L’Insulin-like growth factor-1 (IGF-1) est un peptide vasoconstricteur qui joue un rôle proéminent dans la progression des maladies cardiovasculaires, grâce à la génération d'espèces réactives de l'oxygène (ERO), ainsi que par l'hyperactivation des voies de signalisation qui promeuvent la croissance et l'expression aberrante des gènes. Les histones désacétylases (HDACs), par leur aptitude à modifier le statut d'acétylation des résidus lysine dans les protéines d'histones et non-histones, régulent la transcription des gènes. Des études récentes ont montré qu'une activation accrue des HDACs, notamment HDAC5, est associée à des troubles vasculaires tels que l'athérosclérose. Cependant, le rôle de l'IGF-1 dans l'activation des HDACs par phosphorylation demeure mal caractérisé. Donc, dans les études présentes, on a examiné l’effet de l’IGF-1 sur la phosphorylation de HDAC5 dans les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) de type A10 et on a identifié les voies de signalisation impliquées dans ce processus. Le traitement des CMLV avec l’IGF-1 a augmenté la phosphorylation de HDAC5 sur la serine 498 de manière temps- et dose-dépendante. La pré-incubation des cellules avec l’AG1024, un inhibiteur pharmacologique du récepteur membranaire à l’IGF-1, a significativement atténué la phosphorylation d’HDAC5 induite par l'IGF-1. Par contre, le prétraitement avec l’AG1478, un inhibiteur du récepteur du facteur de croissance épidermique, n'a pas eu d'effet significatif sur les niveaux de phosphorylation d’HDAC5. En outre, le blocage pharmacologique de la voie MAP kinase avec divers inhibiteurs (PD98059, UO126, SP600125 et SB203580) n’a pas abrogé la phosphorylation d’HDAC5, cependant les inhibiteurs de la voie protéine kinase B (PKB)/PI3-K, SC-66 et wortmannine respectivement, ont complètement aboli la phosphorylation d’HDAC5 induite par l’IGF-1. Ces données ont été confirmées par des expériences d’immunofluorescence et de silençage génique de PKB par interférence d’ARN. En outre, le prétraitement des cellules avec le diphénylèneiodonium (DPI) et l’apocynine, deux inhibiteurs de la NAD(P)H oxydase, ainsi que l'antioxydant N-acétyl-cystéine (NAC), a atténué la phosphorylation de HDAC5 et de PKB par l’IGF-1. De plus, le silençage génique de Nox4, la principale NAD(P)H oxydase des CMLV, a atténué la phosphorylation d’HDAC5 induite par l’IGF-1. De plus, l’utilisation des techniques d’extraction nucléaire a indiqué que le SC-66 et le DPI inhibent l’exportation nucléaire de HDAC5 induit par IGF-1. En résumé, ces données suggèrent que l'IGF-1 induit la phosphorylation et l’exportation nucléaire de HDAC5 de façon ERO et PKB-dépendante dans les CMLV. / Insulin-like growth factor 1 (IGF-1), a potent mitogenic and vasoactive factor, has been shown to play a role in the development of cardiovascular diseases. This occurs through the generation of reactive oxygen species (ROS) as well as through the hyperactivation of mitogenic and growth promoting signaling pathways and the subsequent alteration in gene expression. Histone deacetylases (HDACs), by their ability to modify the acetylation status of the lysine residues in histone and non-histone proteins, regulate gene transcription. Recent studies have demonstrated that a heightened activation of HDACs, notably HDAC5, is associated with vascular disorders such as atherosclerosis. However, a role of IGF-1 in HDAC phosphorylation and activation has not been investigated. Therefore, in the present studies, we examined the effect of IGF-1 on the phosphorylation of HDAC5 in vascular smooth muscle cells (VSMCs) and identified the signaling pathways involved in this process. Treatment of A10 VSMCs with IGF-1 enhanced the phosphorylation of HDAC5 at serine 498 in a time and dosedependent fashion. Pretreatment of cells with AG1024, a selective pharmacological inhibitor of IGF-1R, significantly inhibited IGF-1-induced HDAC5 phosphorylation in A10 VSMCs whereas AG1478, a selective inhibitor of epidermal growth factor receptor (EGFR), did not have an inhibitory effect on the levels of phospho-HDAC5. Pharmacological blockade of the MAPK pathway with PD98059, UO126, SP600125 and SB203580 had no effect on HDAC5 phosphorylation, whereas inhibitors of the PI3K/ PKB pathways, wortmannin and SC-66 respectively, almost completely attenuated IGF- 1-induced HDAC5 phosphorylation. These findings were confirmed by immunofluorescence localization of phospho-HDAC5 and by siRNA-induced silencing of PKB. In addition, pretreatment of A10 VSMCs with Diphenyleneiodonium (DPI) and apocynin, two NAD(P)H oxidase inhibitors, as well as the antioxidant N-Acetyl-Cysteine (NAC), resulted in an attenuation of IGF-1-induced HDAC5 and PKB phosphorylation. Furthermore, siRNA-induced silencing of Nox4, the main NADPH oxidase expressed in VSMC, inhibited IGF-1 induced HDAC5 phosphorylation. Moreover, IGF-1-induced phosphorylation of HDAC5 resulted in its nuclear export, which was reversed by blockade of PKB by SC-66 or NAD(P)H oxidase inhibition by DPI. In summary, these data demonstrate that IGF-1 induces the phosphorylation and nuclear export of HDAC5 in a Nox4-derived ROS- and PKB-dependent fashion in VSMCs.

