Orientador: Willian Fernando Zambuzzi / Resumo: Mudanças nas forças tensionais do shear-stress estão associadas a um repertório de cascatas de sinalização celular, as quais modulam em conjunto o fenótipo vascular tornando o tecido endotelial susceptível a variações patofisiológica e, portanto, compreensão do repertório molecular neste cenário é necessária. Com este propósito, nós submetemos células endoteliais de veia umbilical humana (HUVEC) a um circuito de diferentes forças tensionais in vitro, considerando os grupos seguintes: 1. condição de fluxo de shear-stress fisiológico (nomeado Normo); 2. fluxo de shear-stress hipertenso (nomeado Hyper), e 3. células do grupo 2 foram retornadas para a condição Normo (nomeado Return). As amostras foram apropriadamente coletadas para seguir em diferentes metodologias. Nossos resultados mostraram um forte envolvimento de c-Src no controle da cascata de mecanotransdução modulando sinalização necessária para o fenótipo de adesão, sobrevivência (PI3K/AKT) e proliferação celulares. Além disso, c-Src parece desenvolver importante papel durante o remodelamento da Matriz Extracelular (MEC), cujo performance de matriz metaloproteinases (MMPs) mostrou mudanças significativas. Além disso, através de análise proteômica, mostramos um forte envolvimento de Heat Shock Protein 70 (HSP70) nas células estressadas de modo Hyper, reduzindo significativamente no grupo Return. Esse resultado levou-nos a investigar o proteassoma 20S como uma alternativa proteolítica intracelular para promover o turnover ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Shear-stress changes are associated with a repertory of signaling cascade, modulating vascular phenotype. As shear stress-related tensional forces might be associated with pathophysiological susceptibility, a more comprehensive molecular map needs to be addressed. Thus, we subjected human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) to a circuit of different tensional forces in vitro considering the following three groups: one in a physiological blood flow shear-stress condition (named Normo), another in which these cells followed to a hypertensive blood flow shear-stress (named Hyper), and finally one that these hyper-stressed cells were returned to Normo condition (named Return). The samples were properly collected to allow different methodologies analysis. Our data showed a pivotal involvement of c-Src on driving the mechanotransduction cascade by modulating signaling related with adhesion, survival (PI3K/Akt) and proliferative phenotype. Moreover, c-Src seems to develop important role during Extracellular Matrix (ECM) remodeling, which showed significative changes. Additionally, proteomic analysis showed strong involvement of Heat Shock Protein 70 (HSP70) in the hypertensive-stressed cells; it being significantly decreased in Return phenotype. This result prompted us to investigate 20S proteasome as an intracellular proteolytic alternative to promote the turnover of those proteins. Surprisingly, our data reveled significant over expression of sets of proteasome subunit α-typ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

No sistema cardiovascular, modificações de pressão e shear stress devido ao fluxo sanguíneo influenciam a morfologia e a patofisiologia dos vasos sanguíneos e do coração. Neste trabalho, estudamos o papel de duas moléculas transmembrânicas do Sistema Renina-Angiotensina: a Enzima Conversora de Angiotensina (ECA) e o Receptor de Angiotensina do tipo I (AT1) como mecanosensoras e mecanotransdutoras dessas forças físicas. A ECA foi por muito tempo conhecida somente por sua ação em converter Angiotensina I em Angiotensina II e por inativar a Bradicinina. Recentemente foi demonstrado que a ECA, além dos efeitos enzimáticos já conhecidos, pode ter sua cauda citoplasmática fosforilada e desencadear vias de sinalização intracelular. Observamos que o shear stress, mas não o estiramento, induziu a diminuição da fosforilação da porção citoplasmática da ECA após 5 minutos de estímulo e se mantém até 18 horas. Demonstramos também que a porção extracelular da ECA tem papel fundamental como mecanosensora e que a via intracelular da JNK participa da mecanotransdução em resposta ao shear stress. Além disto, demonstramos que a diminuição da fosforilação da ECA está associada na diminuição da sua expressão pelo shear stress. O receptor AT1 é a principal molécula efetora das ações da angiotensina II. Recentemente foi demonstrado que esse receptor pode também ser ativado por forças físicas, estiramento celular, independentemente da presença da angiotensina II. No presente estudo, observamos que o receptor AT1 é ativado pelo shear stress e que o Candesartan, mas não o Losartan, é capaz de impedir esta resposta. A via intracelular ativada é dependente de proteína-G e da entrada de cálcio do meio extracelular. Interessantemente, a pré-exposicao dos receptores ao shear stress diminuem a responsividade dos receptores ao peptídeo Angiotensina II porém a Angiotensina II não é capaz de inibir a ativação pelo shear stress.. Em conjunto, demonstramos novos mecanismos de ação da ECA e do AT1 que são duas importantes moléculas do sistema renina angiotensina. A modulação destes componentes por estímulos mecânicos traz novas possibilidades de intervenções farmacologicas sobre esse sistema bem como o melhor entendimento da participação dessas moléculas na fisiopatologia cardiovascular. / Hemodynamic forces such as pressure and shear stress modulate the patophysiolgy of the