Angiotensin and baroreflex control of the circulation

There is a close association between the location of angiotensin (Ang) receptors and many important brain nuclei involved in the regulation of the cardiovascular system. The present review encompasses the physiological role of Ang II in the brainstem, particularly in relation to its influence on baroreflex control of the heart and kidney. Activation of AT1 receptors in the brainstem by fourth ventricle (4V) administration to conscious rabbits or local administration of Ang II into the rostral ventrolateral medulla (RVLM) of anesthetized rabbits acutely increases renal sympathetic nerve activity (RSNA) and RSNA baroreflex responses. Administration of the Ang antagonist Sarile into the RVLM of anesthetized rabbits blocked the effects of Ang II on the RSNA baroreflex, indicating that the RVLM is the major site of sympathoexcitatory action of Ang II given into the cerebrospinal fluid surrounding the brainstem. However, in conscious animals, blockade of endogenous Ang receptors in the brainstem by the 4V AT1 receptor antagonist losartan resulted in sympathoexcitation, suggesting an overall greater activity of endogenous Ang II within the sympathoinhibitory pathways. However, the RSNA response to airjet stress in conscious rabbits was markedly attenuated. While we found no effect of acute central Ang on heart rate baroreflexes, chronic 4V infusion inhibited the baroreflex and chronic losartan increased baroreflex gain. Thus, brainstem Ang II acutely alters sympathetic responses to specific afferent inputs thus forming part of a potentially important mechanism for the integration of autonomic response patterns. The sympathoexcitatory AT1 receptors appear to be activated during stress, surgery and anesthesia.

Angiotensin-(1-7) improves the post-ischemic function in isolated perfused rat hearts

We evaluated the effects of angiotensin-(1-7) (Ang-(1-7)) on post-ischemic function in isolated hearts from adult male Wistar rats perfused according to the Langendorff technique. Local ischemia was induced by coronary ligation for 15 min. After ischemia, hearts were reperfused for 30 min. Addition of angiotensin II (Ang II) (0.20 nM, N = 10) or Ang-(1-7) (0.22 nM, N = 10) to the Krebs-Ringer perfusion solution (KRS) before the occlusion did not modify diastolic or systolic tension, heart rate or coronary flow (basal values for Ang-(1-7)-treated hearts: 0.72 ± 0.08 g, 10.50 ± 0.66 g, 216 ± 9 bpm, 5.78 ± 0.60 ml/min, respectively). During the period of occlusion, the coronary flow, heart rate and systolic tension decreased (values for Ang-(1-7)-treated hearts: 2.83 ± 0.24 ml/min, 186 ± 7 bpm, 6.95 ± 0.45 g, respectively). During reperfusion a further decrease in systolic tension was observed in control (4.95 ± 0.60 g) and Ang II-treated hearts (4.35 ± 0.62 g). However, in isolated hearts perfused with KRS containing Ang-(1-7) the further reduction of systolic tension during the reperfusion period was prevented (7.37 ± 0.68 g). The effect of Ang-(1-7) on the systolic tension was blocked by the selective Ang-(1-7) antagonist A-779 (2 nM, N = 9), by the bradykinin B2 antagonist HOE 140 (100 nM, N = 10), and by indomethacin pretreatment (5 mg/kg, ip, N = 8). Pretreatment with L-NAME (30 mg/kg, ip, N = 8) did not change the effect of Ang-(1-7) on systolic tension (6.85 ± 0.61 g). These results show that Ang-(1-7) at low concentration (0.22 nM) improves myocardial function (systolic tension) in ischemia/reperfusion through a receptor-mediated mechanism involving release of bradykinin and prostaglandins.

Cardiovascular actions of angiotensin-(1-7)