Un remodelage vasculaire anormal est à la base de la pathogenèse des maladies cardio-vasculaires (MCV) telles que l’athérosclérose et l’hypertension. Des dysfonctionnements au niveau de la migration, l’hypertrophie et la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) sont des évènements cellulaires qui jouent un rôle primordial dans le remodelage vasculaire. L’insulin-like growth factor 1 (IGF-1), puissant facteur mitogène, contribue au développement des MCV, notamment via l’activation des protéines MAPK et PI3-K/PKB, composantes clés impliquées dans les voies de croissance cellulaire. Ces molécules sont également impliquées dans la modulation de l’expression de nombreux facteurs de transcription, incluant le facteur Egr-1. Egr-1 est régulé à la hausse dans différents types de maladies vasculaires impliquant les voies de signalisation de croissance et de stress oxydant qui par ailleurs peuvent être déclenchées par l’IGF-1. Cependant, la question d’une possible modulation de l’expression d’Egr-1 dans les CMLV demeure inabordée; plus spécifiquement, la caractérisation de la voie de signalisation reliant l’action d’IGF-1 à l’expression d’Egr-1 reste à établir. Dans cette optique, l’objectif de cette étude a été d’examiner l’implication de MAPK, PKB et des dérivés réactifs de l’oxygène (DRO) dans l’expression d’Egr-1 induite par l’IGF-1 dans les CMLV. L’IGF-1 a induit une augmentation marquée du niveau protéique de l’Egr-1 en fonction du temps et de la concentration utilisés. Cette augmentation a été inhibée en fonction des doses d’agents pharmacologiques qui ciblent les voies de signalisation de MAPK, PKB et DRO. De plus, l’expression du facteur de transcription, Egr-1, en réponse de l’IGF-1, a été atténuée suite à un blocage pharmacologique des processus cellulaires responsables de la synthèse d’ARN et de synthèse protéique. Pour conclure, on a démontré que l’IGF-1 stimule l’expression d’Egr-1 via les voies de signalisation, impliquant ERK1/2/JNK, PI3K/PKB. On a également proposé que les DRO jouent un rôle important dans ce processus. Dans l’ensemble, nous avons suggéré un nouveau mécanisme par lequel l’IGF-1 promeut la prolifération et l’hypertrophie cellulaire, processus à la base des anomalies vasculaires. / Aberrant vascular remodelling underlies the pathogenesis of major cardiovascular diseases (CVD), such as atherosclerosis and hypertension. Abnormal growth, migration and proliferation of vascular smooth muscle cells (VSMC) are believed to play a critical role in vascular remodelling. IGF-1, potent mitogen, is believed to contribute to the development of CVD through the hyperactivation of proliferative and growth promoting pathways including mitogen-activated protein kinase (MAPK) and protein kinase B (PKB) pathways. It has also been implicated in modulating the expression of multiple transcription factors, including the early growth response protein-1 (Egr-1). Egr-1 upregulation has been observed in different models of vascular diseases implicating growth and redox signalling such as observed in response to IGF-1. However, modulation of Egr-1 expression by IGF-1 in VSMC, more specifically the signaling pathways involved in this process remain poorly characterized. Therefore, in the present studies, we investigated the implication of MAPK, PKB and ROS in IGF-1-induce Egr-1 expression in VSMC. IGF-1 induced a marked increase in Egr-1 protein level in a time and dose-dependent fashion. This increase was dose dependently inhibited by different pharmacological inhibitors targeting MAPK, PKB and reactive oxygen species (ROS) generation. Furthermore, pharmacological inhibitors of RNA and protein synthesis also attenuated IGF-1-induce response on Egr-1 expression. In conclusion, we showed that IGF-1 stimulates the expression of Egr-1 through ERK1/2/JNK and PI3K/PKB. We also propose that ROS generation plays an important role in this response. Overall, we propose a novel mechanism through which IGF-1 may exert its deleterious responses in vascular abnormalities.

La voie de signalisation des phosphoinositides joue un rôle clé dans la régulation du tonus vasculaire. Plusieurs études rapportent une production endogène de l’angiotensin II (Ang II) et de l’endothéline-1 (ET-1) par les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs) de rats spontanément hypertendus (spontaneously hypertensive rats : SHR). De plus, l’Ang II exogène induit son effet prohypertrophique sur les CMLVs selon un mécanisme dépendant de la protéine Gqα et de la PKCẟ. Cependant, le rôle de l’axe Gqα/PLCβ/PKCẟ dans l’hypertrophie des CMLVs provenant d’un modèle animal de l’hypertension artérielle n’est pas encore étudié. L’objectif principal de cette thèse est d’examiner le rôle de l’axe Gqα/PLCβ1 dans les mécanismes moléculaires de l’hypertrophie des CMLVs provenant d’un modèle animal d’hypertension artérielle essentielle (spontaneously hypertensive rats : SHR). Nos premiers résultats indiquent que contrairement aux CMLVs de SHR âgés de 12 semaines (absence d’hypertrophie cardiaque), les CMLVs de SHR âgés de 16 semaines (présence d’hypertrophie cardiaque) présentent une surexpression protéique endogène de Gqα et de PLCβ1 par rapport aux CMLVs de rats WKY appariés pour l’âge. L’inhibition du taux d’expression protéique de Gqα et de PLCβ1 par des siRNAs spécifiques diminue significativement le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR. De plus, la surexpression endogène des Gqα et PLCβ1, l’hyperphosphorylation de la molécule ERK1/2 et le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR de 16 semaines ont été atténués significativement par des antagonistes des récepteurs AT1 (losartan) et ETA (BQ123), mais pas par l’antagoniste du récepteur ETB (BQ788). L’inhibition pharmacologique des MAPKs par PD98059 diminue significativement la surexpression endogène de Gqα/PLCβ1 et le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR. D’un côté, l’inhibition du stress oxydatif (par DPI, inhibiteur de la NAD(P)H oxidase, et NAC , molécule anti-oxydante), de la molécule c-Src (PP2) et des récepteurs de facteurs de croissance (AG1024 (inhibiteur de l’IGF1-R), AG1478 (inhibiteur de