Vaisseau sanguin reconstruit par génie tissulaire : Développement d'une nouvelle approche pour la reconstruction de la media et interaction avec les microparticules

La media vasculaire est au coeur des processus physiopathologiques qui entraînent le développement de l’athérosclérose. L’utilisation d’une media reconstruite par génie tissulaire permet d’étudier les cellules musculaires lisses (CML) humaines dans un environnement plus physiologique que les cellules en culture monocouche. Les travaux présentés dans cette thèse sont orientés autour de la media vasculaire reconstruite par génie tissulaire comme modèle d’étude pharmacologique et prothèse vasculaire autologue. La première partie des travaux porte sur l’étude des interactions de cette tunique avec les microparticules (MP) circulantes. D’abord, nous avons montré que la présence de l’adventice modifie la réponse de la media aux MP produites in vitro à partir des lymphocytes T. Ensuite, l’étude de l’effet des MP isolées du sérum de patients en choc septique sur la media humaine a démontré que ces MP sont en mesure d’augmenter la contraction de la media par un mécanisme impliquant une diminution du NO et une augmentation de l’expression de l’ARN messager de l’interleukine-10. L’incubation de la media reconstruite avec cette cytokine anti-inflammatoire bloque l’hyporéactivité induite par les lipopolysaccharides. Le même phénomène a été reproduit in vivo, chez le rongeur. Ces résultats suggèrent que les SMP auraient un effet protecteur sur la fonction vasculaire, en potentialisant la contraction de la media. Ensuite, nous avons optimisé l’approche de reconstruction de prothèses vasculaires par auto-assemblage proposée initialement pour l’adapter au contexte particulier des CML. L’objectif principal était de permettre l’étude physiopathologique de la media à partir de toutes les lignées de CML; indépendamment de leur capacité de synthèse de matrice extracellulaire. Pour ce faire, nous avons développé un échafaudage de matrice extracellulaire produit par auto-assemblage à partir de fibroblastes humains. L’utilisation de cet échafaudage génère une media plus résistante et plus contractile que la technique initiale. Enfin, une anisotropie a été créée dans cet échafaudage pour permettre une orientation physiologique des CML. La media reconstruite devient ainsi plus résistante et plus contractile. Ces améliorations permettent de reconstruire des media à partir des cellules de plus de patients et mèneront à des études pharmacologiques plus représentatives de la population. Cet échafaudage facilitera la translation clinique de ce modèle de media reconstruite par génie tissulaire.

The role of microRNA 21 in the development of in-stent restenosis

Coronary heart disease is a major cause of morbidity and mortality worldwide. Percutaneous coronary intervention (PCI) has become the most widely used method of coronary artery revascularisation. The use of stents to hold open atherosclerosis induced arterial narrowing has significantly reduced elastic recoil and acute vessel occlusion following balloon angioplasty. However, bare metal stents have been associated with in-stent restenosis attributed to vascular smooth muscle cell (VSMC) hyperplasia and excessive neointimal formation. The resultant luminal renarrowing may manifest clinically with the return of symptoms such as chest pain or shortness of breath. The development of drug eluting stents has significantly reduced the incidence of in-stent restenosis (ISR). Unfortunately the antiproliferative medications used not only inhibit VSMC proliferation but also re-endothelialisation of the stented vessel. In addition, the drug impregnated polymer coating has been associated with a chronic inflammatory response within the vessel wall predisposing patients to stent thrombosis. Thus the identification of novel therapies which promote vessel healing without excessive proliferative or inflammatory response may improve long term outcome and reduce the need for repeated revascularisation. MicroRNAs (miRs) are short (18-25 nucleotide) non-coding RNAs acting to regulate gene expression. By binding to the 3’untranslated region of mRNA they act to fine tune gene expression either by mRNA degradation or translational repression. Originally identified in coordinating tissue development microRNAs have also been shown to play important roles coordinating the inflammatory response and in numerous cardiovascular diseases. MiR-21 has been identified in human atherosclerotic plaques, arteriosclerosis obliterans and abdominal aortic aneurysms. In addition, its up regulation has been documented in preclinical models of vascular injury. This study sought to identify the role of miR-21 in the development of ISR. Utilising a small animal model of stenting and in vitro techniques, we sought to investigate its influence upon VSMC and immune cell response following stenting. 19 The refinement of a murine stenting model within the Baker laboratory and the electrochemical dissolution of the metal stent from within harvested vascular tissues significantly improved the ability to perform detailed histological analysis. In addition, identification of miRNAs using in situ hybridisation was achieved for the first time within stented tissue. Neointimal formation and ISR was significantly reduced in mice in which miR-21 had been genetically deleted. In addition, neointimal composition was found to be altered in miR-21 KO mice with reductions in VSMC and elastin content demonstrated. Importantly, no difference in re-endothelialisation was observed. In vitro analysis demonstrated that VSMCs from miR-21 KO mice had both reduced proliferative and migratory capacity following platelet derived growth factor stimulation. Molecular analysis revealed that these differences may, at least in part, be due to de-repression of programmed cell death 4 (PDCD4). PDCD4 is a known miR-21 target within VSMCs implicated in the suppression of proliferation and promotion of apoptosis. Unfortunately, initial attempts at antimiR mediated knockdown of miR-21 in vivo, failed to produce a similar change in the suppression of ISR. Furthermore, a significant alteration in macrophage polarisation state within the neointima of miR-21 WT and KO mice was noted. Immunohistochemical staining revealed a preponderance of anti-inflammatory M2 macrophages in KO mice. Analysis of bone marrow derived macrophages from miR-21 KO mice demonstrated an increased level of the peroxisome proliferation activating receptor-γ (PPARγ) which facilitates M2 polarisation. Importantly, significant alterations in numerous pro-inflammatory cytokines, which also have mitogenic effects, were also found following genetic deletion of miR-21. In Summary, this is the first study to look at miRs in the development of ISR. MiR-21 plays an important role in the development of ISR by influencing the proliferative response of VSMCs and modulating the immune response following stent deployment. Further attempts to modulate miR-21 expression following PCI may reduce ISR and the need for repeat revascularisation while also reducing the risk of stent thrombosis.

