Endothelial dysfunction in cardiovascular and endocrine-metabolic diseases: an update

The endothelium plays a vital role in maintaining circulatory homeostasis by the release of relaxing and contracting factors. Any change in this balance may result in a process known as endothelial dysfunction that leads to impaired control of vascular tone and contributes to the pathogenesis of some cardiovascular and endocrine/metabolic diseases. Reduced endothelium-derived nitric oxide (NO) bioavailability and increased production of thromboxane A2, prostaglandin H2 and superoxide anion in conductance and resistance arteries are commonly associated with endothelial dysfunction in hypertensive, diabetic and obese animals, resulting in reduced endothelium-dependent vasodilatation and in increased vasoconstrictor responses. In addition, recent studies have demonstrated the role of enhanced overactivation ofβ-adrenergic receptors inducing vascular cytokine production and endothelial NO synthase (eNOS) uncoupling that seem to be the mechanisms underlying endothelial dysfunction in hypertension, heart failure and in endocrine-metabolic disorders. However, some adaptive mechanisms can occur in the initial stages of hypertension, such as increased NO production by eNOS. The present review focuses on the role of NO bioavailability, eNOS uncoupling, cyclooxygenase-derived products and pro-inflammatory factors on the endothelial dysfunction that occurs in hypertension, sympathetic hyperactivity, diabetes mellitus, and obesity. These are cardiovascular and endocrine-metabolic diseases of high incidence and mortality around the world, especially in developing countries and endothelial dysfunction contributes to triggering, maintenance and worsening of these pathological situations.

Implicações farmacogenéticas de polimorfismos da eNOS para drogas de ação cardiovascular

A farmacogenética é um dos campos mais promissores da medicina. A conclusão do Projeto Genoma permitiu que esse campo começasse a descobrir fatores complexos modulando a resposta às drogas, e novas tecnologias estão a poucos passos de permitir uma grande expansão da área. As doenças cardiovasculares estão atualmente entre as maiores causas de internações hospitalares e morte, e têm sido alvo de grande parte dos estudos genéticos de doenças complexas. Paralelamente à identificação de marcadores de suscetibilidade à doença, é necessária a investigação de como perfis genéticos diferentes podem alterar respostas aos fármacos atualmente empregados. O sistema biológico que controla a produção endotelial do óxido nítrico tem sido um dos grandes alvos nas respostas farmacológicas aos fármacos usados na terapia de doenças cardiovasculares. Esta revisão tem como objetivo abordar os conhecimentos correntes da interação entre as variações genéticas da eNOS e as respostas farmacológicas aos fármacos empregados no sistema cardiovascular.

eNOS se correlaciona com a biogênese mitocondrial em corações com cardiopatia congênita e cianose

FUNDAMENTO: O programa de biogênese mitocondrial no coração parece apresentar remodelação adaptativa após estresse biomecânico e oxidativo. Os mecanismos adaptativos que protegem o metabolismo do miocárdio durante a hipóxia são coordenados, em parte, pelo óxido nítrico (NO). OBJETIVO: Observar a biogênese mitocondrial e expressão do óxido nítrico sintase (NOS) em corações de cardiopatia congênita com cianose; discutir a resposta mitocondrial à hipóxia crônica do miocárdio. MÉTODOS: Foram investigados 20 pacientes com defeitos cardíacos cianóticos (n = 10) ou acianóticos (n = 10). Foram estudadas amostras do miocárdio na via de saída ventricular direita, tomadas durante a operação. A análise morfométrica de mitocôndrias foi realizada por microscopia eletrônica de transmissão. A relação mtDNA/nDNA foi determinada com PCR em tempo real. Os níveis de transcrição da subunidade I da citocromo c oxidase (COXI), coativador-1α do receptor γ ativado por proliferador de peroxissoma (PGC-1α), o fator respiratório nuclear 1 (NRF1), e fator de transcrição mitocondrial A (Tfam) foram detectados por reação em cadeia da polimerase via transcriptase reversa (RT-PCR) ativado por fluorescência em tempo real. Os níveis proteicos de COXI e nNOS, iNOS e eNOS foram medidos por técnica de Western Blot. RESULTADOS: A densidade volumétrica mitocondrial (Vv) e a densidade numérica (Nv) foram significativamente elevadas em pacientes com cianose, em comparação com a cardiopatia congênita acianótica. MtDNA elevada e suprarregulação dos níveis de COXI, PGC-1 α, NRF1 e Tfam mRNA foram observadas em pacientes cianóticos. Os níveis de proteína de COXI e eNOS foram significativamente maiores no miocárdio de pacientes cianóticos que nos de acianóticos. Os níveis de transcrição do PGC-1α se correlacionam com os níveis de eNOS. CONCLUSÃO: A biogênese mitocondrial é ativada no miocárdio da via de saída ventricular na cardiopatia congênita com cianose, que poderia ser a resposta adaptativa à hipóxia crônica e possivelmente envolve suprarregulação da eNOS. (Arq Bras Cardiol. 2012; [online].ahead print, PP.0-0)