l’EGFR) et AG1295 (inhibiteur du PDGFR)) a permis d’atténuer significativement la surexpression endogène élevée de Gqα/PLCβ1 et l’hypertrophie des CMLVs de SHR. D’un autre côté, DPI, NAC et PP2 atténuent significativement l’hyperphosphorylation de la molécule c-Src, des RTKs (récepteurs à activité tyrosine kinase) et de la molécule ERK1/2. Dans une autre étude, nous avons aussi démontré que la PKCẟ montre une hyperphosphorylation en Tyr311 dans les CMLVs de SHR comparées aux CMLVs de WKY. La rottlerin, utilisée comme inhibiteur spécifique de la PKCẟ, inhibe significativement cette hyperphosphorylation en Tyr311 dépendamment de la concentration. L’inhibition de l’activité de la PKCẟ par la rottlerin a été aussi associée à une atténuation significative de la surexpression protéique endogène de Gqα/PLCβ1 et l’hypertrophie des CMLVs de SHR. De plus, l’inhibition pharmacologique de l’activité de la PKCẟ, en amont du stress oxydatif, a permis d’inhiber significativement l’activité de la NADPH, le taux de production élevée de l’ion superoxyde ainsi que l’hyperphosphorylation de la molécule ERK1/2, de la molécule c-Src et des RTKs. À notre surprise, nous avons aussi remarqué une surexpression protéique de l’EGFR et de l’IGF-1R dans les CMLVs de SHR à l’âge de 16 semaines. L’inhibition pharmacologique de l’activité de la PKCẟ, de la molécule c-Src et du stress oxydatif a permis d’inhiber significativement la surexpression protéique endogène de ces RTKs. De plus, l’inhibition de l’expression protéique de l’EGFR et de la molécule c-Src par des siRNA spécifiques atténue significativement le taux d’expression protéique élevé de Gqα et de PLCβ1 ainsi que le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR. Des siRNAs spécifiques à la PKCẟ ont permis d’atténuer significativement le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR et confirment le rôle important de la PKCẟ dans les mécanismes moléculaires de l’hypertrophie des CMLVs selon une voie dépendante du stress oxydatif. En conclusion, ces résultats suggèrent un rôle important de l’activation endogène de l’axe Gqα-PLCβ-PKCẟ dans le processus d’hypertrophie vasculaire selon un mécanisme impliquant une activation endogène des récepteurs AT1/ETa, de la molécule c-Src, du stress oxidatif, des RTKs et des MAPKs. / Vascular Gqα signaling has been shown to regulate cardiovascular contractility and growth. Vascular smooth muscle cells (VSMC) from SHR have been shown to exhibit enhanced endogenous production of angiotensin II (Ang II) and endothéline-1 (ET-1). In addition, exogenous Ang II was shown to induce VSMC hypertrophy through Gqα and PKCẟ signaling. However, studies on the role of Gqα/PLCβ1 proteins and PKCẟ signaling in VSMC hypertrophy in animal model of essential hypertension are lacking. The objective of the present thesis is to examine the role of Gqα/PLCβ1 proteins and the associated signaling pathways in VSMC hypertrophy using spontaneously hypertensive rats (SHR). VSMC from 16 week-old SHR (presence of cardiac hypertrophy) and not from 12 week-old SHR (absence of cardiac hypertrophy) exhibited enhanced levels of Gqα/PLCβ1 proteins as compared to age-matched Wistar-Kyoto (WKY) rats. The knockdown of Gqα and PLCβ1 in VSMC from 16 week-old SHR by antisense oligodeoxynucleotides and/or siRNA resulted in attenuation of protein synthesis. In addition, the enhanced expression of Gqα/PLCβ1 proteins, enhanced phosphorylation of ERK1/2 and enhanced protein synthesis in VSMC from SHR were attenuated by Ang II AT1 and ET-1 ETA receptor antagonists losartan and BQ123, respectively, but not by ETB receptor antagonist BQ788. In addition, PD98059 decreased the enhanced expression of Gqα/PLCβ1 and protein synthesis in VSMC from SHR. Since oxidative stress has been shown to be increased in hypertension, we tested the role of oxidative stress in enhanced expression of Gqα and PLCβ1 proteins and VSMC hypertrophy in SHR and further explore the underlying mechanisms responsible for this response. The increased expression of Gqα and PLCβ1 proteins as well as increased protein synthesis exhibited by VSMC from SHR were significantly attenuated by antioxidants: N-acetylcysteine (NAC), a scavenger of superoxide anion, DPI, an inhibitor of NAD(P)H oxidase, PP2 (c-Src inhibitor), AG1024 (IGFR inhibitor), AG1478 (EGFR inhibitor) and AG1295 (PDGFR inhibitor). In addition, the levels of IGF-1R and EGFR proteins and not of PDGFR were also enhanced in VSMC from 16 week-old SHR which were attenuated significantly by NAC, DPI and PP2. Furthermore, the inhibition of oxidative stress and c-Src molecule also attenuated the enhanced phosphorylation of IGF-1R, PDGFR, EGFR and EKR1/2 in VSMC from SHR. To further confirm our results, the knockdown of EGFR and c-Src with specific siRNA was also associated with a significant decrease in the enhanced expression of Gqα and PLCβ1 proteins and enhanced protein synthesis in VSMC from SHR. In another study we showed also that VSMC from 16 week-old SHR exhibit enhanced phosphorylation of PKCδ at Tyrosine 311 (Tyr311) as compared to VSMCs from WKY rats which was attenuated by rottlerin (PKCδ inhibitor) in a concentration dependant-manner. Furthermore, rottlerin also attenuated the increased production of superoxide anion, NAD(P)H oxidase activity, c-Src phosphorylation and ERK1/2 phosphorylation in VSMC from SHR. In addition, rottlerin and PKCδ-siRNA also attenuated the enhanced protein synthesis in VSMCs from SHR. The increased expression of Gqα, PLCβ1, IGF-1R and EGFR exhibited by VSMC from SHR were also attenuated by rottlerin in a concentration dependant manner. Rottlerin also inhibited significantly the enhanced phosphorylation of IGF-1R, PDGFR and EGFR in VSMCs from SHR and WKY. These results suggest that the enhanced levels of endogenous Ang II and ET-1 enhanced the expression of Gqα/PLCβ1 proteins in VSMC from 16 week-old SHR and result in VSMC hypertrophy. On the other hand, the enhanced oxidative stress, c-Src and PKCẟ activation, through the transactivation of growth factor receptors and MAPK signaling contribute to enhanced expression of Gqα and PLCβ1 proteins and resultant enhanced protein synthesis.