Involvement of Beta-arrestin 1 and Beta-arrestin 2 in store operated calcium entry

Résumé : La variation de la [Ca2+] intracellulaire participe à nombreux de processus biologiques. Les cellules eucaryotes expriment à la membrane plasmique une variété de canaux par lesquelles le calcium peut entrer. Dans les cellules non excitables, deux mécanismes principaux permettent l'entrée calcique; l'entrée capacitative de Ca2+ via Orai1 (SOCE) et l'entrée calcique activé par un récepteur (ROCE). Plusieurs protéines clés sont impliquées dans la régulation de ces voies d'entrée calcique, ainsi que dans l'homéostasie calcique. TRPC6 est un canal calcique impliquée dans l'entrée calcique dans les cellules à la suite d’une stimulation d’un récepteur hormonal. TRPC6 transloque à la membrane cellulaire et il y demeure jusqu'à ce que le stimulus soit retiré. Les mécanismes qui régulent le trafic et l'activation de TRPC6 sont cependant encore peu connus. Des découvertes récentes ont démontré qu'il y a un rôle potentiel de Rho kinase dans l'activité de TRPC6. Rho kinase est activée par la petite protéine G RhoA qui peut être activée par les protéines G hétérotrimériques Gα12 et Gα13. En plus de Gα12 et Gα13, les protéines de désensibilisation des GPCR β -arrestin 1 et / ou β-arrestin 2 peuvent aussi activer RhoA. Le but de notre étude est d'examiner la participation des protéines Gα12/13 et β-arrestin 1/ β-arrestin 2 dans l'activation de TRPC6 et de la protéine Orai1. Nous avons utilisé des ARN interférant (siRNA) spécifiques pour induire une réduction de l'expression de Gα12/13 ou β-arrestin 1/β-arrestin 2. La conséquence sur l’entrée de Ca2+ dans les cellules a été ensuite déterminée par imagerie calcique en temps réel suite à une stimulation par la vasopressine (AVP), thapsigargin ou carbachol. Nous avons donc identifié que dans des cellules A7r5, une lignée cellulaire de musculaires lisses vasculaires où le canal TRPC6 exprimé de manière endogène, la diminution de l’expression des protéines Gα12 ou Gα13 ne semble pas modifier l’entrée Ca2+ induit par l’AVP par rapport aux cellules témoins. D'autre part, la diminution de l’expression β-arrestin 1 ou β-arrestin 2 dans des cellules HEK 293 ainsi que des cellules HEK 293 exprimant de façon stable TRPC6 (cellules T6.11) ont augmenté l’entrée de Ca2+ induite par thapsigargin, un activateur pharmacologique de SOCE. Des études de co-immunoprécipitation démontrent une interaction entre la β-arrestin 1 et STIM1, alors qu'aucune interaction n'a été observée entre les β-arrestin 1 et Orai1. Nous avons de plus montré à l'aide d'analyse en microscopie confocale que la diminution de l’expression β-arrestin 1 ou β-arrestin 2 n’influence pas la quantité d’Orai1 à la périphérie cellulaire. Cependant, des résultats préliminaires indiquent que la diminution de l’expression β-arrestin 1 ou β-arrestin 2 augmente la quantité de STIM1-YFP dans l'espace intracellulaire et diminue sa quantité à la périphérie cellulaire. En conclusion, nous avons montré que les β-arrestin 1 ou β-arrestin 2 sont impliquées dans l'entrée capacitative de Ca2+ (SOCE) et contrôlent la quantité de STIM1 dans le réticulum endoplasmique.