Angiotensin-(1-7) (Ang-(1-7)) is now considered to be a biologically active member of the renin-angiotensin system. The functions of Ang-(1-7) are often opposite to those attributed to the main effector component of the renin-angiotensin system, Ang II. Chronic administration of angiotensin-converting enzyme inhibitors (ACEI) increases 10- to 25-fold the plasma levels of this peptide, suggesting that part of the beneficial effects of ACEI could be mediated by Ang-(1-7). Ang-(1-7) can be formed from Ang II or directly from Ang I. Other enzymatic pathways for Ang-(1-7) generation have been recently described involving the novel ACE homologue ACE2. This enzyme can form Ang-(1-7) from Ang II or less efficiently by the hydrolysis of Ang I to Ang-(1-9) with subsequent Ang-(1-7) formation. The biological relevance of Ang-(1-7) has been recently reinforced by the identification of its receptor, the G-protein-coupled receptor Mas. Heart and blood vessels are important targets for the formation and actions of Ang-(1-7). In this review we will discuss recent findings concerning the biological role of Ang-(1-7) in the heart and blood vessels, taking into account aspects related to its formation and effects on these tissues. In addition, we will discuss the potential of Ang-(1-7) and its receptor as a target for the development of new cardiovascular drugs.

Reduced plasma levels of angiotensin-(1-7) and renin activity in preeclamptic patients are associated with the angiotensin I- converting enzyme deletion/deletion genotype

The relationship between preeclampsia and the renin-angiotensin system (RAS) is poorly understood. Angiotensin I-converting enzyme (ACE) is a key RAS component and plays an important role in blood pressure homeostasis by generating angiotensin II (Ang II) and inactivating the vasodilator angiotensin-(1-7) (Ang-(1-7)). ACE (I/D) polymorphism is characterized by the insertion (I) or deletion (D) of a 287-bp fragment, leading to changes in ACE activity. In the present study, ACE (I/D) polymorphism was correlated with plasma Ang-(1-7) levels and several RAS components in both preeclamptic (N = 20) and normotensive pregnant women (N = 20). The percentage of the ACE DD genotype (60%) in the preeclamptic group was higher than that for the control group (35%); however, this percentage was not statistically significant (Fisher exact test = 2.86, d.f. = 2, P = 0.260). The highest plasma ACE activity was observed in the ACE DD preeclamptic women (58.1 ± 5.06 vs 27.6 ± 3.25 nmol Hip-His Leu-1 min-1 mL-1 in DD control patients; P = 0.0005). Plasma renin activity was markedly reduced in preeclampsia (0.81 ± 0.2 vs 3.43 ± 0.8 ng Ang I mL plasma-1 h-1 in DD normotensive patients; P = 0.0012). A reduced plasma level of Ang-(1-7) was also observed in preeclamptic women (15.6 ± 1.3 vs 22.7 ± 2.5 pg/mL in the DD control group; P = 0.0146). In contrast, plasma Ang II levels were unchanged in preeclamptic patients. The selective changes in the RAS described in the present study suggest that the ACE DD genotype may be used as a marker for susceptibility to preeclampsia.

Characterization of angiotensin-converting enzymes 1 and 2 in the soleus and plantaris muscles of rats

Angiotensin-converting enzymes 1 (ACE1) and 2 (ACE2) are key enzymes of the renin-angiotensin system, which act antagonistically to regulate the levels of angiotensin II (Ang II) and Ang-(1-7). Considerable data show that ACE1 acts on normal skeletal muscle functions and architecture. However, little is known about ACE1 levels in muscles with different fiber compositions. Furthermore, ACE2 levels in skeletal muscle are not known. Therefore, the purpose of this study was to characterize protein expression and ACE1 and ACE2 activities in the soleus and plantaris muscles. Eight-week-old female Wistar rats (N = 8) were killed by decapitation and the muscle tissues harvested for biochemical and molecular analyses. ACE1 and ACE2 activities were investigated by a fluorometric method using Abz-FRK(Dnp)P-OH and Mca-YVADAPK(Dnp)-OH fluorogenic substrates, respectively. ACE1 and ACE2 protein expression was analyzed by Western blot. ACE2 was expressed in the skeletal muscle of rats. There was no difference between the soleus (type I) and plantaris (type II) muscles in terms of ACE2 activity (17.35 ± 1.7 vs 15.09 ± 0.8 uF·min-1·mg-1, respectively) and protein expression. ACE1 activity was higher in the plantaris muscle than in the soleus (71.5 ± 3.9 vs 57.9 ± 1.1 uF·min-1·mg-1, respectively). Moreover, a comparative dose-response curve of protein expression was established in the soleus and plantaris muscles, which indicated higher ACE1 levels in the plantaris muscle. The present findings showed similar ACE2 levels in the soleus and plantaris muscles that might result in a similar Ang II response; however, lower ACE1 levels could attenuate Ang II production and reduce bradykinin degradation in the soleus muscle compared to the plantaris. These effects should enhance the aerobic capacity necessary for oxidative muscle activity.