Il a été démontré que la sirtuine 1 (Sirt-1), une histone désacétylase de classe III, est surexprimée dans le coeur des rats spontanément hypertendus (SHR). Nous avons récemment montré que les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) des SHR présentent une expression accrue de Sirt-1 par rapport aux rats Wistar Kyoto (WKY) de même âge qui contribue à l’augmentation de la régulation de la protéine Giα impliquée dans la pathogenèse de l'hypertension. La présente étude a été effectuée pour étudier le rôle de l'augmentation de l'expression de la Sirt-1 dans la pathogenèse de l'hypertension chez les SHR et pour explorer les mécanismes moléculaires impliqués dans cette réponse. Dans cette étude, un inhibiteur sélectif de la Sirt-1, EX-527 (5 mg/kg de poids corporel), a été injecté par voie intrapéritonéale chez des rats SHR adultes de 8 semaines et des rats WKY de même âge, deux fois par semaine pendant 3 semaines. La pression artérielle (PA) et la fréquence cardiaque ont été mesurées deux fois par semaine par la méthode non invasive du brassard autour de la queue. Le traitement avec l’inhibiteur spécifique de la Sirt-1, l'EX-527, a atténué les augmentations de PA (de 76 mmHg) et de fréquence cardiaque chez les rats SHR. La surexpression de Sirt-1 et des protéines Giα dans le coeur, les CMLV et l'aorte a été atténuée au niveau des contrôles par l'inhibiteur de la Sirt-1. L'inhibition de la Sirt-1 a également atténué les niveaux accrus des anions superoxydes, l’activité de la NADPH oxydase et la surexpression des sous-unités de la NADPH oxydase ; les protéines Nox2, Nox4 et P47phox dans les CMLV isolées des SHR traités par l’EX-527. De plus, les niveaux réduits du monoxyde d'azote synthase endothélial (eNOS) et du monoxyde d'azote (NO) et les niveaux accrus de la peroxynitrite (ONOO-) dans les CMLV des SHR ont également été rétablis à des niveaux contrôles par l'inhibiteur de la Sirt-1. Ces résultats suggèrent que l'inhibition de la surexpression de la Sirt-1, en diminuant les niveaux accrus des protéines Giα et du stress nitro-oxydant, atténue la PA élevée chez les rats SHR. Il est donc possible de suggérer que les inhibiteurs de la Sirt-1 puissent être utilisés comme des agents thérapeutiques dans le traitement des complications cardiovasculaires associées à l'hypertension. / Sirtuin-1 (Sirt-1), class III histone deacetylase, has been shown to be overexpressed in hearts from spontaneously hypertensive rats (SHR). We recently showed that vascular smooth muscle cells (VSMC) from SHR exhibit enhanced expression of Sirt-1 as compared to age-matched Wistar Kyoto (WKY) rats, which contributes to the upregulation of Giα protein implicated in the pathogenesis of hypertension. The present study was undertaken to investigate the role of upregulated Sirt-1 expression in the pathogenesis of hypertension in SHR and to explore the underlying molecular mechanisms involved in this response. For this study, a selective inhibitor of Sirt-1, EX-527 (5mg/kg of body weight), was injected intraperitoneally into 8-week-old adult SHR and age-matched WKY rats twice per week for 3 weeks. The blood pressure (BP) and heart rate was measured twice a week by the CODA™ non-invasive tail cuff method. Treatment of SHR with Sirt-1-specific inhibitor, EX-527, attenuated high BP by 76 mmHg and inhibited the augmented heart rate. The overexpression of Sirt-1 and Giα proteins in heart, VSMC and aorta was attenuated to the control levels by Sirt-1 inhibitor. Inhibition of Sirt-1 also attenuated the enhanced levels of superoxide anion, NADPH oxidase activity and the overexpression of NADPH oxidase subunits; Nox2, Nox4 and P47phox proteins in VSMC isolated from EX-527-treated SHR. Furthermore, the decreased levels of endothelial nitric oxide synthase (eNOS) and nitric oxide (NO) and increased levels of peroxynitrite (ONOO-) in VSMC from SHR were also restored to control levels by Sirt-1 inhibitor. These results suggest that the inhibition of overexpression of Sirt-1 through decreasing the enhanced levels of Giα proteins and nitro-oxidative stress attenuates the high BP in SHR. It may thus be suggested that inhibitors of Sirt-1 may have the potential to be used as therapeutic agents in the treatment of cardiovascular complications associated with hypertension.