Eph kinases and their ligands ephrins act in concert with sex hormones in regulating blood pressure

Les Erythropoietin-producing hepatocyte (EPH) sont la plus grande famille de récepteurs tyrosine kinase. Leurs ligands, les éphrines (EFNs), sont aussi des molécules exprimées à la surface cellulaire. Les EPH/EFNs sont impliqués dans de nombreux processus biologiques. L'hypertension artérielle (PA) est une maladie chronique qui, aujourd'hui, est devenue un problème médical critique dans le monde entier et un enjeu de santé publique. La découverte de nouvelles thérapeutiques de l'hypertension sont d'une grande importance pour la santé publique. Jusqu’à tout récemment, il existe seulement quelques études concernant le rôle de l’axe EPH/EFNs sur la fonction des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV). Dans nos études précédentes, nous avons montré qu'EPHB6 et EFNB1, de concert avec les hormones sexuelles, régulent la PA. Dans la présente étude, nous avons constaté que les différents membres de la famille EPH/EFN peuvent réguler soit positivement, soit négativement, la contractilité des CMLV et la PA: tandis que EPHB4 et EFNB2 appartiennent à la première catégorie, EFNB1, EFNB3 et EPHB6 appartiennent à la deuxième. In vivo, des souris males, mais non pas des femelles, porteuses d’une mutation EPHB4 (KO) spécifique du muscle lisse présentent une PA diminuée, comparée aux souris témoins (WT). Les CMLV de souris EPHB4 KO, en présence de testostérone, ont montré une contractilité réduite lors de la stimulation par la phényléphrine (PE). Au niveau moléculaire, la phosphorylation de la protéine kinase II dépendante de Ca2+/calmoduline et de la kinase de la chaine légère de la myosine (CLM) est augmentée, tandis que la phosphorylation de la kinase de la CLM est réduite dans les CMLV KO lors de la stimulation par PE, par rapport au WT CMLV. Cela fournit une base moléculaire à la réduction de la PA et de la contractilité des CMLV chez les souris EPHB4 KO. EFNB2 est le ligand majeur de l’EPHB4. Comme attendu, les souris EFNB2 KO spécifique du muscle lisse avaient un phénotype de PA semblable, quoique non identique, aux souris EPHB4 KO. Les souris mâles EFNB2 KO, mais pas femelles, sous régime régulier ou riche en sel, présentent une PA réduite, par rapport à leurs homologues WT. Au niveau cellulaire, les CMLV des souris KO ont montré une contractilité réduite lors de la stimulation par PE par rapport aux témoins WT. Une région de l’acide aminé (aa) 313 à l’aa 331 dans la partie intracellulaire d’EFNB2 est essentielle pour la signalisation inverse qui régule la contractilité des CMLV, selon des études de mutation-délétion. Dans une étude de génétique humaine, nous avons identifié, dans le gène EFNB2, six SNP qui étaient associées significativement au risque d'hypertension artérielle, de façon dépendante du sexe, ce qui corrobore nos résultats chez les souris. En revanche, la délétion du gène EFNB3 (KO) chez les souris femelles aboutit à une PA élevée et à une augmentation des résistances des petites artères in vivo, améliore la contractilité des petites artères ex-vivo et augmente la contractilité des CMLV in vitro. Les souris mâles KO ont une PA normale, mais la castration conduit à une augmentation significative de la PA dans les souris KO, mais pas dans les souris WT. Les CMLV des souris KO femelles ont montré une phosphorylation accrue de la CLM et une phosphorylation réduite de la kinase de la CLM, ce qui fournit à nouveau une base moléculaire aux phénotypes de PA et de contractilité des CMLV observés. Ce changement de signalisation est attribuable à une protéine adaptatrice Grip1. En effet, dans une étude d'association pan génomique par le Consortium International pour la Pression Sanguine, un SNP dans le gène GRIP1 a approché le seuil de significativité de la valeur p pour son association avec la pression diastolique. Nos recherches, pour la première fois, ont révélé que EPH/EFNs sont de nouveaux composants dans le système de régulation de la PA. Les membres de la famille EPH/EFN peuvent agir comme des forces Yin et Yang pour régler finement le tonus des vaisseaux pour assurer l'homéostasie de la PA et de sa régulation. Ces effets de EPH/EFNs dépendent du sexe et des niveaux d’hormones sexuelles. À partir de ces nouvelles connaissances, nous pourrions développer une nouvelle thérapie personnalisée pour l’hypertension artérielle, utilisant des antagonistes d'hormones sexuelles ou des thérapies de remplacement d'hormones sexuelles, selon les niveaux d'hormones sexuelles des patients et les mutations dans les gènes de l'EPH/EFN.