cardiovascular system. In this study, we investigated two transmembranic key molecules of the renin-angiotensin system (RAS) as mechanosensors and mechanotransducers of physical forces: Angiotensin Converting Enzyme (ACE) and Angiotensin II type 1 Receptor (AT1). ACE is an enzyme that converts angiotensin I in angiotensin II. Recently, it was demonstrated that ACE cytoplasmic tail can be phosphorylated by ACE inhibitors and elicited intracellular cell signaling. Here, we observed that shear stress, but not stretch, decreased ACE cytoplasmic phosphorylation after 5 minutes and maintained up to 18 hours. ACE extracellular portion act as mechanosensor and JNK pathway participate in the mechanotransduction activation. In addition, we also demonstrate that decrease in ACE phosphorylation is involved in ACE expression downregulation by shear stress. AT1 receptor is the main effector molecule of angiotensin II cellular responses. It has recently been shown that AT1 receptor can directly be activated by mechanical stretch stress through an angiotensin-II-independent mechanism. In the present study, we observed that shear stress also activates AT1 receptor which is blocked by Candesartan, but not by Losartan. The intracellular pathway activated by shear stress involves both G-protein and extracellular calcium. Interestingly, preconditioning of AT1 receptor by shear stress impairs its responsiveness to angiotensin II while the pretreatment with angiotensin II still allow AT1 responsiveness to shear stress. Altogether, we demonstrated that ACE and AT1 receptor activates intracellular signal in response to mechanical force. This new concept for the RAS, the modulation of these molecules by mechanical forces gives new insigh into the discovery for pharmacological interventions to the RAS

As células endoteliais são capazes de converter o estímulo mecânico em sinais intracelulares e produzir fatores vasoativos como o óxido nítrico (oNO). Evidências recentes sugerem que as beta-arrestinas desempenham um papel importante não somente na dessensibilização e internalização de receptores acoplados à proteína G (GPCR) como também na mecanotransdução. Nós testamos a hipótese de que células endoteliais submetidas ao shear stress (SS) produzem oNO por meio da ativação da via de sinalização dependente de beta-arrestina. Para tal, células endoteliais de veia safena (hSVEC) foram transfectadas com siRNA contra as isoformas 1 e 2 da beta-arrestina e, posteriormente, submetidas ao SS (15 dinas/cm2) durante 10 min. Nós encontramos que as SVEC silenciadas para a beta-arrestina 1/2 (70%) exibiram uma menor produção de nitrito no meio de cultura em resposta ao SS (166±17 vs. 326±44% comparado com hSVEC transfectadas com siRNA controle). Além disso, o silenciamento da beta-arrestina 1 e 2 preveniu os níveis de fosforilação da Akt no resíduo de serina 473 e a fosforilação da eNOS no resíduo de serina 1177, enquanto que a fosforilação da ERK 1/2 manteve-se inalterada. Curiosamente, análises de imunoprecipitação mostraram que a beta-arrestina interage com caveolina-1, um mecanossensor do shear stress, mas não é influenciado pelo SS. Além disso, na situação estática, a beta-arrestina encontra-se em uma localização perinuclear e, após o SS, adquiriu um padrão mais difuso no citosol. Coletivamente, esses dados sugerem que a beta-arrestina e a sinalização downstream Akt/ eNOS são necessárias para a produção de oNO induzido por shear stress em células endoteliais vasculares humana / Endothelial cells are capable of converting mechanical stimuli into intracellular signals generating vasoactive factors such as nitric oxide (oNO). Recent evidence suggests that beta-arrestins play a role not only on G protein-coupled receptors (GPCR) desensibilization but also in mechanotransduction. We tested the hypothesis that beta-arrestin and its downstream signaling influence laminar shear stress (SS)-induced oNO production by endothelial cells. Towards this end, human saphenous vein endothelial cells (hSVEC) transfected with siRNA against beta-arrestins isoforms 1 and 2 were subjected to SS (15 dynes/cm2, 10 minutes). We found that the SS-induced production of nitrite in the cell culture medium from down-expressed beta-arrestin 1/ 2 (70%) SVEC decreased (166±17 vs. 326±44% compared to wild-type hSVEC; P < 0.001). The beta-arrestin 1 and 2 down-regulation in SVEC also inhibited the phosphorylation levels of Akt at the serine residue 473 and the phosphorylation levels of eNOS at the serine residue 1177, whereas ERK phosphorylation remained unchanged. Interestingly, immunoprecipitation analysis showed that beta-arrestin interacts with caveolin-1, a shear stress mechanosensor, which is not influenced by SS despite the fact that the static perinuclear localization of beta-arrestins changed to the cytosol upon SS. Collective these data suggest that beta-arrestin and Akt/eNOS downstream signaling are required for shear stress-induced nitric oxide production in human vascular endothelial cells