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Thema: „Einfluß der zyklischen mechanischen Dehnung auf humane Gefäßzellen aus der Tunica media von der Vene, Arterie und Aorta“ Autor(en): Neubert D. [1],Mohr F.W.[2], Dhein S.[2] Institut(e): [1]Sana Kliniken Leipziger Land, Gefäßchirurgie, Borna, Germany, [2]Universität Leipzig, Herzzentrum, Klinik für Herzchirurgie, Leipzig, Germany Fragestellung: Verhalten humaner glatter Gefäßmuskelzellen unter der zyklischen mechanischen Dehnung im Zellkulturexperiment. Methodik: Es wurden erstmalig Veränderungen der Proteinexpressionen von α-SM Aktin, Prolyl- 4-Hydroxylase, Decorin und Kollagen I unter statischen Bedingungen und zyklischer mechanischer Dehnung beobachtet. Hierzu wurden die Zellen mittels Gewebeverdau aus nativen humanen Arterien, Aorta und Venen gewonnen. Die Experimente wurden mit Hilfe einer „Flexercell strain unit“ durchgeführt und die Zellkulturen unter Zellkulturbedingungen auf „Bioflex“-kollagenbeschichtete Platten einer Dehnung von 10%, 0.5 Hz, 24 und 96 Stunden ausgesetzt. Die Proteinanalyse erfolgte mittels Western Blot. Ergebnis: Es läßt sich folgern, dass eine abnehmende und fehlende zyklische mechanische Dehnung eine Phänotypänderung der arteriellen Gefäßzellen aus der Tunica media von kontraktilen hin zum sekretorischen und proliferativen Typ bewirkt. Konträr verhält es sich unter Vorliegen einer zyklischen mechanischen Dehnung wie der pulsatilen Wanddehnung. Hierbei wird in den arteriellen Gefäßzellen der kontraktile Phänotyp ausgebildet. In den Gefäßzellen der Venen konnte unter Zellkulturdehnung eine starke Zunahme der extrazellulären Matrix und die Begünstigung des sekretorischen und damit proliferativen Typs beobachtet werden. Schlussfolgerung: Bei fortschreitender Arteriosklerose einhergehend mit der Abnahme der Wandelastizität und dadurch reduzierter pulsatiler Stimuli ist eine zunehmende Zellproliferation und Synthese von extrazellulärer Matrix zu erwarten, welche folgend die Progredienz stenotischer Gefäßveränderungen bewirken würde. In diesem Kontext begünstigen möglicherweise die medizinischen minimalinvasiven Behandlungen mit Stentgraftmaterialien die Gefäßwandhyperplasie mit Ausbildung von Restenosen. In der Gefäßchirurgie häufig beobachteten Stenosierungen im Bereich der Gefäßnaht könnten durch den Verlust der Wandelastizität und hierdurch Reduktion der Wanddehnung im Bereich der Nahtlinie erklärt werden. Unter Annahme einer geringeren Gefäßwandelastizität bei erhöhten Gefäßwandtonus wären Beobachtungen zu protektiven Massnahmen wie auch medikamentöse Behandlungen im frühen Stadium der pAVK wie zum Beispiel durch Abnahme des peripheren Gefäßtonus mit peripheren Vasodilatatoren sinnvoll. Die unter Zellkulturdehnung beobachtete starke Zunahme der extrazellulären Matrix der glatten Muskelzellen der Vene sollte eine Erklärung für die höhere Stenoseneigung durch Gefäßwandhyperplasie und Hypertrophie in arterialisierten Venen sein. Der regulatorische Einfluß des pulsatilen Stimulus findet im Zusammenhang mit dem Verständnis des humanen Gefäßsystems und dessen Erkrankungen einschließlich der Reaktion in vivo auf medizinische Eingriffe noch wenig Anerkennung.

Une hyperactivation de la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) contribue à la pathogenèse des maladies des vaisseaux. Des travaux antérieurs suggèrent que l’augmentation de l'adénosine monophosphate cyclique (AMPc) inhibe la prolifération des CMLV. Provoquer une augmentation d’AMPc préviendrait aussi certaines maladies vasculaires qui sont associées à des altérations dans sa signalisation impliquant l'activité de la protéine kinase A (PKA). Des études ont démontré la contribution du facteur de transcription « early growth response protein-1» (Egr-1) dans la pathogenèse des maladies vasculaires et une surexpression d’Egr-1 a été rapportée dans des modèles d'athérosclérose et d'hyperplasie intimale. Divers agents vasoactifs contrôlent l'expression d’Egr-1 suivant des mécanismes qui ont fait l’objet de plusieurs études mais demeurent incomplètement élucidés. L'angiotensine-II (Ang-II) est l'un des principaux peptides vasoactifs impliqués dans la pathogenèse des maladies vasculaires. Une des voies de signalisation induite par l’Ang-II implique l’augmentation du calcium (Ca2+) intracellulaire. Celle-ci se produit par l’activation de l'entrée de calcium opérée par la relâche des réserves (SOCE) de Ca2+ réticulaire suite à l’activation du récepteur à l’inositol-3-phosphate (IP3R) et le recrutement ultérieur du complexe conducteur formé par la molécule d'interaction stromale 1 (STIM-1) et le canal Orai-1. Bien qu’il ait déjà été démontré que l’expression de l'Egr-1 est régulée par la signalisation calcique en réponse à plusieurs stimuli, l'implication du complexe STIM-1/Orai-1 dans l'expression d'Egr-1 dans la CMLV n’a jamais été étudiée. De même, la question de savoir si la signalisation induite par l'Ang-II conduisant à l'expression d'Egr-1 est modulée par l'AMPc n’a jamais été explorée. Par conséquent, les travaux menés dans cette thèse ont consisté à examiner le rôle de la signalisation du Ca2+ dans l'expression d'Egr-1 induite par l’Ang-II dans la CMLV avec une attention particulière portée sur le rôle joué par STIM-1 et Orai-1. En outre, nous avons examiné l'effet de l’augmentation de l’AMPc sur l'expression d'Egr-1 induite par l’Ang-II et étudié les voies de signalisation associées. Nos données montrent que l’inhibition du récepteur IP3R et du SOCE par le 2-aminoéthoxydiphénylborate atténue la libération de Ca2+ induite par l’Ang-II et ceci s’accompagne