Crystal structure of Bn IV in complex with myristic acid: A Lys49 myotoxic phospholipase A(2) from Bothrops neuwiedi venom

The LY549-PLA(2)s myotoxins have attracted attention as models for the induction of myonecrosis by a catalytically independent mechanism of action. Structural studies and biological activities have demonstrated that the myotoxic activity of LYS49-PLA(2) is independent of the catalytic activity site. The myotoxic effect is conventionally thought to be to due to the C-terminal region 111-121, which plays an effective role in membrane damage. In the present study, Bn IV LYS49-PLA(2) was isolated from Bothrops neuwiedi snake venom in complex with myristic acid (CH3(CH2)(12)COOH) and its overall structure was refined at 2.2 angstrom resolution. The Bn IV crystals belong to monoclinic space group P2(1) and contain a dimer in the asymmetric unit. The unit cell parameters are a = 38.8, b = 70.4, c = 44.0 angstrom. The biological assembly is a "conventional dimer" and the results confirm that dimer formation is not relevant to the myotoxic activity. Electron density map analysis of the Bn IV structure shows clearly the presence of myristic acid in catalytic site. The relevant structural features for myotoxic activity are located in the C-terminal region and the Bn IV C-terminal residues NKKYRY are a probable heparin binding domain. These findings indicate that the mechanism of interaction between Bn IV and muscle cell membranes is through some kind of cell signal transduction mediated by heparin complexes. (C) 2010 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Preservation of Nitric Oxide Availability as Nitrite and Nitrosothiols

Nitric Oxide (NO) has been known for long to regulate vessel tone. However, the close proximity of the site of NO production to “sinks” of NO such as hemoglobin (Hb) in blood suggest that blood will scavenge most of the NO produced. Therefore, it is unclear how NO is able to play its physiological roles. The current study deals with means by which this could be understood. Towards studying the role of nitrosothiols and nitrite in preserving NO availability, a study of the kinetics of glutathione (GSH) nitrosation by NO donors in aerated buffered solutions was undertaken first. Results suggest an increase in the rate of the corresponding nitrosothiol (GSNO) formation with an increase in GSH with a half-maximum constant EC50 that depends on NO concentration, thus indicating a significant contribution of ∙NO2 mediated nitrosation in the production of GSNO. Next, the ability of nitrite to be reduced to NO in the smooth muscle cells was evaluated. The NO formed was inhibited by sGC inhibitors and accelerated by activators and was independent of O2 concentration. Nitrite transport mechanisms and effects of exogenous nitrate on transport and reduction of nitrite were examined. The results showed that sGC can mediate nitrite reduction to NO and nitrite is transported across the smooth muscle cell membrane via anion channels, both of which can be attenuated by nitrate. Finally, a 2 – D axisymmetric diffusion model was constructed to test the accumulation of NO in the smooth muscle layer from reduction of nitrite. It was observed that at the end of the simulation period with physiological concentrations of nitrite in the smooth muscle cells (SMC), a low sustained NO generated from nitrite reduction could maintain significant sGC activity and might affect vessel tone. The major nitrosating mechanism in the circulation at reduced O2 levels was found to be anaerobic and a Cu+ dependent GSNO reduction activity was found to deliver minor amounts of NO from physiological GSNO levels in the tissue.

Interleukin-1beta induces human proximal tubule cell injury, alpha-smooth muscle actin expression and fibronectin production