Efeitos da atorvastatina e do polimorfismo T-786C do gene eNOS sobre parâmetros do metabolismo lipídico plasmático

FUNDAMENTO: A atividade do óxido nítrico sintase endotelial (eNOS) pode ser modulada pelo colesterol da lipoproteína de alta densidade (HDL-C), estatinas ou polimorfismos, como o T-786C de eNOS. OBJETIVO: Este estudo teve como objetivo avaliar se o polimorfismo T-786C está associado a alterações nos efeitos da atorvastatina no perfil lipídico, nas concentrações de metabólitos de óxido nítrico (NO) e da proteína C reativa de alta sensibilidade (PCR-as). MÉTODOS: Trinta voluntários do sexo masculino, assintomáticos, com idade entre 18-56 anos foram genotipados e classificados de acordo com a ausência (TT, n = 15) ou presença (CC, n = 15) do polimorfismo. Eles foram selecionados aleatoriamente para a utilização de placebo e atorvastatina (10 mg/dia por 14 dias). Após cada tratamento foram medidos lípides, lipoproteínas, frações HDL2 e HDL3, atividade da proteína de transferência de colesteril éster (CETP), metabólitos de NO e PCR-as. RESULTADOS: As comparações entre genótipos após a administração de placebo mostraram aumento da atividade da CETP polimorfismo-dependente (TT, 12 ± 7; CC, 22 ± 12, p < 0,05). As análises da interação entre os tratamentos indicaram que a atorvastatina tem efeito sobre colesterol, LDL, nitrito e razões lípides/proteínas (HDL2 e HDL3) (p < 0,001) em ambos os genótipos. É interessante notar as interações genótipo/droga sobre a CETP (p < 0,07) e a lipoproteína (a) [Lp(a)] (p < 0,056), levando a uma diminuição limítrofe da CETP, embora sem afetar a Lp(a). A PRC-as não mostrou alterações. CONCLUSÃO: Os resultados sugerem que o tratamento com estatinas pode ser relevante para a prevenção primária da aterosclerose em pacientes com o polimorfismo T-786C do eNOS, considerando os efeitos no metabolismo lipídico.

Série histórica secular de brilho solar e suas relações com os modos de variabilidade ENOS e ODP em Santa Maria-RS

Os objetivos neste trabalho foram testar a homogeneidade, recalcular a média climatológica e determinar possíveis tendências e variabilidade interanual e interdecadal na série histórica secular mensal e sazonal de brilho solar, em Santa Maria - RS. Os dados de brilho solar foram obtidos na Estação Climatológica Principal (ECP) do Instituto Nacional de Meteorologia (8o DISME), no período de 1912 a 2011. Foram usados os testes de Sequência, de Mann-Kendall e Pettitt para análise de homogeneidade e tendência, respectivamente. As séries históricas na escala mensal e sazonal são estacionárias e homogêneas, exceto para o mês de dezembro e para a estação de outono. Há variabilidade interanual e interdecadal nas séries, devido aos fenômenos El Niño-Oscilação Sul (ENOS) e da Oscilação Decadal do Pacífico (ODP), com sinal marcante da fase fria de ambos os fenômenos, que aumentam o brilho solar, principalmente nos meses de outubro e novembro (primavera).