Inhibition of PKC-dependent extracellular Ca2+ entry contributes to the depression of contractile activity in long-term pressure-overloaded endothelium-denuded rat aortas

We examined the contractile responsiveness of rat thoracic aortas under pressure overload after long-term suprarenal abdominal aortic coarctation (lt-Srac). Endothelium-dependent angiotensin II (ANG II) type 2 receptor (AT2R)-mediated depression of contractions to ANG II has been reported in short-term (1 week) pressure-overloaded rat aortas. Contractility was evaluated in the aortic rings of rats subjected to lt-Srac or sham surgery (Sham) for 8 weeks. ANG I and II levels and AT2R protein expression in the aortas of lt-Srac and Sham rats were also evaluated. lt-Srac attenuated the contractions of ANG II and phenylephrine in the aortas in an endothelium-independent manner. However, lt-Srac did not influence the transient contractions induced in endothelium-denuded aortic rings by ANG II, phenylephrine, or caffeine in Ca2+-free medium or the subsequent tonic constrictions induced by the addition of Ca2+ in the absence of agonists. Thus, the contractions induced by Ca2+ release from intracellular stores and Ca2+ influx through stored-operated channels were not inhibited in the aortas of lt-Srac rats. Potassium-elicited contractions in endothelium-denuded aortic rings of lt-Srac rats remained unaltered compared with control tissues. Consequently, the contractile depression observed in aortic tissues of lt-Srac rats cannot be explained by direct inhibition of voltage-operated Ca2+ channels. Interestingly, 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate-induced contractions in endothelium-denuded aortic rings of lt-Srac rats were depressed in the presence but not in the absence of extracellular Ca2+. Neither levels of angiotensins nor of AT2R were modified in the aortas after lt-Srac. The results suggest that, in rat thoracic aortas, lt-Srac selectively inhibited protein kinase C-mediated activation of contraction that is dependent on extracellular Ca2+ entry.

Neuropeptides in the posterodorsal medial amygdala modulate central cardiovascular reflex responses in awake male rats

The rat posterodorsal medial amygdala (MePD) links emotionally charged sensory stimuli to social behavior, and is part of the supramedullary control of the cardiovascular system. We studied the effects of microinjections of neuroactive peptides markedly found in the MePD, namely oxytocin (OT, 10 ng and 25 pg; n=6/group), somatostatin (SST, 1 and 0.05 μM; n=8 and 5, respectively), and angiotensin II (Ang II, 50 pmol and 50 fmol; n=7/group), on basal cardiovascular activity and on baroreflex- and chemoreflex-mediated responses in awake adult male rats. Power spectral and symbolic analyses were applied to pulse interval and systolic arterial pressure series to identify centrally mediated sympathetic/parasympathetic components in the heart rate variability (HRV) and arterial pressure variability (APV). No microinjected substance affected basal parameters. On the other hand, compared with the control data (saline, 0.3 µL; n=7), OT (10 ng) decreased mean AP (MAP50) after baroreflex stimulation and increased both the mean AP response after chemoreflex activation and the high-frequency component of the HRV. OT (25 pg) increased overall HRV but did not affect any parameter of the symbolic analysis. SST (1 μM) decreased MAP50, and SST (0.05 μM) enhanced the sympathovagal cardiac index. Both doses of SST increased HRV and its low-frequency component. Ang II (50 pmol) increased HRV and reduced the two unlike variations pattern of the symbolic analysis (P<0.05 in all cases). These results demonstrate neuropeptidergic actions in the MePD for both the increase in the range of the cardiovascular reflex responses and the involvement of the central sympathetic and parasympathetic systems on HRV and APV.

