Evaluación de la posible capacidad genotóxica de fármacos antihipertensivos: losartán e irbesartán

[es] La hipertensión arterial (AHT), estado patológico definido como la elevación persistente de la presión arterial, es considerada uno de los principales problemas de salud pública. El tratamiento de la patología se realiza preferentemente con fármacos antihipertensivos. Los pacientes se encuentran sometidos a una exposición larga e ininterrumpida a estos fármacos. Los fármacos antihipertensivos se clasifican en función del mecanismo de acción por el que logran su efecto. Una de las clases son los antagonistas de los receptores de angiotensina II (ARB). Los ARB son la última clase terapéutica incluida en la terapia antihipertensiva. En este Trabajo Fin de Grado, se ha evaluado la posible capacidad genotóxica in vitro, de dos tipos de fármacos ARB (losartán e irbesartán) mediante el empleo de uno de los métodos citogenéticos más utilizados, el ensayo de micronúcleos (MN). El índice de división nuclear (NDI) fue usado también como medida de genotoxicidad. El análisis se ha realizado en linfocitos de sangre periférica (PBL) de 10 individuos control mediante dos tipos de cultivo uno sin fármaco y otro añadiendo los fármacos a los cultivos en una concentración igual a la que se encuentra en el plasma de pacientes. Los resultados muestran un aumento estadísticamente significativo de la frecuencia de células binucleadas con micronúcleos (BNMN) pero no se observan diferencias estadísticamente significativas en el índice de división nuclear. Estos resultados sugieren un posible efecto genotóxico de los fármacos pero sería necesario llevar a cabo estudios en una población más amplia e in vivo con los mismos fármacos para confirmarlo.

Modulação redox da homeostase de células musculares lisas através de estimuladores do sistema NADPH oxidase

As doenças cardiovasculares representam a principal causa de morte nos países ocidentais. Dentre essas doenças, a aterosclerose é que mais se destaca, sendo caracterizada pelo acúmulo de células musculares lisas vasculares (CMLV). O efeito patológico das CMLV em resposta a diferentes estímulos pode acarretar em disfunções nestas células. É notável que a aterosclerose ocorra principalmente em vasos sinuosos onde ocorre um forte turbilhonamento do fluxo sanguíneo, que pode acarretar em hemólise e, consequentemente, acúmulo de heme livre. Além disso, no processo de aterogênese as moléculas de adesão, principalmente integrinas, são de crucial importância durante a resposta de CMLV. Nesse trabalho nosso objetivo inicial foi avaliar o efeito do heme livre nas funções de CMLV, bem como os mecanismos moleculares por trás desses efeitos. Em uma segunda parte, investigamos o envolvimento da integrina α1ß1 no efeito da Angiotensina II (Ang II) em CMLV. Nós observamos que o heme livre é capaz de induzir a proliferação e migração de CMLV via espécies reativas de oxigênio (ERO) provenientes da NADPHoxidase (NADPHox). Adicionalmente vimos que o heme ativa vias de sinalização redox-sensíveis relacionadas à proliferação celular, como MAPKinases e o fator de transcrição NFκB. Também observamos que há uma ligação entre a NADPHox e o sistema heme oxigenase (HO), uma vez que o heme induz a expressão de HO-1 e o pré-tratamento das CMLV com inibidores de HO levam ao aumento tanto o efeito proliferação quanto a indução de ERO promovidas pelo heme. Além disso, vimos que o efeito contra-regulatório promovido pela HO ocorre devido as metabolites do heme: biliverdina, bilirrubina e monóxido de carbono. Por último, quando bloqueamos tanto a NADPHox quanto o sistema HO o heme não teve efeito algum na proliferação de CMLV. Em um segundo estudo, observamos que o efeito da Ang II sobre a migração de CMLV foi inibido quando as células foram pré-tratadas com o ligante da integrina α1ß1, a desintegrina Obtustatina. A seguir observamos que o efeito da Ang II na ativação de FAK e na colocalização actina-ILK é dependente da integrina α1ß1, que possivelmente ativa PKCα, uma vez que vimos que a produção de ERO induzida por Ang II foi inibida pela Obtustatina. Vimos que a indução da expressão de ILK por Ang II em CMLV é dependente da integrina α1ß1 e também observamos que a Obtustatina inibibiu o desacoplamento de ILK da FAK, uma vez que a Obtustatina bloqueou a fosforilação de FAK induzida por Ang II (processo crucial para o desacoplamento da ILK). Nós também observamos que a Ang II induz, via integrina α1ß1, a fosforilação de AKT e a diminuição da expressão de p21, provavelmente via ILK. Corroborando estes dados, nós mostramos que o pré-tratamento com Obtustatina induziu um estacionamento na fase G0 e diminuição da proliferação de CMLV tratadas com Ang II. Portanto, mostramos nesse trabalho que o heme livre induz a ativação de CML via NADPHox, que é elegantemente contra-regulado pelo sistema HO. Além disso, sugerimos que a integrina α1ß1 pode ser um importante alvo molecular para o desenvolvimento de intervenções mais efetivas para a aterosclerose.