Activity and functional interaction of alternative oxidase and uncoupling protein in mitochondria from tomato fruit

Cyanide-resistant alternative oxidase (AOX) is not limited to plant mitochondria and is widespread among several types of protists. The uncoupling protein (UCP) is much more widespread than previously believed, not only in tissues of higher animals but also in plants and in an amoeboid protozoan. The redox energy-dissipating pathway (AOX) and the proton electrochemical gradient energy-dissipating pathway (UCP) lead to the same final effect, i.e., a decrease in ATP synthesis and an increase in heat production. Studies with green tomato fruit mitochondria show that both proteins are present simultaneously in the membrane. This raises the question of a specific physiological role for each energy-dissipating system and of a possible functional connection between them (shared regulation). Linoleic acid, an abundant free fatty acid in plants which activates UCP, strongly inhibits cyanide-resistant respiration mediated by AOX. Moreover, studies of the evolution of AOX and UCP protein expression and of their activities during post-harvest ripening of tomato fruit show that AOX and plant UCP work sequentially: AOX activity decreases in early post-growing stages and UCP activity is decreased in late ripening stages. Electron partitioning between the alternative oxidase and the cytochrome pathway as well as H+ gradient partitioning between ATP synthase and UCP can be evaluated by the ADP/O method. This method facilitates description of the kinetics of energy-dissipating pathways and of ATP synthase when state 3 respiration is decreased by limitation of oxidizable substrate.

Important amino acid residues of potato plant uncoupling protein (StUCP)

Chemical modifications were used to identify some of the functionally important amino acid residues of the potato plant uncoupling protein (StUCP). The proton-dependent swelling of potato mitochondria in K+-acetate in the presence of linoleic acid and valinomycin was inhibited by mersalyl (Ki = 5 µM) and other hydrophilic SH reagents such as Thiolyte MB, iodoacetate and 5,5'-dithio-bis-(2-nitrobenzoate), but not by hydrophobic N-ethylmaleimide. This pattern of inhibition by SH reagents was similar to that of brown adipose tissue uncoupling protein (UCP1). As with UCP1, the arginine reagent 2,3-butadione, but not N-ethylmaleimide or other hydrophobic SH reagents, prevented the inhibition of StUCP-mediated transport by ATP in isolated potato mitochondria or with reconstituted StUCP. The results indicate that the most reactive amino acid residues in UCP1 and StUCP are similar, with the exception of N-ethylmaleimide-reactive cysteines in the purine nucleotide-binding site.

Respiration, oxidative phosphorylation, and uncoupling protein in Candida albicans

The respiration, membrane potential (Dy), and oxidative phosphorylation of mitochondria in situ were determined in spheroplasts obtained from Candida albicans control strain ATCC 90028 by lyticase treatment. Mitochondria in situ were able to phosphorylate externally added ADP (200 µM) in the presence of 0.05% BSA. Mitochondria in situ generated and sustained stable mitochondrial Dy respiring on 5 mM NAD-linked substrates, 5 mM succinate, or 100 µM N,N,N',N'-tetramethyl-p-phenylenediamine dihydrochloride plus 1 mM ascorbate. Rotenone (4 µM) inhibited respiration by 30% and 2 µM antimycin A or myxothiazole and 1 mM cyanide inhibited it by 85%. Cyanide-insensitive respiration was partially blocked by 2 mM benzohydroxamic acid, suggesting the presence of an alternative oxidase. Candida albicans mitochondria in situ presented a carboxyatractyloside-insensitive increase of Dy induced by 5 mM ATP and 0.5% BSA, and Dy decrease induced by 10 µM linoleic acid, both suggesting the existence of an uncoupling protein. The presence of this protein was subsequently confirmed by immunodetection and respiration experiments with isolated mitochondria. In conclusion, Candida albicans ATCC 90028 possesses an alternative electron transfer chain and alternative oxidase, both absent in animal cells. These pathways can be exceptional targets for the design of new chemotherapeutic agents. Blockage of these respiratory pathways together with inhibition of the uncoupling protein (another potential target for drug design) could lead to increased production of reactive oxygen species, dysfunction of Candida mitochondria, and possibly to oxidative cell death.