O câncer de mama é o tipo mais freqüente e o segundo mais letal no mundo. Embora ass taxas de sobrevida dos pacientes tenham aumentado consideravelmente nas últimas décadas, indicadores prognósticos desfavoráveis são associados a pacientes com diagnóstico em fase avançada e presença de metástases, frequentemente associadas à existência de células-tronco tumorais (CTT). As CTT são indiferenciadas e capazes de autorrenovação e diferenciação, o que as torna fundamentais para a manutenção da heterogeneidade celular intratumoral. As CTTs são altamente invasivas, tumorigênicas e resistentes a tratamentos convencionais, sendo frequentemente associadas ao surgimento de metástase e recidiva após tratamento. O microambiente tumoral modula as CTT por meio de células e da matriz extracelular (MEC), uma estrutura biologicamente dinâmica, complexa e que regula processos celulares como migração, invasão e diferenciação. A MEC é composta por uma grande variedade de moléculas, peptídeos e macromoléculas, sendo o colágeno seu componente mais abundante. A alta densidade mamográfica é frequentemente associada a elevada rigidez da MEC e deposição aumentada de colágeno fibrilar, principalmente colágeno tipo I (Col I), e é um dos maiores fatores de risco independentes para o desenvolvimento do câncer de mama. A alta densidade de Col I e rigidez da MEC também está associada à maior agressividade tumoral e metástase. Col I também induz o fenótipo tronco tumoral em diversos tipos celulares tumorais, embora o papel da densidade sobre este efeito seja pouco esclarecido. Nosso estudo avaliou a hipótese de a alta densidade de Col I induzir o fenótipo tronco tumoral. Cultivamos linhagens normais (MCF-10A) e tumorais (MDA-MB-231 e MCF-7) de mama em géis de baixa, média e alta densidade de Col I. Também cultivamos células em superfície bidimensional (2D) e em suspensão para geração de mamoesferas (ME), representando o cultivo tradicional e de enriquecimento de CTTs, respectivamente. Avaliamos os níveis do imunofenótipo tronco (CD44+CD24-), expressão gênica e proteica de marcadores de CTTs e de resposta mecânica ao substrato (mecanotransdução), bem como potencial clonogênico, autorrenovação celular e alinhamento fibrilar de géis de Col I. Alta densidade de Col I elevou os níveis da subpopulação CD44+CD24- e inibiu o alongamento celular da linhagem MDA-MB-231, porém não modulou a expressão de marcadores de CTT, bem como potencial clonogênico, autorrenovação celular e alinhamento fibrilar de géis de Col I. A alta densidade de Col I induziu aumento dos níveis totais da isoforma variante da glicoproteína CD44 (CD44v), receptor de estrógeno (RE &#945) e do fator de pluripotência Sox2 em linhagem MCF-7 derivada de ME. Entretanto, os níveis nucleares dos fatores de transcrição (RE &#945 e Sox2) permaneceram inalterados. Em comum, a alta densidade de Col I não elevou os níveis nucleares do mecanotransdutor YAP em linhagens MDAMB-231 e MCF-7 derivada de ME. Concluímos que a alta densidade de Col I induz parcialmente o fenótipo molecular, mas não o funcional, de células tumorais mamárias. / Breast cancer is the most frequent and second deadliest cancer type worldwide. Although patient survival rates have increased considerably in recent decades, unfavorable prognostic indicators are associated with patients with advanced disease stage at diagnosis and presence of metastases, frequently associated with the existence of cancer stem cells (CSC). CSC are undifferentiated and capable of self renewal and differentiation, making them fundamental for the maintenance of intratumoral cellular heterogeneity. CTTs are highly invasive, tumorigenic and resistant to conventional treatments, and are frequently associated with the onset of metastasis and relapse after treatment. The tumor microenvironment modulates CTT by means of cells and the extracellular matrix (ECM), a biologically complex and dynamic structure that regulates cell processes such as migration, invasion and differentiation. ECM is composed of a large variety of molecules, peptides and macromolecules, with collagen being its most abundant component. High mammographic density is often associated with high MEC stiffness and increased deposition of fibrillar collagen, mainly type I collagen (Coll I), and is one of the main independent risk factors for breast câncer development. High Coll I density and ECM stifness are also associated with increased tumor aggressiveness and metastasis. Coll I also induces tumor stemness in several tumor cell types, although the role of its density on this effect is unclear. Our study evaluated the hypothesis that high Coll I density induces the tumor stemness. We cultured normal-like- (MCF-10A) and tumoral (MDA-MB-231 and MCF-7) breast cell lines in low-, medium- and high-density Coll I gels. We also cultured cells in twodimensional (2D) surface and in suspension for the generation of mammospheres (MS), representing the traditional cell culture and CSC enrichment, respectively. We evaluated the levels of the CSC immunophenotype (CD44+CD24), gene/protein expression of CSC markers and mechanical response to the substrate (mechanotransduction), as well as the clonogenic potential, cell self-renewal and fibrillar alignment of Col I gels. High Coll I density increased the levels of the CD44+CD24- subpopulation and inhibited cell elongation of the MDA-MB-231 cell line, but did not modulate the expression of CSC markers as well as clonogenic potential, cell self-renewal and fibrillar alignment of Col I gels. High Coll I density increased total levels of the variant CD44 glycoprotein (CD44v), estrogen receptor (ER) and the pluripotency factor Sox2 in MS-derived MCF-7. However, the nuclear levels of the transcription factors (ER &#945 and Sox2) remained unchanged. In common, high Coll I density did not increase nuclear levels of the mechanotransducer YAP in MDA-MB- 231 and MS-derived cell lines. We conclude that high Coll I density partially induces the molecular stemness, but not the functional, phenotype of mammary tumor cells.