Papel do antioxidante (vitamina C) na modulação da pressão sanguínea em ratos espontaneamente hipertensos (SHR)

A hipertensão essencial humana, bem como a hipertensão desenvolvida em Ratos Espontaneamente Hipertensos (SHR), são caracterizadas pelo desenvolvimento de Pressão Arterial (PA) elevada na medida em que a idade avança, sem identificação da causa primária. Está bem estabelecido que este modelo animal apresenta estresse oxidativo (EOx) concomitante a hipertensão. O mecanismo pelo qual o antioxidante reduz a pressão não está claro, por essa razão, é necessário avaliar o comportamento destas enzimas envolvidas na homeostase da PA. Ratos Wistar-Kyoto (WKY) e SHR machos receberam ácido ascórbico, 200 mg / kg / dia por sonda orogástrica durante cinco semanas. A PA, a Hipertrofia Ventricular Esquerda (HVE), o Sistema Renina-Angiotensina (SRA), o Peptídeo Natriurético Atrial (ANP) e o EOx foram comparados entre os grupos por pletismografia, estereologia, microscopia confocal de varrimento a laser, microscopia eletrônica de transmissão, western blotting e análise do RT-qPCR. Os SHR tratados com ácido ascórbico reduziram a PA e a HVE. Além disso, as enzimas envolvidas na homeostase da PA, a renina e a Enzima Conversora de Angiotensina (ECA) normalizaram-se, bem como os Receptores tipo 1 de Angiotensina II (AT1). A grande quantidade de grânulos de ANP no grupo SHR foi reduzida pelo tratamento com ácido ascórbico. O balanço oxidativo foi restabelecido nos SHR tratados com este antioxidante. O EOx nos SHR eleva os níveis de renina e de PA. Estas espécies reativas de oxigênio podem ser envolvidas no mecanismo de sinalização para aumentar a expressão de ANP nos miócitos atriais. Estes dados também mostram que o tratamento com o antioxidante (vitamin C) reduz o EOx e normaliza a PA ao menos parcialmente pela redução de taxas de renina.

Alterações estruturais cardíaca e aórticana menopausa cirúrgica associada à hipertensão renovascular em ratos

A menopausa e a hipertensão podem alterar o remodelamento cardiovascular, porém pouco se sabe sobre sua associação no remodelamento ventricular esquerdo e na aorta. As ratas foram separadas em quatro grupos com seis animais cada: grupo Sham, OVX (ratas ooforectomizadas), 2K1C (ratas com dois rins, um clipe), e grupo 2K1C+OVX com período experimental de 11 semanas. O ventrículo esquerdo (VE) e a aorta torácica foram removidos e analisados (microscopia de luz, imuno-histoquímica e estereologia). A citologia vaginal mostrou que os animais dos grupos Sham e 2K1C ciclaram normalmente, entretanto, os animais dos grupos OVX e OVK+2K1C permaneceram na fase do diestro ou proestro. Comparado ao grupo Sham, a pressão arterial aumentou 12% no grupo OVX e 35% maior nos grupos 2K1C e OVX+2K1C. A relação massa do VE/comprimento da tíbia e a área seccional média de cardiomiócitos aumentaram em todos os grupos com exceção do grupo Sham. A vascularização intramiocárdica foi reduzida cerca de 30% em relação ao grupo Sham, não havendo diferença significativa entre os grupos OVX, 2K1C e OVX+2K1C. O tecido conjuntivo cardíaco teve um aumento superior a 45% nos grupos 2K1C e OVX+2K1C comparados ao grupo Sham, sem diferença entre o os animais do grupo Sham e OVX. O número de núcleos de cardiomiócitos do VE foi gradualmente menor nos grupos OVX, 2K1C e OVX+2K1C, sem diferença entre os dois últimos grupos. Imuno-histoquímica positiva para receptor AT1 da Ang II nas células musculares lisas da túnica média da aorta foi observado em todos os grupos. Estes resultados indicam que a ooforectomia e a hipertensão renovascular agem aumentando a pressão arterial independentemente, com conseqüente remodelamento cardíaco adverso, com estímulo maior da hipertensão renovascular que da menopausa induzida cirurgicamente.