BACKGROUND Tubulointerstitial lesions, characterized by tubular injury, interstitial fibrosis and the appearance of myofibroblasts, are the strongest predictors of the degree and progression of chronic renal failure. These lesions are typically preceded by macrophage infiltration of the tubulointerstitium, raising the possibility that these inflammatory cells promote progressive renal disease through fibrogenic actions on resident tubulointerstitial cells. The aim of the present study, therefore, was to investigate the potentially fibrogenic mechanisms of interleukin-1beta (IL-1beta), a macrophage-derived pro-inflammatory cytokine, on human proximal tubule cells (PTC). METHODS Confluent, quiescent, passage 2 PTC were established in primary culture from histologically normal segments of human renal cortex (N = 11) and then incubated in serum- and hormone-free media supplemented with either IL-1beta (0 to 4 ng/mL) or vehicle (control). RESULTS IL-1beta significantly enhanced fibronectin secretion by up to fourfold in a time- and concentration-dependent fashion. This was accompanied by significant (2.5- to 6-fold) increases in alpha-smooth muscle actin (alpha-SMA) expression, transforming growth factor beta (TGF-beta1) secretion, nitric oxide (NO) production, NO synthase 2 (NOS2) mRNA and lactate dehydrogenase (LDH) release. Cell proliferation was dose-dependently suppressed by IL-1beta. NG-methyl-l-arginine (L-NMMA; 1 mmol/L), a specific inhibitor of NOS, blocked NO production but did not alter basal or IL-1beta-stimulated fibronectin secretion. In contrast, a pan-specific TGF-beta neutralizing antibody significantly blocked the effects of IL-1beta on PTC fibronectin secretion (IL-1beta, 268.1 +/- 30.6 vs. IL-1beta+alphaTGF-beta 157.9 +/- 14.4%, of control values, P < 0.001) and DNA synthesis (IL-1beta 81.0 +/- 6.7% vs. IL-1beta+alphaTGF-beta 93.4 +/- 2.1%, of control values, P < 0.01). CONCLUSION IL-1beta acts on human PTC to suppress cell proliferation, enhance fibronectin production and promote alpha-smooth muscle actin expression. These actions appear to be mediated by a TGF-beta1 dependent mechanism and are independent of nitric oxide release.

Increasing leucine concentration stimulates mechanistic target of rapamycin signaling and cell growth in C2C12 skeletal muscle cells

Leucine is a key amino acid for initiating translation in muscle cells, but the dose-dependent effects of leucine on intracellular signaling are poorly characterized. This study examined the effect that increasing doses of leucine would have on changes in mechanistic target of rapamycin (mTOR)–mediated signaling, rates of protein synthesis, and cell size in C2C12 cells. We hypothesized that a leucine “threshold” exists, which represents the minimum stimulus required to initiate mTOR signaling in muscle cells. Acute exposure to 1.5, 3.2, 5.0, and 16.1 mM leucine increased phosphorylation of mTORSer2448 (~1.4-fold; P < .04), 4E-BP1 Thr37/46 (~1.9-fold; P < .001), and rpS6Ser235/6 (~2.3-fold; P < .001). However, only p70S6kThr389 exhibited a dose-dependent response to leucine with all treatments higher than control (~4-fold; P < .001) and at least 5 mM higher than the 1.5-mM concentration (1.2-fold; P < .02). Rates of protein synthesis were not altered by any treatment. Seven days of exposure to 0.5, 1.5, 5.0, and 16.5 mM leucine resulted in an increase in cell size in at least 5 mM treatments (~1.6-fold, P < .001 vs control). Our findings indicate that even at low leucine concentrations, phosphorylation of proteins regulating translation initiation signaling is enhanced. The phosphorylation of p70S6kThr389 follows a leucine dose-response relationship, although this was not reflected by the acute protein synthetic response. Nevertheless, under the conditions of the present study, it appears that leucine concentrations of at least 5 mM are necessary to enhance cell growth.

Influence of nutrient intake on antioxidant capacity, muscle damage and white blood cell count in female soccer players

11 p.

Splicing of HDAC7 modulates the SRF-myocardin complex during stem-cell differentiation towards smooth muscle cells

Histone deacetylases (HDACs) have a central role in the regulation of gene expression. Here we investigated whether HDAC7 has an impact on embryonic stem (ES) cell differentiation into smooth muscle cells (SMCs). ES cells were seeded on collagen-IV-coated flasks and cultured in the absence of leukemia inhibitory factor in differentiation medium to induce SMC differentiation. Western blots and double-immunofluorescence staining demonstrated that HDAC7 has a parallel expression pattern with SMC marker genes. In ex vivo culture of embryonic cells from SM22-LacZ transgenic mice, overexpression of HDAC7 significantly increased beta-galactosidase-positive cell numbers and enzyme activity, indicating its crucial role in SMC differentiation during embryonic development. We found that HDAC7 undergoes alternative splicing during ES cell differentiation. Platelet-derived growth factor enhanced ES cell differentiation into SMCs through upregulation of HDAC7 splicing. Further experiments revealed that HDAC7 splicing induced SMC differentiation through modulation of the SRF-myocardin complex. These findings suggest that HDAC7 splicing is important for SMC differentiation and vessel formation in embryonic development.