %, P < 0,001) do NHE3 em relação ao J-SHR em resposta ao 6MB-cAMP. Já no A-SHR, a fosforilação da serina 552 aumentou moderadamente (36 ± 4 %, P < 0,01), assim como inibiu moderadamente (23 ± 9 %, P < 0,05) a atividade do NHE3 em resposta ao 6MBcAMP. Adicionalmente, verificou-se que não houve alteração da atividade da PKA entre os animais nem ao longo da idade e nem entre as linhagens. Por sua vez, o JSHR apresentou maior atividade da PP1 que o A-SHR (1640 ± 107 vs. 940 ± 119 pM/?g, P < 0,01). Além disso, houve uma diminuição na expressão da PP1? no ASHR (32 ± 8 %, P < 0,01) quando comparado ao J-SHR. Os dados sugerem que o NHE3 é diferencialmente regulado antes e após o desenvolvimento da hipertensão em SHR por mecanismos que envolvem modificações pós-transcricionais e distribuição subcelular. Além do mais, a regulação diferencial dos níveis de fosforilação do NHE3 tubular proximal antes e após o desenvolvimento da hipertensão em SHR é devida, provavelmente, a alterações na atividade e na expressão da PP1 / Essential hypertension is characterized by chronic elevation of blood pressure and represents the major risk factor for cardiovascular and renal diseases. The kidney participates in the blood pressure control and intrinsic changes in renal sodium handling play an important role in the pathogenesis of essential hypertension. The renal proximal tubule is responsible for reabsorption of the great majority of sodium that is filtered by the glomerulus and the principal apical membrane mechanism for sodium reabsorption in this nephron is Na+/H+ exchanger isoform 3 (NHE3)- mediated Na+/H+ exchange. However, conflicting data have been reported with regard to NHE3 modulation in experimental models of hypertension. This study aimed to evaluate the possible functional changes of the Na+/H+ exchanger NHE3 in the renal proximal tubule of SHR both at the pre-hypertensive (5 weeks) and at hypertensive (14 weeks) stages and to investigate whether these changes were accompanied by changes in the activity and/or expression of protein kinase A (PKA) and protein phosphatase 1 (PP1). Proximal tubule NHE3 activity was measured by means of stationary microperfusion. Bicarbonate reabsorption was found to be decreased by 62 ± 6 % (P < 0.001) in the transition from youth to adulthood in SHR (Y-SHR to A-SHR), whereas in the transition from Y-WKY to A-WKY it increased by 113 ± 10 % (P < 0.001). Stimulated NHE3 activity in Y-SHR was due to redistribution of NHE3 from intermicrovilar domain (IMV) to microvilar domain (MMV) and to a lower level of serine 552 phosphorylation, a consensus site for PKA. Conversely, during the hypertensive stage, decreased NHE3 activity was due to increased redistribution of NHE3 to the IMV domain and increased phosphorylation at serine 552. To test the hypothesis that the increased levels of NHE3 phosphorylation in the proximal tubule of adult SHR were due to increased PKA activity and/or decreased PP1 activity, it was evaluated both phosphorylation levels and activity of NHE3 in young and adult SHR in response to 6MB-cAMP (an cAMP analog that specifically activates PKA). Y-SHR showed an increase both in the phosphorylation levels at serine 552 (179 ± 14 %, P < 0.001) and in the inhibition of NHE3 transport activity (65 ± 10 %, P < 0.001) compared to Y-SHR in response to 6MB-cAMP. With respect to A-SHR, the phosphorylation of serine 552 was slightly increased (36 ± 4 %, P < 0.01) and NHE3 activity was mildly inhibited (23 ± 9 %, P < 0.05) in response to 6MB-cAMP. Additionally, PKA activity remained unchanged with both age and strain. Nevertheless, Y-SHR exhibited higher PP1 activity than A-SHR (1640 ± 107 vs. 940 ± 119 pM/?g, P < 0.01). Furthermore, PP1? expression was decreased in the renal cortex of A-SHR (32 ± 8 %, P < 0.01) compared to Y-SHR. Taken together, these data suggest that NHE3 is differentially regulated before and after development of hypertension in SHR by mechanisms involving post-translational modifications and subcellular distribution. Moreover, the differential regulation of proximal tubule NHE3 phosphorylation levels before and after development of hypertension in SHR is most likely due to changes on the activity and expression of PP1