As células endoteliais são capazes de converter o estímulo mecânico em sinais intracelulares e produzir fatores vasoativos como o óxido nítrico (oNO). Evidências recentes sugerem que as beta-arrestinas desempenham um papel importante não somente na dessensibilização e internalização de receptores acoplados à proteína G (GPCR) como também na mecanotransdução. Nós testamos a hipótese de que células endoteliais submetidas ao shear stress (SS) produzem oNO por meio da ativação da via de sinalização dependente de beta-arrestina. Para tal, células endoteliais de veia safena (hSVEC) foram transfectadas com siRNA contra as isoformas 1 e 2 da beta-arrestina e, posteriormente, submetidas ao SS (15 dinas/cm2) durante 10 min. Nós encontramos que as SVEC silenciadas para a beta-arrestina 1/2 (70%) exibiram uma menor produção de nitrito no meio de cultura em resposta ao SS (166±17 vs. 326±44% comparado com hSVEC transfectadas com siRNA controle). Além disso, o silenciamento da beta-arrestina 1 e 2 preveniu os níveis de fosforilação da Akt no resíduo de serina 473 e a fosforilação da eNOS no resíduo de serina 1177, enquanto que a fosforilação da ERK 1/2 manteve-se inalterada. Curiosamente, análises de imunoprecipitação mostraram que a beta-arrestina interage com caveolina-1, um mecanossensor do shear stress, mas não é influenciado pelo SS. Além disso, na situação estática, a beta-arrestina encontra-se em uma localização perinuclear e, após o SS, adquiriu um padrão mais difuso no citosol. Coletivamente, esses dados sugerem que a beta-arrestina e a sinalização downstream Akt/ eNOS são necessárias para a produção de oNO induzido por shear stress em células endoteliais vasculares humana / Endothelial cells are capable of converting mechanical stimuli into intracellular signals generating vasoactive factors such as nitric oxide (oNO). Recent evidence suggests that beta-arrestins play a role not only on G protein-coupled receptors (GPCR) desensibilization but also in mechanotransduction. We tested the hypothesis that beta-arrestin and its downstream signaling influence laminar shear stress (SS)-induced oNO production by endothelial cells. Towards this end, human saphenous vein endothelial cells (hSVEC) transfected with siRNA against beta-arrestins isoforms 1 and 2 were subjected to SS (15 dynes/cm2, 10 minutes). We found that the SS-induced production of nitrite in the cell culture medium from down-expressed beta-arrestin 1/ 2 (70%) SVEC decreased (166±17 vs. 326±44% compared to wild-type hSVEC; P < 0.001). The beta-arrestin 1 and 2 down-regulation in SVEC also inhibited the phosphorylation levels of Akt at the serine residue 473 and the phosphorylation levels of eNOS at the serine residue 1177, whereas ERK phosphorylation remained unchanged. Interestingly, immunoprecipitation analysis showed that beta-arrestin interacts with caveolin-1, a shear stress mechanosensor, which is not influenced by SS despite the fact that the static perinuclear localization of beta-arrestins changed to the cytosol upon SS. Collective these data suggest that beta-arrestin and Akt/eNOS downstream signaling are required for shear stress-induced nitric oxide production in human vascular endothelial cells

No sistema cardiovascular, modificações de pressão e shear stress devido ao fluxo sanguíneo influenciam a morfologia e a patofisiologia dos vasos sanguíneos e do coração. Neste trabalho, estudamos o papel de duas moléculas transmembrânicas do Sistema Renina-Angiotensina: a Enzima Conversora de Angiotensina (ECA) e o Receptor de Angiotensina do tipo I (AT1) como mecanosensoras e mecanotransdutoras dessas forças físicas. A ECA foi por muito tempo conhecida somente por sua ação em converter Angiotensina I em Angiotensina II e por inativar a Bradicinina. Recentemente foi demonstrado que a ECA, além dos efeitos enzimáticos já conhecidos, pode ter sua cauda citoplasmática fosforilada e desencadear vias de sinalização intracelular. Observamos que o shear stress, mas não o estiramento, induziu a diminuição da fosforilação da porção citoplasmática da ECA após 5 minutos de estímulo e se mantém até 18 horas. Demonstramos também que a porção extracelular da ECA tem papel fundamental como mecanosensora e que a via intracelular da JNK participa da mecanotransdução em resposta ao shear stress. Além disto, demonstramos que a diminuição da fosforilação da ECA está associada na diminuição da sua expressão pelo shear stress. O receptor AT1 é a principal molécula efetora das ações da angiotensina II. Recentemente foi demonstrado que esse receptor pode também ser ativado por forças físicas, estiramento celular, independentemente da presença da angiotensina II. No presente estudo, observamos que o receptor AT1 é ativado pelo shear stress e que o Candesartan, mas não o Losartan, é capaz de impedir esta resposta. A via intracelular ativada é dependente de proteína-G e da entrada de cálcio do meio extracelular. Interessantemente, a pré-exposicao dos receptores ao shear stress diminuem a responsividade dos receptores ao peptídeo Angiotensina II porém a Angiotensina II não é capaz de inibir a ativação pelo shear stress.. Em conjunto, demonstramos novos mecanismos de ação da ECA e do AT1 que são duas importantes moléculas do sistema renina angiotensina. A modulação destes componentes por estímulos mecânicos traz novas possibilidades de intervenções farmacologicas sobre esse sistema bem como o melhor entendimento da participação dessas moléculas na fisiopatologia cardiovascular. / Hemodynamic forces such as pressure and shear stress modulate the patophysiolgy of the cardiovascular system. In this study, we investigated two transmembranic key molecules of the renin-angiotensin system (RAS) as mechanosensors and mechanotransducers of physical forces: Angiotensin Converting Enzyme (ACE) and Angiotensin II type 1 Receptor (AT1). ACE is an enzyme that converts angiotensin I in angiotensin II. Recently, it was demonstrated that ACE cytoplasmic tail can be phosphorylated by ACE inhibitors and elicited intracellular cell signaling. Here, we observed that shear stress, but not stretch, decreased ACE cytoplasmic phosphorylation after 5 minutes and maintained up to 18 hours. ACE extracellular portion act as mechanosensor and JNK pathway participate in the mechanotransduction activation. In addition, we also demonstrate that decrease in ACE phosphorylation is involved in ACE expression downregulation by shear stress. AT1 receptor is the main effector molecule of angiotensin II cellular responses. It has recently been shown that AT1 receptor can directly be activated by mechanical stretch stress through an angiotensin-II-independent mechanism. In the present study, we observed that shear stress also activates AT1 receptor which is blocked by Candesartan, but not by Losartan. The intracellular pathway activated by shear stress involves both G-protein and extracellular calcium. Interestingly, preconditioning of AT1 receptor by shear stress impairs its responsiveness to angiotensin II while the pretreatment with angiotensin II still allow AT1 responsiveness to shear stress. Altogether, we demonstrated that ACE and AT1 receptor activates intracellular signal in response to mechanical force. This new concept for the RAS, the modulation of these molecules by mechanical forces gives new insigh into the discovery for pharmacological interventions to the RAS