d’une baisse des niveaux d’expression de protéine et d’ARN messager de l’Egr-1. La stimulation de l’expression de l'Egr-1 a également été supprimée à la suite du blocage de la calmoduline et de la protéine kinase CaMKII. De plus, le blocage par interférence d’ARN de l’expression de STIM-1 et Orai-1 a atténué l'expression d'Egr-1 induite par l’Ang-II ainsi que la phosphorylation des protéines ERK et CREB. Par ailleurs, l'isoproterenol (ISO) et la forskoline (FSK), deux activateurs de l'adénylate cyclase ont atténué de manière dose-dépendante l'expression d'Egr-1 induite par l’Ang-II. Des réponses similaires ont été observées en utilisant des analogues non spécifique (dibutyryl-cAMP) et PKA-spécifique (Benzoyl-cAMP) de l’AMPc, ainsi qu'un inhibiteur à large spectre de l'activité phosphodiesterase intracellualaire (isobutylméthylxanthine). L'inhibition de l'expression d'Egr-1 induite par l’Ang-II s’accompagne d'une augmentation de l’activité de la PKA mesurée par la phosphorylation de la « phosphoprotéine activée par les vasodilatateurs (VASP) », et d’une diminution concomitante de la phosphorylation de la protéine ERK. Le blocage pharmacologique de la PKA a réduit la phosphorylation de VASP et restauré la phosphorylation de la protéine ERK ainsi que l'expression d'Egr-1 en présence de l’Ang-II. En résumé, nos données démontrent que la voie STIM-1/Orai-1 /Ca2+ médie l'expression de l'Egr-1 induite par l'Ang-II dans la CMLV et suggèrent que la suppression de la réponse à l’Ang-II menant à l’expression de l'Egr-1 peut expliquer les effets vasoprotecteurs de l’AMPc. En outre, ces travaux montrent que les mécanismes moléculaires de régulation de l’expression d’Egr-1 en réponse aux signaux externes culminent vers la modulation des cascades de signalisation en aval de la protéine ERK dans les CMLV. / Aberrant vascular smooth muscle cell (VSMC) proliferative responses contribute to the development of neointimal lesions. Cyclic adenosine monophosphate (cAMP) is believed to inhibit VSMC proliferation, and vascular diseases are associated with impairments in cAMP-induced signalling responses involving protein kinase A (PKA) signaling. An enhanced expression of the early growth response protein-1 (Egr-1), a zinc finger transcription factor, has been reported in models of vascular diseases and, a crucial role of Egr-1 in regulating the expression of genes implicated in neointimal formation leading to atherogenesis has been suggested. Various vasoactive factors have been shown to modulate Egr-1 expression in VSMC via mechanisms which remain to be completely understood. Angiotensin-II (Ang-II) is one of the key vasoactive peptides implicated in the pathogenesis of vascular diseases. Ang-II elevates intracellular calcium (Ca2+) through activation of voltage-gated calcium channels as well as store-operated calcium channels. The store-operated calcium entry (SOCE) involves an inositol-3-phosphate receptor (IP3R)-coupled depletion of endoplasmic reticular Ca2+ and a subsequent activation of the stromal interaction molecule 1 (STIM-1) /Orai-1 complex. Although Egr-1 has been demonstrated to be upregulated in a Ca2+-dependent fashion in response to several stimuli, the involvement of STIM-1/Orai-1-dependent signaling in Egr-1 expression in VSMC has never been addressed. Besides, whether Ang-II-induced signaling leading to Egr-1 expression is modulated by cAMP-dependent signaling pathway remains unexplored. Therefore, in the present studies, we have examined the role of Ca2+ signaling in Ang-II-induced Egr-1 expression in VSMC and investigated the contribution of STIM-1 or Orai-1. Additionnaly, we have examined the effect of cAMP on Ang-II-induced expression of Egr-1 and have investigated the associated signalling pathways. Pharmacological blockade of IP3R and SOCE by 2-aminoethoxydiphenylborate (2-APB) decreased Ang-II-induced Ca2+ release and attenuated Ang-II-induced enhanced expression of Egr-1 protein and mRNA levels. Egr-1 upregulation was also suppressed following blockade of calmodulin and CaMKII. Furthermore, RNA interference-mediated depletion of STIM-1 or Orai-1 attenuated Ang-II-induced Egr-1 expression, as well as Ang-II-induced phosphorylation of ERK1/2 and CREB. Moreover, isoproterenol (ISO) and forskolin (FSK), two respective receptor and non-receptor activators of adenylate cyclase, attenuated Ang-II-induced Egr-1 expression in a dose-dependent fashion. Similar responses were observed using non-specific (dibutyryl-cAMP) and PKA-specific (Benzoyl-cAMP) analogs of cAMP, as well as a broad spectrum inhibitor of intracellular phosphodiesterase activity (isobutylmethylxanthine). The inhibition of Ang-II-induced Egr-1 expression was accompanied by an increase in serine 157 phosphorylation of the vasodilator-activated phosphoprotein (VASP), a marker of PKA activity, and this was associated with a concomitant decrease in ERK phosphorylation. Pharmacological blockade of PKA using H89 decreased VASP phosphorylation, restored Ang-II-induced ERK phosphorylation and abolished ISO- and FSK-mediated inhibition of Ang-II-induced Egr-1 expression. In summary, our data demonstrate that STIM-1/Orai-1/Ca2+-dependent signaling pathways mediate Ang-II-induced Egr-1 expression in A-10 VSMC and suggest that PKA-mediated suppression of Ang-II-induced Egr-1 expression and phosphorylation of ERK may be among the mechanisms by which cAMP exerts its vasoprotective effects. In addition, our data supports the notion that stimuli-induced regulation of Egr-1 expression involves the participation of signaling cascades downstream of ERK in VSMC.

