Altered endothelin-1 induced contraction and second messenger generation in bovine retinal microvascular pericytes cultured in high glucose medium.

The effect of simulated hyperglycaemia on bovine retinal pericytes was studied following culture of these cells for 10 days under normal (5 mmol/l) and elevated (25 mmol/l) glucose conditions in the absence of endothelial cells. Pericytes cultured under high ambient glucose exhibited both a delayed and reduced contractile response following stimulation with endothelin-1. Stimulation with 10(-7) mol/l endothelin-1 for 30 s caused significant contraction in cells grown in both 5 mmol/l and 25 mmol/l glucose. The former also contracted significantly with 10(-8) mol/l endothelin-1. Further, at all concentrations tested, statistical comparison of the time course of contraction showed a significant difference (p 0.1) between bovine retinal pericytes grown for 10 days under normo- or hyperglycaemic conditions, it became apparent that the altered contractility in bovine retinal pericytes following culture in high glucose must be due to post-binding intracellular disturbance(s). Indeed, both basal and 15 s post-stimulation with 10(-8) mol/l endothelin-1, levels of inositol trisphosphate were significantly reduced (p

Advanced glycation endproduct modified basement membrane attenuates endothelin-1 induced [Ca2+]i signalling and contraction in retinal microvascular pericytes

PURPOSE: To assess the effects of advanced glycation endproduct (AGE) modification of vascular basement membrane (BM) on endothelin-1 (Et-1) induced intracellular [Ca2+] ([Ca2+]i) homeostasis and contraction in retinal microvascular pericytes (RMP). METHODS: RMPs were isolated from bovine retinal capillaries and propagated on AGE modified BM extract (AGE-BM) or non-modified native BM. Cytosolic Ca2+ was estimated using fura-2 microfluorimetry and cellular contraction determined by measurement of planimetric cell surface area. ETA receptor mRNA and protein expression was assessed by real time RT-PCR and western blotting, respectively. RESULTS: Exogenous endothelin-1 (Et-1) evoked rises in [Ca2+]i and contraction in RMPs were found to be mediated entirely through ETA receptor (ETAR) activation. Both peak and plateau phases of the Et-1 induced [Ca2+]i response and contraction were impaired in RMPs propagated on AGE modified BM. ETAR mRNA expression remained unchanged in RMPs exposed to native or AGE-BM, but protein expression for ETAR (66 kDa) was lower in the AGE exposed cells. CONCLUSIONS: These results suggest that substrate derived AGE crosslinks can influence RMP physiology by mechanisms which include disruption of ETA receptor signalling. AGE modification of vascular BMs may contribute to the retinal hemodynamic abnormalities observed during diabetes.

The effect of endothelin 1 on the retinal microvascular pericyte

The effect of the highly vasoactive peptide endothelin 1 (ET1) was tested on bovine retinal microvascular pericytes propagated in vitro. Specific binding of 125I-ET1 to retinal pericytes was documented by autoradiography. ET1 caused contraction of pericytes at a concentration of 0.1 nM which was accompanied by increases in inositol phosphates. Exposure of pericytes to 10 nM ET1 resulted in the aggregation and realignment of muscle-specific actins into bundles which were oriented parallel to the long axis of the cell, and ET1 was also mitogenic to pericytes in the presence of low levels of fetal calf serum. These observations suggest that ET1 may play an important role in endothelial cell-pericyte interactions within the microvasculature of the retina and that it may be involved in the autoregulation of retinal blood flow.

Mechanisms of endothelin-1 induced reactive oxygen species production in vascular adventitial fibroblasts

With the relationship between endothelin-1 (ET-1) stimulation and reactive oxygen species (ROS) production unknown in adventitial fibroblasts, I examined the ROS response to ET-1 and angiotensin (Ang II). ET-1 -induced ROS peaked following 4 hrs of ET-1 stimulation and was inhibited by an ETA receptor antagonist (BQ 123, 1 uM) an extracellular signal-regulated kinase (ERK) 1/2 inhibitor (PD98059, 10 uM), and by both a specific, apocynin (10 uM), and non-specific, diphenyleneiodonium (10 uM), NAD(P)H oxidase inhibitor. NOX2 knockout fibroblasts did not produce an ET-1 induced change in ROS levels. Ang II treatment increased ROS levels in a biphasic manner, with the second peak occurring 6 hrs following stimulation. The secondary phase of Ang II induced ROS was inhibited by an ATi receptor antagonist, Losartan (100 uM) and BQ 123. In conclusion, ET-1 induces ROS production primarily through an ETA-ERKl/2 NOX2 pathway, additionally, Ang II-induced ROS production also involves an ETa pathway.