A ventilação mecânica (VM) pode ser causa de lesão pulmonar sendo este fato reconhecido na literatura como Lesão Pulmonar Induzida pela Ventilação Mecânica (LPIV), onde alterações tanto fisiológicas quanto morfológicas são evidenciadas no pulmão. O objetivo desse trabalho foi avaliar a repercussão das forças envolvidas na ventilação mecânica através de diferentes mecanismos de LPIV sobre o sistema mucociliar pela análise funcional e histopatológica desse aparelho. Em um estudo controlado e randomizado vinte e sete coelhos machos da raça Nova Zelândia foram separados em quatro grupos. Nos primeiros trinta minutos foram submetidos à VM com volume corrente de 8 ml/kg peso, fluxo de 3 L/minuto, e pressão positiva expiratória final (PEEP) de 5 cm H2O e FIO2 de 0,4, sendo que o grupo Sham (n=6) foi ventilado por apenas 10 minutos. Os grupos Baixo Volume/BV (n=6; Vt 8, Ppico 17, Pmédia 9, PEEP 5, Fluxo 3), Alto Volume/AV (n=7; Vt 16, Ppico 27, Pmédia 12, PEEP 5, Fluxo 5) e Alta Pressão/AP (n=8; Vt 8, Ppico 30, Pmédia 20, PEEP 12, Fluxo 9) foram ventilados por mais 3 horas. A mecânica do sistema respiratório foi registrada pelo sistema Labview®. Foram acompanhados os valores de gasometria e sinais vitais. Amostras de tecido pulmonar foram coradas com H&E para análise de infiltrado inflamatório. Analisou-se a frequência de batimento ciliar (FBC), transporte mucociliar na traqueia (TMCT), transportabilidade em palato de rã (MCT) e ângulo de contato (AC). Amostras de pulmão e traquéia foram coradas pela técnica PAS/AB para avaliação do muco. Observamos diminuição da complacência do sistema respiratório (p<0,05) no grupo AP em comparação com os demais grupos ventilados. Os grupos BV, AV e AP apresentaram um aumento de células polimorfonucleares por área de parênquima pulmonar (p<0,001) em comparação com o grupo Sham. Não foram observadas diferenças quanto ao TMCT e AC nos grupos ventilados. A transportabilidade em palato diminuiu no grupo BV (p=0,007) ao final do protocolo de ventilação (1,42 com variações de 2,11-0,99 para 0,95 com variações de 1,15-0,92). A FBC diminuiu (p=0,047) no grupo AP quando comparamos os valores iniciais (13,51 variação de 14,49-11,62) e finais ao protocolo de VM (11,69 variação de 14,18-10,12). Respostas fisiológicas e microscopia eletrônica (ME) da traquéia corroboram a disfunção da FBC no grupo AP. Na traquéia os grupos ventilados apresentaram uma diminuição da quantidade de muco total (BV 2.018, AV 3.219 e AP 2.883) e de muco ácido (BV 672, AV 240 e AP 480) por m2 de tecido pulmonar por campo estudado (p<0.05) quando comparados com o grupo Sham (4.660 m2 de muco total e 1.873 m2 de muco ácido). Em bronquíolos distais a quantidade de muco total diminuiu nos grupos BV e AP (p<0.05) quando comparados aos grupos Sham e AV. O mesmo fenômeno foi observado com relação ao muco neutro. Concluímos que as forças geradas pela ventilação mecânica têm impacto direto sobre o aparelho mucociliar, alterando suas propriedades funcionais e sua morfologia. Aparentemente a VM acarreta desequilíbrio na produção de muco, sendo essa alteração mais visível quando utilizado um alto volume corrente e uma maior pressão média pulmonar (associada a um fluxo de ar aumentado). O aumento da pressão média com alto fluxo dos gases ventilados também ocasiona maior sofrimento celular do aparelho mucociliar, disfunção da frequência de batimento ciliar e provável perda ciliar. Tais alterações se devem provavelmente ao efeito das forças físicas geradas pela VM associadas a prováveis oscilações na resposta inflamatória e no fluxo sanguíneo local. / Mechanical ventilation (MV) can result in a medical complication named Ventilator-Induced Lung Injury (VILI), where physiologic and morphologic alterations in the lungs have been reported. In this study, we have hypothesized that MV-induced injury can have a major impact on the mucociliary system. In a randomized controlled trial twenty-seven male New Zealand rabbits were separated into four groups. During the first thirty minutes all rabbits were subjected to MV with tidal volume of 8 ml/kg of body weight, 3 L/minute of flow, positive end expiratory pressure (PEEP) of 5 cm H2O and FIO2 of 0.4. After that the study animals were divided into 4 groups: Sham (n=6) was ventilated for ten minutes, Lower Volume/LV (n=6; Vt 8, P peak 17, P mean 9, PEEP 5, Flow 3), High Volume/HV (n=7; Vt 16, P peak 27, P mean 12, PEEP 5, Flow 5) and High Pressure/HP (n=8; Vt 8, P peak 30, P mean 20, PEEP 12, Flow 9) and ventilated for 3 hours more. Respiratory system mechanics was recorded using Labview®. Blood gasometry and vital signals were monitored. Lung tissue sections were stained by H&E to analyze inflammation. We also studied the ciliary beating frequency (CBF), tracheal mucociliary transport (TMCT) in situ and in vitro, mucus contact angle (CA) and respiratory mucus viscosity. To quantify mucosubstances, tracheal samples were stained with PAS/AB. As a result we have that the respiratory system compliance decreased (p<0.05) in the HP group compared to other ventilated groups. All ventilated groups showed an increase in polymorphonuclear cells quantity per area of lung parenchyma (p<0.001) compared to the Sham group. There were no differences in TMCT and CA among ventilated groups, when initial and final measurements were compared. MCT significantly decreased in the LV group (p=0.007) after the protocol (1.42 range of 2.11-0.99 to 0.95 range of 1.15-0.92). The CBF significantly decreased (p=0.047) in the HP group when the initial (13.51 range of 14.49-11.62) and final (11.69 range of 14.18-10.12) measurements were compared. Physiological data and tracheal electronic microscopy confirm the CBF dysfunction observed in the AP group. In the trachea all ventilated groups showed a significant decrease in total mucus (LV 2,018, HV 3,219 and HP 2,883) and acid mucus (LV 672, HV 240 and HP 480) per um2 of lung tissue (p<0.05) compared to the sham group (4,660 um2 of total mucus and 1,873 um2 of acid mucus). In distal bronchioles there was a significant decrease in total mucus in the LV and HP group (p<0.05) compared to Sham and HV groups. The same phenomenon was observed regarding neutral mucus. We concluded that mechanical forces involved in MV affect mucociliary function. Mechanical ventilation probably leads to the dysfunction on the mucus production. This phenomenon is better perceived when higher volume and higher mean pressure (associated with inspired gases high flow) are used. An increase of the mean pressure combined with inspired gases high flow also leads to mucociliary cells suffering, to ciliary beat frequency dysfunction and probably cilia loss. These alterations probably occur due to the effect of the physical forces generated by the mechanical ventilation in association with the oscillation of the inflammatory response and local blood flow.