Dissociação da resposta anti-hipertensiva e metabólica à losartana e espironolactona em ratos com síndrome metabólica experimental

INTRODUÇÃO: O tratamento da hipertensão arterial (HA) em indivíduos com síndrome metabólica (SM) é um desafio, uma vez que terapias não medicamentosas são de difícil implementação e o tratamento farmacológico ideal não está totalmente estabelecido. OBJETIVO: Avaliar o bloqueio do sistema renina angiotensina aldosterona (SRAA) na pressão arterial (PA), na função e na morfologia renais em modelo experimental de SM induzida por dieta hiperlipídica. MÉTODOS: Ratos Wistar receberam ração hiperlipídica a partir da quarta semana de vida, por 20 semanas. Os grupos tratados receberam Losartana ou Espironolactona a partir da oitava semana de vida. Avaliou-se semanalmente o peso corporal e a PA de cauda por pletismografia. Ao final do experimento, foram realizados testes de tolerância oral à glicose, perfil lipídico, clearance de creatinina, medida direta da PA, análise morfométrica renal. RESULTADOS: A administração de dieta hiperlipídica se associou ao desenvolvimento de SM, caracterizada por acúmulo central de gordura, hipertensão arterial, hiperglicemia e hipertrigliceridemia. Nesse modelo não foram observadas alterações da histomorfometria renal. O bloqueio do receptor AT1 da angiotensina II (Ang II) preveniu o desenvolvimento da HA. O bloqueio mineralocorticoide não apresentou eficácia anti-hipertensiva, porém, associou-se à redução da gordura abdominal. CONCLUSÃO: A dissociação da resposta anti-hipertensiva aos bloqueios dos receptores da Ang II e mineralocorticoide indica a participação da Ang II na gênese da HA associada à obesidade. A redução da obesidade central com a Espironolactona sugere a presença de efeito adipogênico mineralocorticoide.

Expression and function of endothelin and its receptors in vascular adventitial fibroblasts

Objective: The adventitia has been recognized to play important roles in vascular oxidative stress, remodelling and contraction. We recently demonstrated that adventitial fibroblasts are able to express endothelin-1 (ET-1) in response to angiotensin II (ANG II). However, the mechanisms by which ANG II induces ET-1 expression are unknown. It is also unclear whether the ET-1 receptors are expressed in the adventitia. We therefore examined the role of oxidative stress in the regulation of ET-1. We also investigated the expression of both the ETA and ETB receptors and the roles of these two types of receptors in collagen synthesis and ET-1 clearance in adventitial fibroblasts. Methods and Results: Adventitial fibroblasts were isolated and cultured from the thoracic mouse aorta. Cells were treated with ANG II (lOOnM), ET-1 (lOpM), NADPH oxidase inhibitor apocynin (lOOfiM), the superoxide anion scavenger tempol (lOOfiM), the ANG II receptor antagonists (100[aM), losartan (AT| receptor) and PD 1233 19 (AT2 receptor), the ET-1 receptor antagonists (lOOuM), BQ123 (ETA receptor) and BQ788 (ETB receptor), and the ETB receptor agonist (lOOnM) Sarafotoxin 6C. ET-1 peptide levels were determined by ELISA, while ETA ,ETB and collagen levels were determined by Western blot. ANG II increased ET-1 peptide levels in a time-dependent manner reaching significance when incubated for 24 hours. NAD(P)H oxidase inhibitor, apocynin, as well as the superoxide scanverger, tempol, significantly reduced ANG Il-induced ET-1 peptide levels while over-expression of SOD1 (endogenous antioxidant enzyme) significantly decreased ANG Il-induced collagen I expression, therefore implicating reactive oxygen species in the mediation of ET-1. ANG II increased ETA receptor protein as well as collagen in a similar fashion, reaching significance after 4, 6, and 24 hours treatment. ANG II induced collagen was reduced while in the presence of the ETA receptor antagonist suggesting the role of the ETa receptor in the regulation of the extracellular matrix. ANG II treatment also increased ETB receptor protein levels in a time-dependent manner. ANG II treatment in the presence of the ETB receptor antagonist significantly increased ET-1 peptide levels. On another hand, the ETB receptor agonist, Sarafotoxin 6C, significantly decreased ET-1 peptide levels. These data implicate the role of the ETb receptor in the clearance of the ET-1 peptide. Conclusion: ANG II-induced increases of ET-1 peptide appears to be mediated by reactive oxygen species derived from NAD(P)H oxidase. Both the ETA and ETB receptors are expressed in adventitial fibroblasts. The ETA receptor subtype mediates collagen I expression, while the ETB receptor may play a protective role through increasing the clearance of the ET- 1 peptide.

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.

