Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Coronary artery disease (CAD) is a leading cause of death among Americans and is fueled by underlying metabolic syndrome (MetS). The prevalence and lethality of CAD necessitates rigorous investigations into its underlying mechanisms and to facilitate the development of effective treatment options. Coronary smooth muscle (CSM) phenotypic modulation from quiescent to synthetic, proliferative, and osteogenic phenotypes is a key area of investigation, with underlying mechanisms that remain poorly understood. Using a well-established pre-clinical model of CAD and MetS, the Ossabaw miniature swine, we established for the first time the time course of Ca2+ dysregulation during MetS-induced CAD progression. In particular, we used the fluorescent Ca2+ dye, fura-2, to examine alterations in CSM intracellular Ca2+ regulation during CAD progression, as perturbations in intracellular Ca2+ regulation are implicated in several cellular processes associated with CAD pathology, including CSM contractile responses and proliferative pathways. These studies revealed that the function of several CSM Ca2+ handling proteins is elevated in early CAD, followed by loss of function in severe atherosclerotic plaques. Decreased intracellular Ca2+ regulation occurred concurrently with reductions in CSM proliferation, measured with Ki-67 staining. In particular, alterations in sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+ store together with altered function of the sarco/endoplasmic reticulum Ca2+ ATPase (SERCA) were associated with induction of proliferation. Organ culture of coronary arterial segments revealed that culture-induced medial thickening was prevented by SERCA inhibition with cyclopiazonic acid (CPA). Activation of SERCA with the small molecule activator, CDN1163, increased CSM proliferation, which was attenuated by treatment with CPA, thus establishing upregulated SERCA function as a proximal inducer of CSM proliferation. Further, we demonstrated that in vitro treatment of CSM from lean Ossabaw swine with the glucagon-like peptide-1 (GLP-1) receptor agonist, exenatide, increased SERCA function. However, in vivo treatment of Ossabaw swine with MetS with the GLP-1 receptor agonist, AC3174, had no effect on CAD progression and in vitro examination revealed resistance of SERCA to GLP-1 receptor agonism in MetS. These findings further implicate SERCA in CAD progression. Collectively, these are the first data directly linking SERCA dysfunction to CSM proliferation and CAD progression, providing a key mechanistic step in CAD progression.

Les polynucléaires neutrophiles représentent 50-70% des leucocytes sanguins et possèdent un rôle majeur dans la défense de l'organisme contre les pathogènes. Le Ca2+ est un second messager qui joue un rôle primordial dans le chimiotactisme, la phagocytose, la dégranulation et la production de formes réactives de l'oxygène (FRO) afin de neutraliser l'agent pathogène. Dans ces cellules, l'influx calcique de type SOCE est essentiel pour l'homéostasie calcique. Il est peu étudié en raison du manque d'outils pharmacologiques spécifiques d'où l'importance dans un premier temps de chercher de nouvelles molécules. Les cellules T Jurkat dont le SOCE est largement caractérisé servent de modèle pour la caractérisation initiale de ces molécules. Le 2-APB est parmi les molécules les plus largement utilisées dans la caractérisation du SOCE en raison de sa double activité sur le SOCE avec une potentialisation à [1-10 μM] et une inhibition à [> 20 μM]. En revanche, ce produit manque de spécificité et agit sur d'autres cibles cellulaires comme les récepteurs à l'inositol (1,4,5)-trisphosphate (InsP3Rs). La 1ère étape est de sélectionner à partir d'analogues commerciaux du 2-APB (Methoxy-APB, Dimethoxy-APB, Cyclic-APB, Benzothienyl-APB, Thienyl-APB et MDEB), des composés plus spécifiques et également plus efficaces que la molécule mère. Deux molécules se sont distinguées : le MDEB comme uniquement potentialisant du SOCE et le Benzothienyl-APB comme un puissant inhibiteur. En