Thema: „Einfluß der zyklischen mechanischen Dehnung auf humane Gefäßzellen aus der Tunica media von der Vene, Arterie und Aorta“ Autor(en): Neubert D. [1],Mohr F.W.[2], Dhein S.[2] Institut(e): [1]Sana Kliniken Leipziger Land, Gefäßchirurgie, Borna, Germany, [2]Universität Leipzig, Herzzentrum, Klinik für Herzchirurgie, Leipzig, Germany Fragestellung: Verhalten humaner glatter Gefäßmuskelzellen unter der zyklischen mechanischen Dehnung im Zellkulturexperiment. Methodik: Es wurden erstmalig Veränderungen der Proteinexpressionen von α-SM Aktin, Prolyl- 4-Hydroxylase, Decorin und Kollagen I unter statischen Bedingungen und zyklischer mechanischer Dehnung beobachtet. Hierzu wurden die Zellen mittels Gewebeverdau aus nativen humanen Arterien, Aorta und Venen gewonnen. Die Experimente wurden mit Hilfe einer „Flexercell strain unit“ durchgeführt und die Zellkulturen unter Zellkulturbedingungen auf „Bioflex“-kollagenbeschichtete Platten einer Dehnung von 10%, 0.5 Hz, 24 und 96 Stunden ausgesetzt. Die Proteinanalyse erfolgte mittels Western Blot. Ergebnis: Es läßt sich folgern, dass eine abnehmende und fehlende zyklische mechanische Dehnung eine Phänotypänderung der arteriellen Gefäßzellen aus der Tunica media von kontraktilen hin zum sekretorischen und proliferativen Typ bewirkt. Konträr verhält es sich unter Vorliegen einer zyklischen mechanischen Dehnung wie der pulsatilen Wanddehnung. Hierbei wird in den arteriellen Gefäßzellen der kontraktile Phänotyp ausgebildet. In den Gefäßzellen der Venen konnte unter Zellkulturdehnung eine starke Zunahme der extrazellulären Matrix und die Begünstigung des sekretorischen und damit proliferativen Typs beobachtet werden. Schlussfolgerung: Bei fortschreitender Arteriosklerose einhergehend mit der Abnahme der Wandelastizität und dadurch reduzierter pulsatiler Stimuli ist eine zunehmende Zellproliferation und Synthese von extrazellulärer Matrix zu erwarten, welche folgend die Progredienz stenotischer Gefäßveränderungen bewirken würde. In diesem Kontext begünstigen möglicherweise die medizinischen minimalinvasiven Behandlungen mit Stentgraftmaterialien die Gefäßwandhyperplasie mit Ausbildung von Restenosen. In der Gefäßchirurgie häufig beobachteten Stenosierungen im Bereich der Gefäßnaht könnten durch den Verlust der Wandelastizität und hierdurch Reduktion der Wanddehnung im Bereich der Nahtlinie erklärt werden. Unter Annahme einer geringeren Gefäßwandelastizität bei erhöhten Gefäßwandtonus wären Beobachtungen zu protektiven Massnahmen wie auch medikamentöse Behandlungen im frühen Stadium der pAVK wie zum Beispiel durch Abnahme des peripheren Gefäßtonus mit peripheren Vasodilatatoren sinnvoll. Die unter Zellkulturdehnung beobachtete starke Zunahme der extrazellulären Matrix der glatten Muskelzellen der Vene sollte eine Erklärung für die höhere Stenoseneigung durch Gefäßwandhyperplasie und Hypertrophie in arterialisierten Venen sein. Der regulatorische Einfluß des pulsatilen Stimulus findet im Zusammenhang mit dem Verständnis des humanen Gefäßsystems und dessen Erkrankungen einschließlich der Reaktion in vivo auf medizinische Eingriffe noch wenig Anerkennung.

Cardiovascular disease is the leading cause of mortality in the western world. The pro-inflammatory and pro-proliferative etiology of vascular proliferative diseases is well characterized, while much less is known about the mechanisms of anti-inflammatory and anti-proliferative processes. Interleukin-19 (IL-19) is a newly described member of the IL-10 family of anti-inflammatory interleukins, and our group was the first to discover IL-19 expression in activated, synthetic, but not quiescent, contractile human vascular smooth muscle cells (hVSMC). We also found that IL-19 is anti-inflammatory and anti-proliferative for hVSMC. IL-19 is able to reduce the abundance of COX-2, IL-1β, IL-8, and Cyclin D1 transcripts which contain AU-rich elements (ARE) in their 3'-untranslated regions (3'-UTR). IL-19 is able to reduce the abundance of HuR, a stabilizing RNA-binding protein, which we feel provides a mechanism for these effects. The overall goal of this study is to elucidate IL-19's anti-inflammatory and anti-proliferative mechanism(s) in hVSMC in the context of vascular proliferative diseases. This goal has directed our overall hypothesis: IL-19's anti-proliferative and anti-inflammatory effects in hVSMC are mediated, at least in part, by modulation of HuR abundance and translocation, resulting in decreased stability of mRNA transcripts. HuR functions through a translocation mechanism, and IL-19 is able to reduce HuR cytoplasmic abundance. IL-19 also reduces HuR phosphorylation, which is a pre-requisite for HuR translocation, possibly through a PKCα-dependent mechanism. The stability of ARE-containing transcripts is reduced with IL-19 treatment, and reducing HuR expression by siRNA has the same inhibitory effect. VSMC are important mediators in the initiation of atherosclerosis. Oxidized low-density lipoprotein (ox-LDL) is able to induce IL-19 expression in these cells. VSMC are known to express scavenger receptors that take up ox-LDL. IL-19 is able to reduce the uptake of ox-LDL and the abundance of ox-LDL induced LOX-1 and CX-CL16 scavenger receptors. Interestingly, these scavenger receptors also have ARE in their 3'-UTR. IL-19 is able to reduce ox-LDL induced HuR cytoplasmic abundance. HuR knockdown by siRNA reduces the uptake of ox-LDL by hVSMC. These data suggest that IL-19 reduced scavenger receptor abundance may be due to decreased total and cytoplasmic HuR abundance. IL-19 reduces the abundance of ox-LDL induced COX-2 expression. Taken together, these results demonstrate that IL-19 down-regulates vital steps in vascular proliferative disease processes through an HuR-dependent mechanism. / Molecular and Cellular Physiology