INTRODUÇÂO: Apesar de ser essencial, em algumas situações a ventilação mecânica (VM) pode acarretar danos ao pulmão sadio, evento conhecido como lesão pulmonar induzida pela ventilação ou ventilator-induced lung injury VILI. Esse processo depende da ação de forças mecânicas e da resposta inflamatória pulmonar. OBJETIVO: No presente estudo, analisamos a inflamação pulmonar e a expressão gênica de proteoglicanos e proteínas do citoesqueleto em resposta a dois mecanismos de VILI (alto volume e alta pressão). MÈTODOS: Vinte e um coelhos foram randomizados em três grupos: Controle (CTR), n=6; VC=8ml/kg, PEEP=5cmH2O, fluxo= 2l/min; Alto volume (AV), n=7; VC=16 ml/kg, PEEP 5cmH2O, fluxo= 3 l/min e Alta pressão (AP), n=8; com pressão inspiratória máxima (PIMAX) de 30cmH2O e PEEP=12cmH2O, com a intenção de manter o mesmo volume corrente do grupo controle. Os animais foram ventilados por 3h30m e subsequentemente exsanguinados. RESULTADOS: Houve redução na complacência dinâmica do grupo AP quando comparado aos grupos CTR (p=.001) e AV (p=.000). A análise histológica não mostrou diferença no infiltrado das células inflamatórias entre os grupos, da mesma forma, não foram encontradas diferenças na expressão gênica da interleucina-8. A expressão gênica da alfa-actina não apresentou nenhuma diferença estatística entre os grupos. Diferenças na expressão dos proteoglicanos, entre as regiões pulmonares, foram observadas somente no grupo AV, com aumento da expressão gênica do biglican (p=.004) e lumican (p=.003) na região não dependente. A comparação da região não dependente entre os grupos mostrou aumento da expressão do biglican no grupo AP versus o CTR (p=.005). A análise entre os grupos da região dependente mostrou aumento da expressão da decorina no grupo AP (p=.049) e aumento da expressão do versican no AV (p=.003) e AP (p=.015) versus CTR; e, o grupo AP apresentou aumento na expressão do biglican (p=.007) e do lumican (p=.021). CONCLUSÃO: As forças geradas pela VM agem sobre o parênquima pulmonar determinando alterações na expressão gênica de proteoglicanos, independentemente da resposta inflamatória. Pressão e volume agem de forma diversa, sendo as grandes alterações de força impostas pela ventilação com altos volumes, sentidas mais pelas regiões não dependentes do pulmão. A alta pressão transpulmonar mantida mostrou-se como a maior indutora da expressão de fibrogênese dos componentes estudados da MEC / INTRODUCTION: In spite of being essential, in some situations mechanical ventilation (MV) can lead to damages to the lung, an event known as ventilator-induced lung injury. This process depends on the action of mechanical forces and lung inflammatory response. OBJECTIVE: Analyze lung inflammation and gene expression of proteoglycans and cytoskeleton proteins in response to two mechanisms of VILI (high volume and high pressure). METHODS: Twenty-one rabbits were randomized into three groups: Control, n=6; VT=8ml/kg, PEEP=5 cm H2O, flow = 2l/min; High volume (HV), n=7; VT=16 ml/kg, PEEP 5 cm H2O, flow = 3 l/min and High pressure (HP), n=8; with maximal inspiratory pressure (PIMAX) of 30cmH2O and PEEP 12cmH2O, with the intention of maintaining the same tidal volume as the LV group.. Animals were ventilated for 3h30m and subsequently exsanguinated. RESULTS: There was a reduction in lung compliance in the HP group when compared to control (p=.001) and HV groups (p=.000). Histological analysis did not show difference in inflammatory cells infiltrate between groups, in the same way, no differences in interleukin 8 gene expression were observed. Alpha-actin gene expression did not show any statistical differences between groups. Differences in proteoglycan expression between lung regions were only noticed in the HV group, with Biglycan (p=.004) and lumican (p=.003) gene expression increased in the non-dependent region. Comparisons between groups concerning the nondependent region showed increased expression of biglycan in HP versus control (p=.005). Comparisons between groups addressing the dependent region showed increased expression of decorin in HP (p=.049) and increased expression of versican in HV (p=.003) and HP (p=.015) versus control; and the HP group showed the highest Biglycan (p=.007) and lumican (p=.021) expressions. CONCLUSION: The forces generated by MV act on the lung parenchyma determining alterations in the gene expression of the proteoglycans, independently of the inflammatory response. Pressure and volume act in different ways, being alterations of force imposed by high volumes, felt more by the non-dependent lung regions. The high transpulmonary maintained pressure was the greatest inducer of expression of fibrogenesis related ECM components

A ventilação mecânica (VM) pode ser causa de lesão pulmonar sendo este fato reconhecido na literatura como Lesão Pulmonar Induzida pela Ventilação Mecânica (LPIV), onde alterações tanto fisiológicas quanto morfológicas são evidenciadas no pulmão. O objetivo desse trabalho foi avaliar a repercussão das forças envolvidas na ventilação mecânica através de diferentes mecanismos de LPIV sobre o sistema mucociliar pela análise funcional e histopatológica desse aparelho. Em um estudo controlado e randomizado vinte e sete coelhos machos da raça Nova Zelândia foram separados em quatro grupos. Nos primeiros trinta minutos foram submetidos à VM com volume corrente de 8 ml/kg peso, fluxo de 3 L/minuto, e pressão positiva expiratória final (PEEP) de 5 cm H2O e FIO2 de 0,4, sendo que o grupo Sham (n=6) foi ventilado por apenas 10 minutos. Os grupos Baixo Volume/BV (n=6; Vt 8, Ppico 17, Pmédia 9, PEEP 5, Fluxo 3), Alto Volume/AV (n=7; Vt 16, Ppico 27, Pmédia 12, PEEP 5, Fluxo 5) e Alta Pressão/AP (n=8; Vt 8, Ppico 30, Pmédia 20, PEEP 12, Fluxo 9) foram ventilados por mais 3 