Alterações estruturais cardíaca e aórtica na menopausa cirúrgica associada à hipertensão renovascular em ratos

A menopausa e a hipertensão podem alterar o remodelamento cardiovascular, porém pouco se sabe sobre sua associação no remodelamento ventricular esquerdo e na aorta. As ratas foram separadas em quatro grupos com seis animais cada: grupo Sham, OVX (ratas ooforectomizadas), 2K1C (ratas com dois rins, um clipe), e grupo 2K1C+OVX com período experimental de 11 semanas. O ventrículo esquerdo (VE) e a aorta torácica foram removidos e analisados (microscopia de luz, imuno-histoquímica e estereologia). A citologia vaginal mostrou que os animais dos grupos Sham e 2K1C ciclaram normalmente, entretanto, os animais dos grupos OVX e OVK+2K1C permaneceram na fase do diestro ou proestro. Comparado ao grupo Sham, a pressão arterial aumentou 12% no grupo OVX e 35% maior nos grupos 2K1C e OVX+2K1C. A relação massa do VE/comprimento da tíbia e a área seccional média de cardiomiócitos aumentaram em todos os grupos com exceção do grupo Sham. A vascularização intramiocárdica foi reduzida cerca de 30% em relação ao grupo Sham, não havendo diferença significativa entre os grupos OVX, 2K1C e OVX+2K1C. O tecido conjuntivo cardíaco teve um aumento superior a 45% nos grupos 2K1C e OVX+2K1C comparados ao grupo Sham, sem diferença entre o os animais do grupo Sham e OVX. O número de núcleos de cardiomiócitos do VE foi gradualmente menor nos grupos OVX, 2K1C e OVX+2K1C, sem diferença entre os dois últimos grupos. Imuno-histoquímica positiva para receptor AT1 da Ang II nas células musculares lisas da túnica média da aorta foi observado em todos os grupos. Estes resultados indicam que a ooforectomia e a hipertensão renovascular agem aumentando a pressão arterial independentemente, com conseqüente remodelamento cardíaco adverso, com estímulo maior da hipertensão renovascular que da menopausa induzida cirurgicamente.

Inibidores da renina

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas

Ryanodine receptor expression in trophoblasts

Trophoblasts of the placenta are the frontline cells involved in communication and exchange of materials between the mother and fetus. Within trophoblasts, calcium signalling proteins are richly expressed. Intracellular free calcium ions are a key second messenger, regulating various cellular activities. Transcellular Ca2+ transport through trophoblasts is essential in fetal skeleton formation. Ryanodine receptors (RyRs) are high conductance cation channels that mediate Ca2+ release from intracellular stores to the cytoplasm. To date, the roles of RyRs in trophoblasts have not been reported. By use of reverse transcription PCR and western blotting, the current study revealed that RyRs are expressed in model trophoblast cell lines (BeWo and JEG-3) and in human first trimester and term placental villi. Immunohistochemistry of human placental sections indicated that both syncytiotrophoblast and cytotrophoblast cell layers were positively stained by antibodies recognising RyRs; likewise, expression of RyR isoforms was also revealed in BeWo and JEG-3 cells by immunofluorescence microscopy. In addition, changes in [Ca2+]i were observed in both BeWo and JEG-3 cells upon application of various RyR agonists and antagonists, using fura-2 fluorescent videomicroscopy. Furthermore, endogenous placental peptide hormones, namely angiotensin II, arginine vasopressin and endothelin 1, were demonstrated to increase [Ca2+]i in BeWo cells, and such increases were suppressed by RyR antagonists and by blockers of the corresponding peptide hormone receptors. These findings indicate that 1) multiple RyR subtypes are expressed in human trophoblasts; 2) functional RyRs in BeWo and JEG-3 cells response to both RyR agonists and antagonists; 3) RyRs in BeWo cells mediate Ca2+ release from intracellular store in response to the indirect stimulation by endogenous peptides. These observations suggest that RyR contributes to trophoblastic cellular Ca2+ homeostasis; trophoblastic RyRs are also involved in the functional regulation of human placenta by coupling to endogenous placental peptide-induced signalling pathways.