Thesis evaluated by: Dr. Rémy Sauvé, Dr. Puttaswamy Manjunath and Dr. Madhu Anand-Srivastava. Thank you for all your help. / L’hypertension est associée au remodelage vasculaire dû à l’hyperprolifération et l’hypertrophie des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs). Nous avons démontré par le passé l’implication de l’expression élevée des protéines Gqα et PLCβ1 dans les CMLVs de rats spontanément hypertendus (RSH) âgés de 16 semaines. Le C-ANP4-23 est un agoniste du récepteur au peptide natriurétique de type C (NPR-C) qui possède la capacité d’inhiber la synthèse de protéines en réponse aux peptides vasoactifs dans les CMLVs. Cette étude a eu pour but d’examiner si le C-ANP4-23 pouvait atténuer l’hypertrophie dans un modèle de rat souffrant d’hypertrophie cardiaque et d’explorer les mécanismes responsables de cette inhibition. Pour ce faire, des CMLVs aortiques de RSH âgés de 16 semaines ont été utilisées. Le taux de synthèse de protéines, un marqueur d’hypertrophie, a été déterminé par l’incorporation de (3H)leucine et l’expression des protéines a été déterminée par la technique d’immunobuvardage de type Western. Le volume cellulaire a été estimé par imagerie confocale tridimensionnelle. Le taux de synthèse de protéines et le volume cellulaire étaient considérablement accrus dans les CMLVs des RSH comparativement aux rats WKY et ont été largement atténués par le traitement au C-ANP4-23. De plus, le traitement au C-ANP4-23 a normalisé l’expression élevée du récepteur AT1 et des protéines Gqα et PLCβ1, des niveaux intracellulaires d’anions superoxide (O2-), de l’activité de la NADPH (de l’anglais nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) oxydase, ainsi que l’expression des protéines Nox4 et de p47phox dans les CMLVs des RSH. En outre, le C-ANP4-23 a réduit l’activation des récepteurs à L’EGF (de l’anglais epidermal growth factor), au PDGF (de l’anglais platelet-derived growth factor), et à l’IGF-1 (de l’anglais insulin-like growth factor 1). Le C-ANP4-23 a également atténué la phosphorylation des ERK1/2 (de l’anglais extracellular regulated kinase1/2), AKT et c-Src. Ces résultats indiquent que l’activation du NPR-C par C-ANP4-23 a atténué l’hypertrophie des CMLVs par sa capacité à diminuer la surexpression du récepteur AT1, l’expression élevée des protéines Gqα/PLCβ1, le stress oxydatif accru, l’activation augmentée des facteurs de croissance et l’augmentation de la phosphorylation des voies de signalisation MAPK/AKT. Ainsi, ces travaux suggèrent que le C-ANP4-23 peut être utilisé comme agent thérapeutique pour le traitement des complications vasculaires associées à l’hypertension et à l’athérosclérose. / Hypertension is associated with vascular remodelling due to hyperproliferation and hypertrophy of vascular smooth muscle cells (VSMCs). We earlier showed the implication of enhanced expression of Gqα and PLCβ1 proteins in VSMCs from 16- week-old spontaneously hypertensive rats (SHR). The present study was undertaken to investigate whether C-ANP4-23, a natriuretic peptide receptor-C (NPR-C) agonist that has been shown to inhibit vasoactive peptide-induced enhanced protein synthesis in VSMCs, could attenuate VSMC hypertrophy in rat models of cardiac hypertrophy and to explore the underlying mechanisms contributing to this inhibition. For these studies, aortic VSMCs from 16-week-old SHR were used. The protein synthesis, a marker of hypertrophy, was determined by (3H)leucine incorporation and the expression of proteins was determined by Western blotting. Cell volume was determined by three-dimensional confocal imaging. The protein synthesis was significantly enhanced in VSMC from SHR as compared to WKY and C-ANP4-23 treatment attenuated the enhanced protein synthesis to WKY control levels. In addition, the enhanced expression of the AT1 receptor as well as Gqα and PLCβ1 proteins, enhanced levels of superoxide anion (O2 -), nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase activity, as well as the increased expressions of NADPH oxidase 4 (Nox4) and p47phox exhibited by VSMC from SHR were all attenuated by C-ANP4-23 treatment. Furthermore, C-ANP4-23 also attenuated the enhanced activation of epidermal growth factor receptor (EGF-R), platelet-derived growth factor receptor (PDGF-R), insulin-like growth factor 1 receptor (IGF-1R) and the enhanced phosphorylation of extracellular signal-regulated kinases 1/2 (ERK1/2), AKT and c-Src. These results indicate that C-ANP4-23, via the activation of NPR-C, attenuates VSMC hypertrophy through its ability to decrease the overexpression of the AT1 receptor and Gqα/PLCβ1 proteins, the enhanced oxidative stress, the increased activation of growth factors and the enhanced phosphorylation of the MAPK/AKT signalling pathway. Thus, it can be suggested that C-ANP4-23, an activator of NPR-C, may be used as a therapeutic agent for the treatment of vascular complications associated with hypertension and atherosclerosis.