Effet de l’atorvastatine sur la dysfonction endothéliale des artères coronaires épicardiques associée à l’hypertrophie ventriculaire gauche dans un modèle porcin

Effet de l’atorvastatine sur la dysfonction endothéliale des artères coronaires épicardiques associée à l’hypertrophie ventriculaire gauche dans un modèle porcin Forcillo J, Aubin MC, Horn A, Shi YF, Carrier M, Tardif JC, Perrault LP Introduction: L’atorvastatine par ses effets pléiotropiques pourrait limiter la dysfonction endothéliale associée au développement de l’HVG. Méthodologie : Un cerclage de l’aorte ascendante pendant 2 mois entraîne le développement d’HVG et les groupes ont été traités avec atorvastatine 40 ou 80 mg de 60 à 90 jours. L’HVG est confirmée par échographie. La réactivité vasculaire est évaluée en chambres d’organe, la fonction endothéliale par la quantification de la GMPc et des nitrites/nitrates plasmatiques. Le stress oxydant est mesuré par les niveaux d’ANG II et de la carbonylation des protéines. Résultats : Après 60 et 90 j de cerclage, l’HVG est observée chez tous ces groupes. Les courbes concentrations-réponse des anneaux des artères coronaires épicardiques des groupes traités avec l’atorvastatine 40 et 80 mg pour 30 et 60 jours n’ont démontré aucune amélioration des relaxations dépendantes de l’endothélium. Une exacerbation significative de la dysfonction endothéliale a été observée. Les niveaux vasculaires de GMPc sont significativement diminués dans le groupe sans cerclage traité 60 d et ceux d’ANG II sont fortement augmentés chez ce dernier groupe ainsi que le groupe traité avec 80 mg pour 30 jours par rapport aux contrôles. L’expression de la carbonylation des protéines est augmentée dans le groupe témoin traité avec atorvastatine 80 mg, reflétant une augmentation du stress oxydant. Conclusion : L’administration d’atorvastatine ne prévient pas le développement de l’HVG ni la dysfonction endothéliale dans notre modèle. Au contraire l’atorvastatine à haute dose a un effet toxique sur les artères coronaires épicardiques en augmentant la dysfonction endothéliale.

Peptides vasoactifs endogènes dans la prolifération accrue des cellules musculaires lisses vasculaires de rats spontanément hypertendus: rôle des facteurs de croissance.

Contribuant à la pathophysiologie des maladies vasculaires comme dans le cas de l’hypertension, le remodelage vasculaire est associé à une altération de la croissance des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) (prolifération, taille, etc.). Or la prolifération des CMLV est augmentée par les peptides vasoactifs tels que l’angiotensine II (AngII) et l’endothéline-1 (ET-1). Ces peptides étant surexprimés lors de l’hypertension, cette étude fut entreprise pour déterminer leur contribution endogène ainsi que celles du facteur de croissance épidermique (EGF), du facteur de croissance insulinique (IGF-1) et du facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF) à la prolifération accrue des CMLV et aux mécanismes sous-jacents. Des CMLV A-10 et des CMLV de rats WKY et SHR âgés de 12 semaines ont été utilisées pour cette étude. La prolifération cellulaire fut déterminée par incorporation de [3H]thymidine. La phosphorylation de ERK 1/2 et du récepteur de EGF fut déterminée par immunobuvardage. Les CMLV de SHR, comparées à celles de WKY, ont montré une prolifération accrue qui fut atténuée par le losartan, un antagoniste du récepteur AT1 de l’AngII et par le BQ-123 et le BQ-788, antagonistes des récepteurs ETA et ETB de l’ET-1. La prolifération accrue des CMLV de SHR fut ramenée à celle des WKY par les inhibiteurs des récepteurs au PDGF (AG-1295), au IGF-1 (AG-1024) et au EGF (AG-1478). La phosphorylation du récepteur au EGF, accrue dans les CMLV de rats SHR comparée à celle des WKY, fut atténuée par le losartan, le BQ-123, le BQ-788 et l’AG-1478, mais ne fut pas atténuée par l’AG-1295 et l’AG-1024. De plus, la phosphorylation accrue de ERK 1/2 dans les CMLV de rats SHR fut atténuée par le losartan, le BQ-123, le BQ-788 et les inhibiteurs des récepteurs aux facteurs de croissance. Parallèlement, le rôle de la transactivation de EGF-R dans la prolifération accrue induite par AngII et ET-1 fut aussi examiné dans les CMLV A-10. L’augmentation, induite par AngII et ET-1, de la prolifération et de la phosphorylation de ERK 1/2 dans les CMLV A-10 fut ramenée au niveau contrôle par AG-1478. Ces données suggèrent que les peptides vasoactifs endogènes induisent la prolifération accrue des CMLV par la signalisation des MAP kinases résultant de la transactivation de EGF-R.