A isoforma 3 do trocador Na+ /H+ (NHE3), presente em membrana apical, é a proteína de transporte que medeia a maior parte da reabsorção de NaCl e NaHCO3- em túbulo proximal renal. A fosforilação direta do NHE3 por PKA na serina 552 é um dos mecanismos pelos quais a sua atividade pode ser inibida. A ligação da angiotensina II (Ang II) ao receptor AT1 (AT1R) em túbulo proximal estimula a atividade do NHE3 por diferentes vias de sinalização. Entretanto, não foram ainda bem estabelecidos os efeitos da ativação da via AT1R/Gi, com consequente diminuição nos níveis de cAMP, na regulação do NHE3. A Ang II pode ainda estimular a atividade do NHE3 por promover a sua translocação da base para o corpo das microvilosidades, entretanto, o papel da proteína motora miosina IIA nesta translocação em resposta à Ang II ainda não foi estabelecido. Sendo assim esta tese teve como objetivos: (1) testar a hipótese de que a Ang II diminui os níveis de fosforilação do NHE3 mediados pelo cAMP/PKA na serina 552 aumentando a sua atividade por reduzir os níveis de cAMP e (2) testar a hipótese de que a miosina IIA participa da redistribuição do NHE3 da base para o corpo das microvilosidades em túbulo proximal renal em condições de estímulo da reabsorção de sódio, como ocorre em resposta à Ang II. Visando avaliar os efeitos da ativação da via AT1R/Gi na regulação do NHE3, verificamos, por meio da técnica de recuperação do pH dependente de Na+, que, em condições basais, a Ang II estimulou a atividade do NHE3, mas não alterou a atividade da PKA e nem afetou os níveis de fosforilação do NHE3 na serina 552 em uma linhagem de células de túbulo proximal (OKP). Entretanto, na presença da forskolin (FSK), agente que eleva os níveis intracelulares de cAMP, a Ang II foi capaz de contrapor-se ao efeito inibitório da FSK sobre o NHE3 por promover redução na concentração de cAMP, diminuição da atividade da PKA e, consequentemente, diminuição nos níveis de fosforilação da serina 552. Todos os efeitos da Ang II foram bloqueados quando um pré-tratamento com Losartan, antagonista do receptor AT1, foi feito nas células OKP, destacando a contribuição da via AT1R/proteína Gi no aumento da atividade do NHE3 pela Ang II. Observamos que a inibição da proteína Gi com PTX (toxina pertussis) diminuiu a atividade do NHE3 em células OKP e que a PTX diminuiu a atividade do NHE3 assim como preveniu o efeito estimulatório da Ang II sobre a atividade do NHE3 em túbulo proximal de ratos Wistar. Adicionalmente, com a intenção de avaliar os efeitos da miosina IIA na redistribuição do NHE3, constatamos que a blebistatina, inibidor da miosina IIA, preveniu completamente o aumento de atividade do NHE3 mediado pela Ang II em ratos Wistar e que o uso da blebistatina foi capaz de prevenir o aumento do NHE3 na superfície de células OKP tratadas com Ang II. Em conjunto, nossos resultados sugerem que a Ang II contrapõe-se aos efeitos do cAMP/PKA sobre a fosforilação e a atividade do NHE3 pela ativação da via AT1R/Gi e que a miosina IIA desempenha um papel na mediação da regulação da atividade do NHE3 em túbulo proximal renal de ratos em resposta à Ang II. Sugerem ainda que a desfosforilação do NHE3 na serina 552 pode representar um evento chave na regulação do manuseio de sal tubular proximal pela Ang II na presença de hormônios natriuréticos que promovem o aumento dos níveis de cAMP e da fosforilação do transportador e que a miosina IIA está envolvida na regulação do tráfego do NHE3 em túbulo proximal renal / The Na+/H+ exchanger isoform 3 (NHE3), expressed on the apical membrane, is responsible for most NaCl and NaHCO3 - reabsorption in the renal proximal tubule. Direct phosphorylation of NHE3 by PKA at serine 552 is one of the mechanisms by which its activity is inhibited. Binding of angiotensin II (Ang II) to the AT1 receptor (AT1R) in the proximal tubule stimulates NHE3 activity through multiple signaling pathways. However, the effects of AT1R/Gi activation and subsequent decrease in cAMP accumulation on NHE3 regulation are not well established. Ang II can also stimulate NHE3 activity by promoting its translocations from the base to the body of the microvilli, however, the role of