Endothelin-1 in osteoarthritic chondrocytes triggers nitric oxide production and upregulates collagenase production

Affiliation: Florina Moldovan: Faculté de médecine dentaire, Université de Montréal & CHU Hôpital Sainte-Justine, Université de Montréal. Christina Alexandra Manacu, Marjolaine Roy-Beaudry, Fazool Shipkolye : CHU Hôpital Sainte-Justine, Université de Montréal. Johanne Martel-Pelletier & Jean-Pierre Pelletier : CHUM Hôpital Notre-Dame, Université de Montréal.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

Modulation of Endothelin-1 and Insulin-like Growth Factor Type 1-induced Signaling by Curcumin in A-10 Vascular Smooth Muscle Cells

Les maladies cardio-vasculaires (MCV), telles que l’hypertension et l’athérosclérose, s’accompagnent de modifications structurales et fonctionnelles au niveau vasculaire. Un fonctionnement aberrant de la migration, l’hypertrophie et la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) sont des évènements cellulaires à l’origine de ces changements. L’endothéline-1 (ET-1) contribue à la pathogénèse des anomalies vasculaires, notamment via l’activation des protéines MAPK et PI3-K/PKB, des composantes clés impliquées dans les voies prolifératives et de croissance cellulaires. Il a été suggéré que le stress oxydant jouerait un rôle intermédiaire dans les effets pathophysiologiques vasculaires de l’ET-1. En conséquence, une modulation de la signalisation induite par l’ET-1 peut servir comme éventuelle stratégie thérapeutique contre le développement des MCV. Il apparaît de nos jours un regain d’intérêt dans l’utilisation des agents phyto-chimiques pour traiter plusieurs maladies. La curcumine, constituant essentiel de l’épice curcuma, est dotée de plusieurs propriétés biologiques parmi lesquelles des propriétés anti-oxydantes, anti-prolifératrices et cardio-protectrices. Cependant, les mécanismes moléculaires de son effet cardio-protecteur demeurent obscurs. Dans cette optique, l’objectif de cette étude a été d’examiner l’efficacité de la curcumine à inhiber la signalisation induite par l’ET-1 dans les CMLV. La curcumine a inhibé la phosphorylation des protéines IGF-1R, PKB, c-Raf et ERK1/2, induite par l’ET-1 et l’IGF-1. De plus, la curcumine a inhibé l’expression du facteur de transcription Egr-1 induite par l’ET-1 et l’IGF-1, dans les CMLV. Ces résultats suggèrent que la capacité de la curcumine à atténuer ces voies de signalisation serait un mécanisme d’action potentiel de ses effets protecteurs au niveau cardiovasculaire.

Arterial disease and thrombosis in the antiphospholipid syndrome (APS): A pathogenic role for endothelin-1 (ET-1)

Objective To explore a possible correlation between endothelin 1 (ET-1), the most potent endothelium-derived contracting factor that modulates vascular smooth muscle tone, and arterial disease in patients with the antiphospholipid syndrome (APS). Methods Plasma levels of ET-1 were measured in APS patients with (n = 16) and without (n = 11) arterial thrombosis and in non-APS patients with arterial thrombosis (n = 9). In addition, steady-state prepro-ET-1 messenger RNA (mRNA) levels were determined in endothelial cells treated with a range of human monoclonal anticardiolipin antibodies (aCL) (as anti-β2-glycoprotein I antibodies) by semiquantitative 32P-dCTP-labeled reverse transcription-polymerase chain reaction. Results Compared with healthy controls, markedly increased plasma levels of ET-1 were found in APS patients with arterial thrombosis (2.00 ± 0.87 versus 0.96 ± 0.37 pg/ml; P = 0.0001) but not in other groups. Three human monoclonal aCL induced prepro-ET-1 mRNA levels significantly more than did control monoclonal antibody lacking aCL activity. Conclusion Plasma ET-1 levels correlated significantly with a history of arterial thrombosis in patients with APS. Prepro-ET-1 mRNA was induced by human monoclonal aCL in the in vitro experimental system. The induction of ET-1 by antiphospholipid antibodies might contribute to increased arterial tone, leading to vasospasm and, ultimately, to arterial occlusion.

Regulation of the cardiomyocyte transcriptome vs translatome by endothelin-1 and insulin: translational regulation of 5' terminal oligopyrimidine tract (TOP) mRNAs by insulin

Background: Changes in cellular phenotype result from underlying changes in mRNA transcription and translation. Endothelin-1 stimulates cardiomyocyte hypertrophy with associated changes in mRNA/protein expression and an increase in the rate of protein synthesis. Insulin also increases the rate of translation but does not promote overt cardiomyocyte hypertrophy. One mechanism of translational regulation is through 5' terminal oligopyrimidine tracts (TOPs) that, in response to growth stimuli, promote mRNA recruitment to polysomes for increased translation. TOP mRNAs include those encoding ribosomal proteins, but the full panoply remains to be established. Here, we used microarrays to compare the effects of endothelin-1 and insulin on the global transcriptome of neonatal rat cardiomyocytes, and on mRNA recruitment to polysomes (i.e. the translatome). Results: Globally, endothelin-1 and insulin (1 h) promoted >1.5-fold significant (false discovery rate < 0.05) changes in expression of 341 and 38 RNAs, respectively. For these transcripts with this level of change there was little evidence of translational regulation. However, 1336 and 712 RNAs had >1.25-fold significant changes in expression in total and/or polysomal RNA induced by endothelin-1 or insulin, respectively, of which ~35% of endothelin-1-responsive and ~56% of insulin-responsive transcripts were translationally regulated. Of mRNAs for established proteins recruited to polysomes in response to insulin, 49 were known TOP mRNAs with a further 15 probable/possible TOP mRNAs, but 49 had no identifiable TOP sequences or other consistent features in the 5' untranslated region. Conclusions: Endothelin-1, rather than insulin, substantially affects global transcript expression to promote cardiomyocyte hypertrophy. Effects on RNA recruitment to polysomes are subtle, with differential effects of endothelin-1 and insulin on specific transcripts. Furthermore, although insulin promotes recruitment of TOP mRNAs to cardiomyocyte polysomes, not all recruited mRNAs are TOP mRNAs.