Endothelial cells (EC) are essential regulator of vascular homeostasis through the generation
and release of various bioactive agents, including nitric oxide (NO). NO modulates several
vascular functions such as vascular tone and permeability, through the stimulation of soluble
guanylate cyclase (sGC) leading to the production of cGMP. Conversely,
phosphodiesterases (PDEs) are enzymes metabolizing cyclic nucleotides (cGMP and cAMP)
and are therefore major regulatory players for cGMP and cAMP signalling pathways.
Although ECs are the main source of NO, little is known on the endothelial NO-cGMP
signalling pathway and cellular outcomes. It was then hypothesized that a specific population
of cGMP-phosphodiesterases allows ECs to stabilize cGMP levels despite the elevated
production of NO. Expression of cGMP-phosphodiesterases was initially studied in resistance
mesenteric arteries from mice. PDE5 and PDE6 were both found at mRNA and protein levels
in native arteries but PDE6 is not found in cultured ECs. Interestingly, subcellular distributions
of both enzymes were distinct. PDE5 appeared to be homogeneously distributed whilst PDE6
catalytic subunits (PDE6 and PDE6) showed a preferential staining in the perinuclear
region. These results suggest that PDE6 might be involved in the regulation of cGMP
microdomains. Based on these findings, a mathematical model was developed. Simulations of
dynamic cGMP levels in ECs support the notion of cGMP microdomains dependent on PDE6
expression and localization. In the absence of PDE6, application of NO either as a single bolus
or repetitive pulses led to a homogeneous increase in cGMP levels in ECs despite PDE5
homogeneous distribution. However, PDE6 subcellular targeting to the perinuclear membrane
generated a cGMP-depleted perinuclear space. The findings from this study provide the first
evidence of the expression and specific intracellular distribution of PDE6 in native endothelial
cells that strongly support their involvement in the generation of cGMP microdomains / Les cellules endothéliales (CEs) participent au maintien de l’homéostasie vasculaire en
générant et libérant de nombreux agents bioactifs, incluant l’oxyde nitrique (NO). Le NO
module plusieurs fonctions vasculaires telles que le tonus et la perméabilité vasculaire via la
stimulation de la guanylate cyclase soluble (GCs) provoquant la formation de GMPc. D’autre
part, les phosphodiestérases (PDEs) sont des enzymes métabolisant les nucléotides cycliques
(GMPc et AMPc) et participent donc à des étapes essentielles du contrôle des voies de
signalisation du GMPc et de l’AMPc. Bien que les CEs soient la source principale de NO, la
voie de signalisation NO-GMPc endothéliale et les répercussions fonctionnelles demeurent
méconnues. Nous avons alors émis l’hypothèse qu’une population spécifique de PDEs ciblant
le GMPc (PDEs-GMPc) permettrait aux CEs de maintenir des niveaux de GMPc faible malgré
l’importante production de NO. L’expression des isoformes de PDEs-GMPc dans les artères
mésentériques de souris fut initialement déterminée. PDE5 et PDE6 furent détectées tant sous
la forme d’ARNm que de protéines dans les artères natives alors que PDE6 est absente de
lignées de CEs en culture. La distribution intracellulaire des deux enzymes est distincte. Alors
que PDE5 est distribué uniformément dans le cytoplasme des cellules endothéliales, les sousunités
catalytiques de PDE6 ( et ) sont préférentiellement présentes dans la région périnucléaire.
Ces résultats suggèrent que PDE6 puisse être impliqué dans le contrôle de
microdomaines de GMPc. Des simulations effectuées à l’aide d’un modèle mathématique
développé sur la base de ces données sont en accords avec la notion selon laquelle l’expression
et la distribution subcellulaire de PDE6 sont responsables de microdomaines de GMPc dans
l’endothélium. En absence de PDE6, l’ajout de NO sous forme de bolus unique ou répétée
mène à une augmentation homogène de la concentration cytoplasmique en GMPc malgré la
présence de PDE5. Toutefois, la présence de PDE6 à la membrane péri-nucléaire crée un espace
péri-nucléaire pauvre en GMPc. Les résultats de cette étude forment les premières évidences
de l’expression et de la distribution intracellulaire hétérogène de PDE6 dans les cellules
endothéliales natives et suggèrent leur implication dans la génération de microdomaines.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/16278 |
| Date | 07 1900 |
| Creators | Eljetlawi, Fatma |
| Contributors | Ledoux, Jonathan, Comtois, Philippe |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Thèse ou Mémoire numérique / Electronic Thesis or Dissertation |
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