Influence of eNOS gene polymorphism on cardiometabolic parameters in response to physical training in postmenopausal women

The health-promoting effects of exercise training (ET) are related to nitric oxide (NO) production and/or its bioavailability. The objective of this study was to determine whether single nucleotide polymorphism of the endothelial NO synthase (eNOS) gene at positions -786T>C, G894T (Glu298Asp) and at the variable number of tandem repeat (VNTR) Intron 4b/a would interfere with the cardiometabolic responses of postmenopausal women submitted to physical training. Forty-nine postmenopausal women were trained in sessions of 30-40 min, 3 days a week for 8 weeks. Genotypes, oxidative stress status and cardiometabolic parameters were then evaluated in a double-blind design. Both systolic and diastolic blood pressure values were significantly reduced after ET, which was genotype-independent. However, women without eNOS gene polymorphism at position -786T>C (TT genotype) and Intron 4b/a (bb genotype) presented a better reduction of total cholesterol levels (-786T>C: before = 213 ± 12.1, after = 159.8 ± 14.4, Δ = -24.9% and Intron 4b/a: before = 211.8 ± 7.4, after = 180.12 ± 6.4 mg/dL, Δ = -15%), and LDL cholesterol (-786T>C: before = 146.1 ± 13.3, after = 82.8 ± 9.2, Δ = -43.3% and Intron 4b/a: before = 143.2 ± 8, after = 102.7 ± 5.8 mg/dL, Δ = -28.3%) in response to ET compared to those who carried the mutant allele. Superoxide dismutase activity was significantly increased in trained women whereas no changes were observed in malondialdehyde levels. Women without eNOS gene polymorphism at position -786T>C and Intron 4b/a showed a greater reduction of plasma cholesterol levels in response to ET. Furthermore, no genotype influence was observed on arterial blood pressure or oxidative stress status in this population.

On the influences of the El Niño, La niña and Atlantic Dipole Paterni on the Amazonian Rainfall during 1960-1998

The influence of the large-scale climatic variability dominant modes in the Pacific and in the Atlantic on Amazonian rainfall is investigated. The composite technique of the Amazon precipitation anomalies is used in this work. The basis years for these composites arc those in the period 1960-1998 with occurrences of extremes in the Southern Oscillation (El Niño or La Niña) and the north/south warm (or cold) sea surface temperature (SST) anomalies dipole pattern in the tropical Atlantic. Warm (cold) dipole means positive (negative) anomalies in the tropical North Atlantic and negative (positive) anomalies in the tropical South Atlantic. Austral summer and autumn composites for extremes in the Southern Oscillation (El Niño or La Niña) and independently for north/south dipole pattern (warm or cold) of the SST anomalies in the tropical Atlantic present values (magnitude and sign) consistent with those found in previous works on the relationship between Amazon rainfall variations and the SST anomalies in the tropical Pacific and Atlantic. However, austral summer and autumn composites for the years with simultaneous occurrences of El Niño and warm north/south dipole of the SST anomalies in the tropical Atlantic show negative precipitation anomalies extending eastward over the center-eastern Amazon. This result indicates the important role played by the tropical Atlantic in the Amazon anomalous rainfall distribution.