revanche, tous les analogues du 2-APB inhibent les InsP3Rs à l'exception du MDEB qui semble plus spécifique du SOCE. L'effet du MDEB sur le courant calcique, ICRAC, a été étudié grâce à la technique du patch-clamp. Il augmente d'environ 4 fois l'amplitude de ICRAC par rapport à celle enregistrée dans les cellules contrôle. Par ailleurs, le MDEB ralentie l'inactivation rapide de ICRAC due au Ca2+. Sur le plan physiologique, le MDEB à des concentrations croissantes inhibe la synthèse de l'IL-2 dans les cellules Jurkat stimulées et ceci malgré son effet potentialisant du SOCE. Cette activité est liée à son effet pro-apoptotique dans les cellules Jurkat stimulées. Le MDEB et le Benzothienyl-APB caractérisés dans la 1ère partie nous ont servi d'outils potentiels afin d'étudier le SOCE des cellules PLB-985 différenciées en cellules proches de neutrophiles. Le SOCE a été induit soit par un traitement des cellules avec la thapsigargine (Tg) soit de manière physiologique avec les peptides fMLF et le WKYMVm deux chimioattractants, ligands des récepteurs aux peptides formylés FPR et FPRL1 respectivement. En plus, le SOCE induit par la Tg est modulable par le 2-APB, potentialisé par le MDEB et inhibé par le Benzothienyl-APB. La phagocytose des levures par les cellules PLB-985 différenciées ainsi que la production de FRO intraphagosomales ont été inhibées par le MDEB et le Benzothienyl-APB. Les FRO extracellulaires ont été également inhibées par Benzothienyl-APB en revanche à cause de la forte interférence du MDEB avec la technique de mesure nous n'avons pas pu étudier ses activités. En conclusion, le MDEB et le Benzothienyl-APB sont de nouveaux outils pharmacologiques potentialisant ou inhibant le SOCE des leucocytes, qui nous permettront dans l'avenir une meilleure compréhension de l'entrée calcique et ses rôles dans ces cellules.

Les polynucléaires neutrophiles représentent 50-70% des leucocytes sanguins et possèdent un rôle majeur dans la défense de l’organisme contre les pathogènes. Le Ca2+ est un second messager qui joue un rôle primordial dans le chimiotactisme, la phagocytose, la dégranulation et la production de formes réactives de l’oxygène (FRO) afin de neutraliser l’agent pathogène. Dans ces cellules, l’influx calcique de type SOCE est essentiel pour l'homéostasie calcique. Il est peu étudié en raison du manque d’outils pharmacologiques spécifiques d’où l’importance dans un premier temps de chercher de nouvelles molécules. Les cellules T Jurkat dont le SOCE est largement caractérisé servent de modèle pour la caractérisation initiale de ces molécules. Le 2-APB est parmi les molécules les plus largement utilisées dans la caractérisation du SOCE en raison de sa double activité sur le SOCE avec une potentialisation à [1-10 μM] et une inhibition à [> 20 μM]. En revanche, ce produit manque de spécificité et agit sur d’autres cibles cellulaires comme les récepteurs à l’inositol (1,4,5)-trisphosphate (InsP3Rs). La 1ère étape est de sélectionner à partir d’analogues commerciaux du 2-APB (Methoxy-APB, Dimethoxy-APB, Cyclic-APB, Benzothienyl-APB, Thienyl-APB et MDEB), des composés plus spécifiques et également plus efficaces que la molécule mère. Deux molécules se sont distinguées : le MDEB comme uniquement potentialisant du SOCE et le Benzothienyl-APB comme un puissant inhibiteur. En revanche, tous les analogues du 2-APB inhibent les InsP3Rs à l’exception du MDEB qui semble plus spécifique du SOCE. L’effet du MDEB sur le courant calcique, ICRAC, a été étudié grâce à la technique du patch-clamp. Il augmente d’environ 4 fois l’amplitude de ICRAC par rapport à celle enregistrée dans les cellules contrôle. Par ailleurs, le MDEB ralentie l’inactivation rapide de ICRAC due au Ca2+. Sur le plan physiologique, le MDEB à des concentrations croissantes inhibe la synthèse de l’IL-2 dans les cellules Jurkat stimulées et ceci malgré son effet potentialisant du SOCE. Cette activité est liée à son effet pro-apoptotique dans les cellules Jurkat stimulées. Le MDEB et le Benzothienyl-APB caractérisés dans la 1ère partie nous ont servi d’outils