When 7 transmembrane receptors are not G protein-coupled receptors.

Classically, 7 transmembrane receptors transduce extracellular signals by coupling to heterotrimeric G proteins, although recent in vitro studies have clearly demonstrated that they can also signal via G protein-independent mechanisms. However, the physiologic consequences of this unconventional signaling, particularly in vivo, have not been explored. In this issue of the JCI, Zhai et al. demonstrate in vivo effects of G protein-independent signaling by the angiotensin II type 1 receptor (AT1R) (see the related article beginning on page 3045). In studies of the mouse heart, they compare the physiologic and biochemical consequences of transgenic cardiac-specific overexpression of a mutant AT1R incapable of G protein coupling with those of a wild-type receptor. Their results not only provide the first glimpse of the physiologic effects of this newly appreciated mode of signaling but also provide important and previously unappreciated clues as to the underlying molecular mechanisms.

Desensitization, internalization, and signaling functions of beta-arrestins demonstrated by RNA interference.

Beta-arrestins bind to activated G protein-coupled receptor kinase-phosphorylated receptors, which leads to their desensitization with respect to G proteins, internalization via clathrin-coated pits, and signaling via a growing list of "scaffolded" pathways. To facilitate the discovery of novel adaptor and signaling roles of beta-arrestins, we have developed and validated a generally applicable interfering RNA approach for selectively suppressing beta-arrestins 1 or 2 expression by up to 95%. Beta-arrestin depletion in HEK293 cells leads to enhanced cAMP generation in response to beta(2)-adrenergic receptor stimulation, markedly reduced beta(2)-adrenergic receptor and angiotensin II receptor internalization and impaired activation of the MAP kinases ERK 1 and 2 by angiotensin II. This approach should allow discovery of novel signaling and regulatory roles for the beta-arrestins in many seven-membrane-spanning receptor systems.

Activation and targeting of extracellular signal-regulated kinases by beta-arrestin scaffolds.

Using both confocal immunofluorescence microscopy and biochemical approaches, we have examined the role of beta-arrestins in the activation and targeting of extracellular signal-regulated kinase 2 (ERK2) following stimulation of angiotensin II type 1a receptors (AT1aR). In HEK-293 cells expressing hemagglutinin-tagged AT1aR, angiotensin stimulation triggered beta-arrestin-2 binding to the receptor and internalization of AT1aR-beta-arrestin complexes. Using red fluorescent protein-tagged ERK2 to track the subcellular distribution of ERK2, we found that angiotensin treatment caused the redistribution of activated ERK2 into endosomal vesicles that also contained AT1aR-beta-arrestin complexes. This targeting of ERK2 reflects the formation of multiprotein complexes containing AT1aR, beta-arrestin-2, and the component kinases of the ERK cascade, cRaf-1, MEK1, and ERK2. Myc-tagged cRaf-1, MEK1, and green fluorescent protein-tagged ERK2 coprecipitated with Flag-tagged beta-arrestin-2 from transfected COS-7 cells. Coprecipitation of cRaf-1 with beta-arrestin-2 was independent of MEK1 and ERK2, whereas the coprecipitation of MEK1 and ERK2 with beta-arrestin-2 was significantly enhanced in the presence of overexpressed cRaf-1, suggesting that binding of cRaf-1 to beta-arrestin facilitates the assembly of a cRaf-1, MEK1, ERK2 complex. The phosphorylation of ERK2 in beta-arrestin complexes was markedly enhanced by coexpression of cRaf-1, and this effect is blocked by expression of a catalytically inactive dominant inhibitory mutant of MEK1. Stimulation with angiotensin increased the binding of both cRaf-1 and ERK2 to beta-arrestin-2, and the association of beta-arrestin-2, cRaf-1, and ERK2 with AT1aR. These data suggest that beta-arrestins function both as scaffolds to enhance cRaf-1 and MEK-dependent activation of ERK2, and as targeting proteins that direct activated ERK to specific subcellular locations.