A influência do evento El Niño - Oscilação Sul e Atlântico Equatorial na precipitação sobre as regiões norte e nordeste da América do Sul

Os impactos de eventos anômalos no oceano Pacífico associados ao El Niño-Oscilação Sul (ENOS) na precipitação da região norte e nordeste da América do Sul foram avaliados para o período de 1900 a 2007, fazendo-se uso de análise de composições. Os eventos El Niño (La Niña) no Pacífico que juntamente com um Modo Equatorial no Atlântico (MEA) frio (quente) formam um gradiente interbacias entre o Pacífico e Atlântico foram analisados considerando, separadamente, aqueles para os quais o gradiente se forma na fase inicial do ENOS daqueles em que o gradiente se forma na fase de decaimento do ENOS. Os resultados mostram que o padrão de precipitação na região norte e nordeste da América do Sul é reforçado mediante a configuração do gradiente interbacias durante a fase inicial do ENOS. Nesse caso, uma possível explicação é que o MEA de sinal contrário ao ENOS durante sua fase inicial cria condições favoráveis para o desenvolvimento de um gradiente inter-hemisférico no Atlântico Tropical atuando no mesmo sentido do gradiente interbacias, e colaborando para fortalecer o efeito do El Niño (La Niña) na precipitação. Por outro lado, para os eventos ENOS em que o gradiente se forma em sua fase de decaimento, o impacto na precipitação é mais significativo na região norte e centro-oeste da bacia. Uma possível explicação para essas diferenças está associada às mudanças que ocorrem na circulação atmosférica leste-oeste associada ao gradiente leste-oeste de anomalias da TSM. Os resultados deste estudo podem ser úteis, principalmente, para fins de monitoramento climático.

Nova técnica cirúrgica de preparo da veia safena para revascularização do miocárdio sem manipulação direta - no-touch

FUNDAMENTO: Otimização da veia safena na revascularização miocárdica. OBJETIVO: Apresentar a técnica no-touch de preparo da veia safena. Essa técnica consiste na retirada da veia safena do seu leito, com um pedículo de tecido adiposo, protegendo-a contra espasmos, sendo desnecessário distendê-la. MÉTODOS: Estudo prospectivo e randomizado, incluindo 156 pacientes submetidos a cirurgia de revascularização miocárdica. Comparação da técnica no-touch com duas outras técnicas: convencional e intermediária. Procedeu-se à avaliação da morfologia endotelial, utilizando a microscopia. A perviabilidade das pontes foi determinada com exame angiográfico num período médio de 18 meses após a operação. A enzima óxido nítrico sintetase endotelial (eNOS) foi identificada por meio do estudo imunohistoquímico. RESULTADOS: A avaliação morfológica mostrou integridade endotelial de 97% nas veias do grupo no-touch; enquanto quase metade da superfície endotelial das veias tratadas pelas outras técnicas exibiu ausência de células endoteliais. A angiografia revelou perviabilidade de 95,4% para as pontes do grupo no-touch, 88,9 e 86,2% para as pontes do grupo convencional e intermediária, respectivamente. O estudo imunohistoquímico revelou a presença da eNOS nas três camadas que compõem a parede da veia no grupo no-touch e redução dessa enzima no grupo convencional. CONCLUSÃO: A integridade endotelial e a atividade da eNOS foram melhor preservadas com o uso da técnica no-touch. A proteção mecânica fornecida pelo tecido gorduroso circundante à veia e a atividade vasodilatadora e bloqueadora da agregação plaquetária causada pelo óxido nítrico podem ser responsáveis pela proteção da veia contra o espasmo, como também por sua alta perviabilidade imediata.