potentiels afin d’étudier le SOCE des cellules PLB-985 différenciées en cellules proches de neutrophiles. Le SOCE a été induit soit par un traitement des cellules avec la thapsigargine (Tg) soit de manière physiologique avec les peptides fMLF et le WKYMVm deux chimioattractants, ligands des récepteurs aux peptides formylés FPR et FPRL1 respectivement. En plus, le SOCE induit par la Tg est modulable par le 2-APB, potentialisé par le MDEB et inhibé par le Benzothienyl-APB. La phagocytose des levures par les cellules PLB-985 différenciées ainsi que la production de FRO intraphagosomales ont été inhibées par le MDEB et le Benzothienyl-APB. Les FRO extracellulaires ont été également inhibées par Benzothienyl-APB en revanche à cause de la forte interférence du MDEB avec la technique de mesure nous n’avons pas pu étudier ses activités. En conclusion, le MDEB et le Benzothienyl-APB sont de nouveaux outils pharmacologiques potentialisant ou inhibant le SOCE des leucocytes, qui nous permettront dans l’avenir une meilleure compréhension de l'entrée calcique et ses rôles dans ces cellules. / Neutrophils represent 50-70% of human blood leukocytes; their role is to protect the body against pathogens. Calcium is a second messenger which plays an important role in chemotaxis, phagocytosis, degranulation and the production of reactive oxygen species (ROS) in order to eliminate microbes. In neutrophils, the mechanism of store-operated calcium entry (SOCE) is essential for calcium homeostasis. However, neutrophil SOCE is not well understood because of the lack of specific pharmacological tools. It is necessary to first identify and characterize new molecules using a model of Jurkat T cells in which SOCE was the best characterized. 2-APB is the most widely used molecule in SOCE characterization due to its dual activity with a potentiation at lower concentrations [1-10 μM] and an inhibition at higher concentrations [> 20 μM]. However, this molecule lacks specificity because it acts on other cellular targets such as inositol (1,4,5)-trisphosphate receptors (InsP3Rs). The first step is to select from a library of 8 commercial 2-APB analogues (Methoxy-APB, Dimethoxy-APB, Cyclic-APB, Benzothienyl-APB, Thienyl-APB and MDEB) those that are more specific and also more efficient molecules than 2-APB. Two interesting molecules were identified, MDEB as the only SOCE potentiating product currently known and the Benzothienyl-APB, which is a strong inhibitor. Like 2-APB, all these analogues inhibit InsP3Rs except MDEB, which seems to be more specific. The effect of MDEB on the calcium current, ICRAC, was also studied using the patch-clamp technique. MDEB increases ~4 times the ICRAC amplitude in comparison with control. Otherwise, MDEB slows down the fast Ca2 +-dependent inactivation of ICRAC. Functionally, MDEB at increasing concentrations inhibits IL-2 synthesis in stimulated Jurkat T cells despite its potentiating activity on SOCE. The inhibition is due to MDEB induced apoptosis in stimulated Jurkat T cells. MDEB and Benzothienyl-APB were then used as tools to study SOCE in a neutrophil-like cell model, the differentiated PLB-985 cells. SOCE was induced either by treatment of cells with thapsigargin (Tg) or physiologically with the chemotactic peptides fMLF and WKYMVm, ligands of formyl peptide receptors FPR and FPRL1 respectively. In addition, Tg-induced SOCE was modulated by 2-APB, potentiated by MDEB and inhibited by Benzothienyl-APB. The consequences of these analogues on neutrophil functions were also studied. Phagocytosis of yeasts by PLB-985 cells and intraphagosomal ROS production were inhibited by MDEB and Benzothienyl-APB. Furthermore, extracellular ROS were also inhibited by Benzothienyl-APB. However, because of the high interference of MDEB with our techniques, its activities could not be studied. In conclusion, MDEB and Benzothienyl-APB are new analogues of 2-APB potentiating and inhibiting SOCE, which allow us in the future a better understanding of leukocyte SOCE and its cellular roles.

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