Modulation de la voie de signalisation de Gαq par l’hyperglycémie : mécanisme moléculaire

Les complications vasculaires telles que l’augmentation de la contractilité et la prolifération cellulaire sont les complications les plus communes observées dans le diabète et l’hyperglycémie chronique est un facteur important dans ces processus. La voie de signalisation de Gαq joue un rôle important dans la régulation du tonus vasculaire et l’altération de celle-ci peut contribuer aux complications vasculaires observées dans les cas de diabète et d’hyperglycémie. Il a été observé que les taux et l’activité des protéines kinase C (PKC) et du diacylglycérol (DAG) sont augmentés dans ces conditions. Cependant, aucune étude n’a démontré l’implication de Gαq/11 et des PLCβ, molécules de signalisation en amont de PKC/DAG. Plusieurs études révèlent que l’augmentation des taux et de l’activité des PKC et du DAG induite par l’hyperglycémie dans des cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) est attribuée à l’augmentation du stress oxydatif. De plus, les niveaux de certains peptides vasoactifs, tels que l’angiotensine II et l’endothéline-1, augmentés dans les conditions de diabète/d’hyperglycémie, peuvent contribuer à l’augmentation du stress oxydatif observée. Le travail présenté dans cette thèse avait pour but d’examiner les effets de l’hyperglycémie sur les niveaux d’expression protéique de Gαq/11 et de ses molécules associées, ainsi que d’étudier le mécanisme moléculaire par lequel l’hyperglycémie module la voie de signalisation de Gαq dans les CMLV. Dans la première étude, nous avons examiné si l’hyperglycémie pouvait moduler l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ1 et PLCβ2. Le prétraitement des CMLV A10 avec 26 mM de glucose durant 72 heures augmente l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 en comparaison avec les CMLV témoins. Le traitement avec des antagonistes aux récepteurs AT1 de l’Ang II, et ETA/ETB de l’ET-1, atténue la hausse de Gαq, de Gα11, de PLCβ1 et de PLCβ2 induite par l’hyperglycémie. De plus, la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 était plus élevée dans les CMLV exposée à 26 mM de glucose. Le traitement des CMLV A10 avec l’Ang II et l’ET-1 augmente également les niveaux d’expression des protéines Gα q/11 et PLCβ. Cette augmentation de l’expression est restaurée au niveau des CMLV témoins par les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ dans les CMLV induite par l’hyperglycémie est attribuée à l’activation des récepteurs AT1, ETA et ETB. Dans la seconde étude, nous avons examiné l’implication du stress oxydatif dans l’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. Nous avons également déterminé le mécanisme responsable de l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie. L’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ des CMLV A10 exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec l’antioxydant diphenyleneiodonium (DPI), et la catalase, un chélateur du peroxyde d’hydrogène, mais pas par le 111Mn-tetralis(benzoic acid porphyrin) (MnTBAP) ni par l’acide urique, des chélateurs du peroxynitrite. De plus, l’augmentation de la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 dans les CMLV exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec le DPI et la catalase. Ces résultats suggèrent que l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie contribue à l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq. De plus, l’augmentation de la production d’anion superoxyde (O2-), de l’activité de la NADPH oxydase et de l’expression des protéines p22(phox) et p47(phox) induite par l’hyperglycémie est revenue à un niveau basal après un traitement avec les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’hyperglycémie augmente les niveaux endogènes de l’Ang II et de l’ET-1, ce qui augmente le stress oxydatif par la formation d’O2- et de H2O2 et peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gq/11α et de leurs molécules de signalisation. Puisqu’il a été observé que l’hyperglycémie transactive les récepteurs aux facteurs de croissance tels que le récepteur au facteur de croissance épidermique (EGF-R) et le récepteur au facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF-R), nous avons entrepris d’examiner, dans la troisième étude, l’implication d’EGF-R et de PDGF-R dans l’augmentation des niveaux de Gαq/11, de PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. L’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 induite par l’hyperglycémie est revenue au niveau basal après un traitement avec les inhibiteurs d’EGF-R (AG1478) et de PDGF-R (AG1295) et par l’inhibiteur de c-Src, PP2. L’augmentation de la phosphorylation d’EGF-R et de PDGF-R induite par l’hyperglycémie a été abolie par AG1478, AG1295 et PP2. De plus, l’augmentation des niveaux de Gαq/11, et de PLCβ induite par l’hyperglycémie est atténuée par l’inhibiteur des MAPK, le PD98059, et par l’inhibiteur d’AKT, le wortmannin. L’augmentation de la phosphorylation d’ERK et d’AKT était également atténuée par AG1478 et AG1295. Ces résultats suggèrent que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par c-Src peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gα q/11/PLC et de leur signalisation par la voie des MAPK/PI3K. En conclusion, les études présentées dans cette thèse indiquent que l’hyperglycémie augmente les niveaux de Gαq/11 et de PLCβ. Nous avons émis des évidences qui démontrent que l’augmentation endogène de l’Ang II et de l’ET-1 par l’hyperglycémie peut contribuer à l’augmentation de la production d’O2- et de H2O2 résultant ainsi en une augmentation du stress oxydatif qui pourrait être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et de leur signalisation dans les conditions d’hyperglycémie. Finalement, nous avons démontré que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par l’hyperglycémie peut être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq dans les cas de diabète et d’hyperglycémie.