beta-Arrestin 1 and 2 differentially regulate heptahelical receptor signaling and trafficking.

The two widely coexpressed isoforms of beta-arrestin (termed beta arrestin 1 and 2) are highly similar in amino acid sequence. The beta-arrestins bind phosphorylated heptahelical receptors to desensitize and target them to clathrin-coated pits for endocytosis. To better define differences in the roles of beta-arrestin 1 and 2, we prepared mouse embryonic fibroblasts from knockout mice that lack one of the beta-arrestins (beta arr1-KO and beta arr2-KO) or both (beta arr1/2-KO), as well as their wild-type (WT) littermate controls. These cells were analyzed for their ability to support desensitization and sequestration of the beta(2)-adrenergic receptor (beta(2)-AR) and the angiotensin II type 1A receptor (AT(1A)-R). Both beta arr1-KO and beta arr2-KO cells showed similar impairment in agonist-stimulated beta(2)-AR and AT(1A)-R desensitization, when compared with their WT control cells, and the beta arr1/2-KO cells were even further impaired. Sequestration of the beta(2)-AR in the beta arr2-KO cells was compromised significantly (87% reduction), whereas in the beta arr1-KO cells it was not. Agonist-stimulated internalization of the AT(1A)-R was only slightly reduced in the beta arr1-KO but was unaffected in the beta arr2-KO cells. In the beta arr1/2-KO cells, the sequestration of both receptors was dramatically reduced. Comparison of the ability of the two beta-arrestins to sequester the beta(2)-AR revealed beta-arrestin 2 to be 100-fold more potent than beta-arrestin 1. Down-regulation of the beta(2)-AR was also prevented in the beta arr1/2-KO cells, whereas no change was observed in the single knockout cells. These findings suggest that sequestration of various heptahelical receptors is regulated differently by the two beta-arrestins, whereas both isoforms are capable of supporting receptor desensitization and down-regulation.

Receptor-specific in vivo desensitization by the G protein-coupled receptor kinase-5 in transgenic mice.

Transgenic mice were generated with cardiac-specific overexpression of the G protein-coupled receptor kinase-5 (GRK5), a serine/threonine kinase most abundantly expressed in the heart compared with other tissues. Animals overexpressing GRK5 showed marked beta-adrenergic receptor desensitization in both the anesthetized and conscious state compared with nontransgenic control mice, while the contractile response to angiotensin II receptor stimulation was unchanged. In contrast, the angiotensin II-induced rise in contractility was significantly attenuated in transgenic mice overexpressing the beta-adrenergic receptor kinase-1, another member of the GRK family. These data suggest that myocardial overexpression of GRK5 results in selective uncoupling of G protein-coupled receptors and demonstrate that receptor specificity of the GRKs may be important in determining the physiological phenotype.

Monoclonal antibodies reveal receptor specificity among G-protein-coupled receptor kinases.