the myosin IIA motor protein in this translocation in response to Ang II is not yet established. Therefore, the aims of this thesis are: (1) to test the hypothesis that Ang II decreases the cAMP/PKA-mediated NHE3 phosphorylation levels at serine 552 increasing its activity by reducing cAMP levels and (2) to test the hypothesis that myosin IIA participates in the NHE3 redistribution from the base to the body of the microvilli in the renal proximal tubule under conditions in which sodium reabsorption is stimulated, such as in response to Ang II. In order to evaluate the effects of AT1R/Gi pathway activation on NHE3 regulation, by means the intracellular pH recovery technique, we verified that under basal conditions, Ang II stimulated NHE3 activity but did not affect PKA-mediated NHE3 phosphorylation at serine 552 in opossum kidney (OKP) cells. However, in the presence of the cAMP-elevating agent forskolin (FSK), Ang II counteracted FSK-induced NHE3 inhibition, reduced intracellular cAMP concentrations, lowered PKA activity, and prevented the FSK-mediated increase in NHE3 serine 552 phosphorylation. All effects of Ang II were blocked by pretreating OKP cells with the AT1R antagonist Losartan, highlighting the contribution of the AT1R/Gi pathway in Ang II-mediated NHE3 upregulation under cAMP-elevating conditions. We also verified that Gi protein inhibition by pertussis toxin treatment decreased NHE3 activity both in vitro and in vivo and, more importantly, prevented the stimulatory effect of Ang II on NHE3 activity in Wistar rat proximal tubules. Additionally, we assessed the effects of myosin IIA on NHE3 redistribution, and found that blebbistatin, a myosin IIA inhibitor, completely prevented the increase of Ang II-mediated NHE3 activity in Wistar rats and that blebbistatin was able to prevent the increase of NHE3 on the Ang II-treated OKP cells surface. Collectively, our results suggest that Ang II counteracts the effects of cAMP/PKA on NHE3 phosphorylation and inhibition by activating the AT1R/Gi pathway and that myosin IIA plays a role in mediating the NHE3 activity regulation in the rat renal proximal tubule in response to Ang II. Furthermore, these findings support the notion that NHE3 dephosphorylation at serine 552 may represent a key event in the regulation of renal proximal tubule sodium handling by Ang II in the presence of natriuretic hormones that promote cAMP accumulation and transporter phosphorylation, and that myosin IIA is involved in NHE3 trafficking regulation in the renal proximal tubule

Dissertation (Ph.D.)--University of South Florida, 2008. / Title from PDF of title page. Document formatted into pages; contains 201 pages. Includes vita. Includes bibliographical references.

Cyclic adenosine monophosphate (cAMP)-dependent signaling modulates platelet function at sites of vascular injury. Here we show that thrombospondin-1 (TSP-1) prevents cAMP/protein kinase A (PKA) signaling through a CD36-dependent mechanism. Prostaglandin E(1) (PGE(1)) induced a robust inhibition of both platelet aggregation and platelet arrest under physiologic conditions of flow. Exogenous TSP-1 reduced significantly PGE(1)-mediated inhibition of both platelet aggregation and platelet arrest. TSP-1 prevented PGE(1)-stimulated cAMP accrual and phosphorylation of PKA substrates, through a mechanism requiring phosphodiesterase3A. TSP-1 also inhibited VASP phosphorylation stimulated by the nonhydrolyzable cAMP analog, 8-bromo-cAMP, indicating that it may regulate cAMP-mediated activation of PKA. The inhibitory effect of TSP-1 on cAMP signaling could be reproduced with a peptide possessing a CD36 binding sequence of TSP-1, while the effects of TSP-1 were prevented by a CD36 blocking antibody. TSP-1 and the CD36 binding peptide induced phosphorylation of Src kinases, p38 and JNK. Moreover, inhibition of Src kinases blocked TSP-1-mediated regulation of cAMP concentrations and the phosphorylation of VASP, indicating that TSP-1 modulated the cAMP/PKA signaling events through a tyrosine kinase-dependent pathway downstream of CD36. These data reveal a new role for TSP-1 in promoting platelet aggregation through modulation of the cAMP-PKA signaling pathway.