Modèles de dysfonction érectile chez le rat

Des modèles de dysfonction érectile (DE) ont été développés et étudiés chez le rat. Cependant, peu de choses sont connues dans certains modèles présentant des facteurs de risque de la DE, en l’occurrence le rat soumis à une diète riche en glucose, le rat avec une restriction de croissance intra-utérine (RCIU) et le rat avec l’infusion continue de l’angiotensine (Ang) II en ce qui concerne l’évaluation de la fonction érectile in vivo. C’est ainsi que nous nous sommes proposés cette étude. La fonction érectile a été mesurée par la stimulation électrique du nerf caverneux à des cohortes de rats mâles Sprague-Dawley de différents âges comme suit: 1) des rats jeunes de 12 semaines d’âge, adultes reproducteurs à la retraite d’environ 30 semaines d’âge et des rats de 27 et 29 semaines soumis à une diète riche en glucose par l’eau de breuvage (10%) à court (1 semaine), moyen (6 semaines) et long (12 ou 13 semaines) termes; 2) des rats jeunes âgés de 12 semaines recevant une infusion soit de l’Ang II (200ng/kg/min) soit de la saline par mini-pompes osmotiques sous-cutanées pendant 1 et 2 semaines; et 3) des rats adultes âgés de 36 semaines avec une RCIU. La fonction érectile a été représentée par des courbes de variations de pression intracaverneuse (PIC) et d’aire sous la courbe (ASC) normalisées avec la pression artérielle moyenne (PAM) en réponse à la stimulation nerveuse à différents volts. À la fin des expériences, les animaux ont été sacrifiés, le sang recueilli pour le dosage de la glycémie et de l’insulinémie; le pénis, l’aorte thoracique et le cœur prélevés à des fins d’analyses protéique et histologique. La diète riche en glucose à court terme a eu un effet néfaste sur la fonction érectile chez le jeune rat mais bénéfique chez le rat adulte reproducteur; de même que pour les études à long terme, la diète riche en glucose a amélioré ou renversé la DE associée au vieillissement. Les rats avec RCIU ont exhibé une baisse très significative de la fonction érectile. Ces détériorations ou améliorations de la fonction érectile avec le glucose ou dans la RCIU ont été principalement associées à des modifications de l’expression de l’Akt, en plus d’une augmentation de l’insuline sérique dans les groupes avec le glucose. L’Ang II a entraîné une baisse de la fonction érectile, statistiquement très significative après 1 semaine et maintenue après 2 semaines de traitement, sans causer des changements morphologiques au cœur et à l’aorte thoracique. En conclusion : l’atteinte du système érectile se fait précocement dans les complications cardiovasculaires liées à l’activation du SRA, l’implication de l’Akt dans la modulation de la fonction érectile dépend de type de vieillissement et de la diète, le RCIU est un facteur de risque pour la DE.

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.