Guanine nucleotide-binding regulatory protein (G protein)-coupled receptor kinases (GRKs) constitute a family of serine/threonine kinases that play a major role in the agonist-induced phosphorylation and desensitization of G-protein-coupled receptors. Herein we describe the generation of monoclonal antibodies (mAbs) that specifically react with GRK2 and GRK3 or with GRK4, GRK5, and GRK6. They are used in several different receptor systems to identify the kinases that are responsible for receptor phosphorylation and desensitization. The ability of these reagents to inhibit GRK- mediated receptor phosphorylation is demonstrated in permeabilized 293 cells that overexpress individual GRKs and the type 1A angiotensin II receptor. We also use this approach to identify the endogenous GRKs that are responsible for the agonist-induced phosphorylation of epitope-tagged beta2- adrenergic receptors (beta2ARs) overexpressed in rabbit ventricular myocytes that are infected with a recombinant adenovirus. In these myocytes, anti-GRK2/3 mAbs inhibit isoproterenol-induced receptor phosphorylation by 77%, while GRK4-6-specific mAbs have no effect. Consistent with the operation of a betaAR kinase-mediated mechanism, GRK2 is identified by immunoblot analysis as well as in a functional assay as the predominant GRK expressed in these cells. Microinjection of GRK2/3-specific mAbs into chicken sensory neurons, which have been shown to express a GRK3-like protein, abolishes desensitization of the alpha2AR-mediated calcium current inhibition. The intracellular inhibition of endogenous GRKs by mAbs represents a novel approach to the study of receptor specificities among GRKs that should be widely applicable to many G-protein-coupled receptors.

Internal mammary artery smooth muscle cells resist migration and possess high antioxidant capacity

Objective: This study investigated whether differences exist in atherogen-induced migratory behaviors and basal antioxidant enzyme capacity of vascular smooth muscle cells (VSMC) from human coronary (CA) and internal mammary (IMA) arteries. Methods: Migration experiments were performed using the Dunn chemotaxis chamber. The prooxidant [NAD(P)H oxidase] and antioxidant [NOS, superoxide dismutase, catalase and glutathione peroxidase] enzyme activities were determined by specific assays. Results: Chemotaxis experiments revealed that while both sets of VSMC migrated towards platelet-derived growth factor-BB (1-50 ng/ml) and angiotensin II (1-50 nM), neither oxidized-LDL (ox-LDL, 25-100 ng/ml) nor native LDL (100 ng/ml) affected chemotaxis in IMA VSMC. However, high dose ox-LDL produced significant chemotaxis in CAVSMC that was inhibited by pravastatin (100 nM), mevastatin (10 nM), losartan (10 nM), enalapril (1 micro.M), and MnTBAP (a free radical scavenger, 50 micro.M). Microinjection experiments with isoprenoids i.e. geranylgeranylpyrophosphate (GGPP) and farnesylpyrophosphate (FPP) showed distinct involvement of small GTPases in atherogeninduced VSMC migration. Significant increases in antioxidant enzyme activities and nitrite production along with marked decreases in NAD(P)H oxidase activity and superoxide levels were determined in IMA versus CA VSMC. Conclusions: Enhanced intrinsic antioxidant capacity may confer on IMAVSMC resistance to migration against atherogenic agents. Drugs that regulate ox-LDL or angiotensin II levels also exert antimigratory effects.

Comparison of the acute renal and peripheral vascular responses to frusemide and bumetanide at low and high dose

1. The effects of equipotent doses of frusemide (10 mg and 100 mg) and bumetanide (250 micrograms and 2.5 mg) upon renal and peripheral vascular responses, urinary prostaglandin excretion, plasma renin activity, angiotensin II and noradrenaline were compared in nine healthy volunteers. 2. Frusemide (10 mg and 100 mg) and bumetanide (2.5 mg) increased renal blood flow acutely compared with placebo but bumetanide (250 micrograms) had no effect. The changes in peripheral vascular responses were not significantly different from placebo. 3. Urinary prostaglandin metabolite excretion was acutely increased by all treatments, with no inter-treatment difference. Plasma renin activity was increased acutely by both doses of frusemide and by bumetanide (2.5 mg) compared with placebo and to bumetanide (250 micrograms). There were no differences between the latter two treatments. Angiotensin II was increased significantly 30 min after frusemide 100 mg and bumetanide 2.5 mg, and by all four treatments at 50 min when compared with placebo. There were no significant differences between either of the low doses or the higher doses. Plasma noradrenaline was unchanged by all treatments. 4. Frusemide 100 mg and bumetanide 2.5 mg have the same effects on the renal vasculature and the renin-angiotensin-prostaglandin system. Under the conditions of this study, frusemide 10 mg had different effects on plasma renin activity than bumetanide 250 micrograms.