Efeito do exercício físico e do polimorfismo T-786C na pressão arterial e no fluxo sanguíneo de idosas

FUNDAMENTO: O polimorfismo T-786C do gene da sintetase do óxido nítrico endotelial (eNOS) e a produção de ânion superóxido podem diminuir a produção e biodisponibilidade do óxido nítrico, comprometendo o grau de vasodilatação, podendo este efeito ser revertido pelo exercício físico. OBJETIVO: Investigar a influência do treinamento aeróbico e do polimorfismo T-786C nas concentrações dos metabólitos do óxido nítrico (NOx), no fluxo sanguíneo (FS) e na pressão arterial (PA). MÉTODOS: Trinta e duas idosas pré-hipertensas (59 ± 6 anos) foram separadas em dois grupos de acordo com o polimorfismo T-786C (TT e TC+CC). Foram analisadas as concentrações de NOx (plasma) e fluxo sanguíneo por pletismografia de oclusão venosa em repouso, 1, 2 e 3 minutos pós-oclusão (FS-0, FS-1, FS-2, FS-3, respectivamente). As avaliações foram realizadas antes e após 6 meses de um programa de exercício aeróbico. RESULTADOS: Nas avaliações pré-treinamento, os níveis de NOx foram menores no grupo TC+CC em relação ao grupo TT. O grupo TT apresentou correlações entre NOx e FS-0 (r = 0,6) e pressão arterial diastólica (PAD) e FS-0 (r = -0,7), porém nenhuma correlação foi encontrada no grupo TC+CC. Nas avaliações pós-treinamento, ocorreram correlações entre NOx e FS-0 (r = 0,6) e nas mudanças do NOx e PAD (r = -0,6) no grupo TT. Também foram obtidas correlações entre PAD e FS-1 (r = -0,8), PAD e FS-2 (r = -0,6), PAD e FS-3 (r = -0,6), nas mudanças entre NOx e FS-1 (r = 0,8) e mudanças do NOx e PAD (r = -0,7) no grupo TC+CC. CONCLUSÃO: Conclui-se que 6 meses de exercício aeróbico podem contribuir para aumentar as relações existentes entre NO, PA e FS em idosas portadores do alelo C.

Óxido nítrico e sistema cardiovascular: ativação celular, reatividade vascular e variante genética

O óxido nítrico (NO), primariamente identificado como um fator relaxante derivado do endotélio, é um radical livre atuante na sinalização de diferentes processos biológicos. A identificação das isoformas das sintases do NO (NOS) e a subsequente caracterização dos mecanismos de ativação celulares das enzimas possibilitaram tanto a compreensão de parte das interações fisiológicas como a compreensão de parte dos mecanismos de doença, na qual o NO está envolvido. A isoforma endotelial da NOS (eNOS), expressa principalmente no endotélio vascular, desempenha importante papel na regulação da reatividade vascular e no desenvolvimento e na progressão da aterosclerose. Esta revisão tem o propósito de contextualizar o leitor sobre a estrutura da eNOS e seus mecanismos de ativação celular. Tendo em vista os avanços da biologia molecular, trataremos ainda dos conhecidos mecanismos de regulação da expressão gênica e do papel de variantes no código genético da eNOS associados a fenótipos cardiovasculares. Embora se reconheça a importância do NO como molécula ateroprotetora, nossa atenção estará voltada à revisão de literatura envolvendo NO e sua participação na modulação do fenótipo de vasodilatação muscular.

Regulation of endothelial derived nitric oxide in health and disease

Endothelial nitric oxide synthase (eNOS) is the primary physiological source of nitric oxide (NO) that regulates cardiovascular homeostasis. Historically eNOS has been thought to be a constitutively expressed enzyme regulated by calcium and calmodulin. However, in the last five years it is clear that eNOS activity and NO release can be regulated by post-translational control mechanisms (fatty acid modification and phosphorylation) and protein-protein interactions (with caveolin-1 and heat shock protein 90) that direct impinge upon the duration and magnitude of NO release. This review will summarize this information and apply the post-translational control mechanisms to disease states.