horas. A mecânica do sistema respiratório foi registrada pelo sistema Labview®. Foram acompanhados os valores de gasometria e sinais vitais. Amostras de tecido pulmonar foram coradas com H&E para análise de infiltrado inflamatório. Analisou-se a frequência de batimento ciliar (FBC), transporte mucociliar na traqueia (TMCT), transportabilidade em palato de rã (MCT) e ângulo de contato (AC). Amostras de pulmão e traquéia foram coradas pela técnica PAS/AB para avaliação do muco. Observamos diminuição da complacência do sistema respiratório (p<0,05) no grupo AP em comparação com os demais grupos ventilados. Os grupos BV, AV e AP apresentaram um aumento de células polimorfonucleares por área de parênquima pulmonar (p<0,001) em comparação com o grupo Sham. Não foram observadas diferenças quanto ao TMCT e AC nos grupos ventilados. A transportabilidade em palato diminuiu no grupo BV (p=0,007) ao final do protocolo de ventilação (1,42 com variações de 2,11-0,99 para 0,95 com variações de 1,15-0,92). A FBC diminuiu (p=0,047) no grupo AP quando comparamos os valores iniciais (13,51 variação de 14,49-11,62) e finais ao protocolo de VM (11,69 variação de 14,18-10,12). Respostas fisiológicas e microscopia eletrônica (ME) da traquéia corroboram a disfunção da FBC no grupo AP. Na traquéia os grupos ventilados apresentaram uma diminuição da quantidade de muco total (BV 2.018, AV 3.219 e AP 2.883) e de muco ácido (BV 672, AV 240 e AP 480) por m2 de tecido pulmonar por campo estudado (p<0.05) quando comparados com o grupo Sham (4.660 m2 de muco total e 1.873 m2 de muco ácido). Em bronquíolos distais a quantidade de muco total diminuiu nos grupos BV e AP (p<0.05) quando comparados aos grupos Sham e AV. O mesmo fenômeno foi observado com relação ao muco neutro. Concluímos que as forças geradas pela ventilação mecânica têm impacto direto sobre o aparelho mucociliar, alterando suas propriedades funcionais e sua morfologia. Aparentemente a VM acarreta desequilíbrio na produção de muco, sendo essa alteração mais visível quando utilizado um alto volume corrente e uma maior pressão média pulmonar (associada a um fluxo de ar aumentado). O aumento da pressão média com alto fluxo dos gases ventilados também ocasiona maior sofrimento celular do aparelho mucociliar, disfunção da frequência de batimento ciliar e provável perda ciliar. Tais alterações se devem provavelmente ao efeito das forças físicas geradas pela VM associadas a prováveis oscilações na resposta inflamatória e no fluxo sanguíneo local. / Mechanical ventilation (MV) can result in a medical complication named Ventilator-Induced Lung Injury (VILI), where physiologic and morphologic alterations in the lungs have been reported. In this study, we have hypothesized that MV-induced injury can have a major impact on the mucociliary system. In a randomized controlled trial twenty-seven male New Zealand rabbits were separated into four groups. During the first thirty minutes all rabbits were subjected to MV with tidal volume of 8 ml/kg of body weight, 3 L/minute of flow, positive end expiratory pressure (PEEP) of 5 cm H2O and FIO2 of 0.4. After that the study animals were divided into 4 groups: Sham (n=6) was ventilated for ten minutes, Lower Volume/LV (n=6; Vt 8, P peak 17, P mean 9, PEEP 5, Flow 3), High Volume/HV (n=7; Vt 16, P peak 27, P mean 12, PEEP 5, Flow 5) and High Pressure/HP (n=8; Vt 8, P peak 30, P mean 20, PEEP 12, Flow 9) and ventilated for 3 hours more. Respiratory system mechanics was recorded using Labview®. Blood gasometry and vital signals were monitored. Lung tissue sections were stained by H&E to analyze inflammation. We also studied the ciliary beating frequency (CBF), tracheal mucociliary transport (TMCT) in situ and in vitro, mucus contact angle (CA) and respiratory mucus viscosity. To quantify mucosubstances, tracheal samples were stained with PAS/AB. As a result we have that the respiratory system compliance decreased (p<0.05) in the HP group compared to other ventilated groups. All ventilated groups showed an increase in polymorphonuclear cells quantity per area of lung parenchyma (p<0.001) compared to the Sham group. There were no differences in TMCT and CA among ventilated groups, when initial and final measurements were compared. MCT significantly decreased in the LV group (p=0.007) after the protocol (1.42 range of 2.11-0.99 to 0.95 range of 1.15-0.92). The CBF significantly decreased (p=0.047) in the HP group when the initial (13.51 range of 14.49-11.62) and final (11.69 range of 14.18-10.12) measurements were compared. Physiological data and tracheal electronic microscopy confirm the CBF dysfunction observed in the AP group. In the trachea all ventilated groups showed a significant decrease in total mucus (LV 2,018, HV 3,219 and HP 2,883) and acid mucus (LV 672, HV 240 and HP 480) per um2 of lung tissue (p<0.05) compared to the sham group (4,660 um2 of total mucus and 1,873 um2 of acid mucus). In distal bronchioles there was a significant decrease in total mucus in the LV and HP group (p<0.05) compared to Sham and HV groups. The same phenomenon was observed regarding neutral mucus. We concluded that mechanical forces involved in MV affect mucociliary function. Mechanical ventilation probably leads to the dysfunction on the mucus production. This phenomenon is better perceived when higher volume and higher mean pressure (associated with inspired gases high flow) are used. An increase of the mean pressure combined with inspired gases high flow also leads to mucociliary cells suffering, to ciliary beat frequency dysfunction and probably cilia loss. These alterations probably occur due to the effect of the physical forces generated by the mechanical ventilation in association with the oscillation of the inflammatory response and local blood flow.

Células de músculo liso vascular são capazes de perceber estímulos mecânicos do sistema cardiovascular, coordenando pressão sanguínea e perfusão tecidual por meio da modulação do tônus e do diâmetro vascular via resposta contrátil. O gatilho inicial à contração é um aumento na concentração intracelular de cálcio e diversas vias de sinalização têm sido descritas na sustentação deste sinal inicial. Evidências atuais indicam que adesões focais desempenham papel crucial na contração através da organização do citoesqueleto de actina e engajamento com o aparato contrátil. Nosso grupo demonstrou que a proteína rica em cisteína e glicina 3 (CRP3) interage com a quinase de adesão focal (FAK) em resposta a um aumento do estiramento mecânico e existem evidências de que CRP3 modula a dinâmica do citoesqueleto de actina. Neste trabalho testamos a hipótese de que a proteína CRP3 atua como uma proteína de adesão focal que regula a contração de células musculares lisas aórticas. Por meio de ensaios de imunoprecipitação e colocalização, verificou-se a presença de CRP3 nas adesões focais de células selvagens. Evidenciou-se que a ausência de CRP3 está associada a aumento no tamanho médio de adesões focais em células musculares lisas aórticas de forma independente do substrato. Entretanto, em resposta à angiotensina II, células nocaute para CRP3 apresentam incapacidade de maturação das adesões focais, um evento que está associado ao reduzido conteúdo proteico de FAK, paxilina e MLC2 (plataformas moleculares envolvidas na maturação de adesões focais) observada em células nocaute. Consistente com o maior tamanho médio das adesões focais, células nocaute são mais rígidas e, portanto, menos elásticas que células selvagens, sendo que a rigidez avaliada por citometria magnético-óptica de oscilação se reflete na reduzida capacidade contrátil, seja em condições basais, em resposta à angiotensina II ou ao inibidor de ROCK, como evidenciado no ensaio de contração em gel de colágeno. Em síntese, os dados deste trabalho mostram que CRP3 está presente nas adesões focais, regulando tamanho e sinalização, com reflexos na rigidez (viscoelasticidade) e capacidade contrátil, variáveis fundamentais ao correto funcionamento de células musculares lisas aórticas. Em conjunto, as evidências deste trabalho suportam a hipótese de que CRP3 é um modulador de contratilidade e mecanotransdução em células musculares lisas aórticas / Smooth muscle cells act also as mecanosensors of the cardiovascular system, coordinating blood pressure and tissue perfusion by means of vascular tone and diameter modulation via the contractile response. The trigger for contraction is a rise in the intracellular calcium concentration and several signaling pathways have been described to sustain the initial calcium signal. Recent evidences highlight the crucial role of focal adhesions to the contractile response, given its role in actin cytoskeleton assembly and engagement with the actomyosin contractile apparatus. We have demonstrated that the cysteine and glycine-rich protein-3 (CRP3) interacts with focal adhesion kinase (FAK) in response to increased hemodynamic stress. Additionally, it has also been shown that CRP3 modulates actin cytoskeleton dynamics. Here, we tested the hypothesis that CRP3 acts as a focal adhesion protein that regulates the contraction of aortic smooth muscle cells. Through colocalization and immunoprecipitation studies we found that CRP3 is a focal adhesion protein in aortic smooth muscle cells. Focal adhesion mean size evaluation showed that in the baseline, CRP3 KO smooth muscle cells display greater focal adhesion size. However, upon angiotensin II (a contraction-triggering molecule) stimulation, CRP3 KO cells fail to maturate focal adhesions, an event that might be related to the reduced protein levels of FAK, paxillin, and MLC2 (key signaling molecules involved in focal adhesion maturation) observed in KO cells. Consistent with the greater mean focal adhesion size, CRP3 KO cells exhibited increased stiffness and therefore, reduced viscoelasticity when compared to wild type cells. The reduced viscoelasticity of KO cells seems to influence cell contractility, as CRP3 KO cells also displayed reduced contractile response in the baseline and in response to angiotensin II. In summary, these data showed that CRP3 is present at focal adhesions, regulating their size and signaling. Thus, CRP3 at focal adhesions influences cell stiffness and contractile capacity, which are key features of smooth muscle cell physiology. Altogether, our findings support the idea that CRP3 is a key modifier of contractility and mechanotransduction in aortic smooth muscle cells