Stem cells, vascular smooth muscle cells and atherosclerosis

Stem cells have the ability to differentiate into a variety of cells to replace dead cells or to repair tissue. Recently, accumulating evidence indicates that mechanical forces, cytokines and other factors can influence stem cell differentiation into vascular smooth muscle cells (SMCs). In developmental process, SMCs originate from several sources, which show a great heterogenicity in different vessel walls. In adult vessels, SMCs display a less proliferative nature, but are altered in response to risk factors for atherosclerosis. Traditional view on SMC origins in atherosclerotic lesions is challenged by the recent findings that stem cells and smooth muscle progenitors contribute to the development of atherosclerotic lesions. Vascular progenitor cells circulating in human blood and the presence of adventitia in animals are recent discoveries, but the source of these cells is still unknown. The present review gives an update on the progress of stem cell and SMC research in atherosclerosis, and discusses possible mechanisms of stem/progenitor cell differentiation that contribute to the disease process.

Activation of MAPK by modified low-density lipoproteins in vascular smooth muscle cells

A high concentration of circulating low-density lipoproteins (LDL) is a major risk factor for atherosclerosis. Native LDL and LDL modified by glycation and/or oxidation are increased in diabetic individuals. LDL directly stimulate vascular smooth muscle cell (VSMC) proliferation; however, the mechanisms remain undefined. The extracellular signal-regulated kinase (ERK) pathway mediates changes in cell function and growth. Therefore, we examined the cellular effects of native and modified LDL on ERK phosphorylation in VSMC. Addition of native, mildly modified (oxidized, glycated, glycoxidized) and highly modified (highly oxidized, highly glycoxidized) LDL at 25 microg/ml to rat VSMC for 5 min induced a fivefold increase in ERK phosphorylation. To elucidate the signal transduction pathway by which LDL phosphorylate ERK, we examined the roles of the Ca(2+)/calmodulin pathway, protein kinase C (PKC), src kinase, and mitogen-activated protein kinase kinase (MEK). Treatment of VSMC with the intracellular Ca(2+) chelator EGTA-AM (50 micromol/l) significantly increased ERK phosphorylation induced by native and mildly modified LDL, whereas chelation of extracellular Ca(2+) by EGTA (3 mmol/l) significantly reduced LDL-induced ERK phosphorylation. The calmodulin inhibitor N-(6-aminohexyl)-1-naphthalenesulfonamide (40 micromol/l) significantly decreased ERK phosphorylation induced by all types of LDL. Downregulation of PKC with phorbol myristate acetate (5 micromol/l) markedly reduced LDL-induced ERK phosphorylation. Pretreatment of VSMC with a cell-permeable MEK inhibitor (PD-98059, 40 micromol/l) significantly decreased ERK phosphorylation in response to native and modified LDL. These findings indicate that native and mildly and highly modified LDL utilize similar signaling pathways to phosphorylate ERK and implicate a role for Ca(2+)/calmodulin, PKC, and MEK. These results suggest a potential link between modified LDL, vascular function, and the development of atherosclerosis in diabetes.

Selective loss of vascular smooth muscle cells in the retinal microcirculation of diabetic dogs

This study was undertaken to further characterise the fine structural changes occurring in the retinal circulation in early diabetes. The eyes of eight alloxan/streptozotocin and three spontaneously diabetic dogs were examined by trypsin digest and electron microscopy after durations of diabetes of between 1 and 7 years. Basement membrane (BM) thickening in the retinal capillaries was the only obvious fine structural change identified during the first 3 years of diabetes and was established within 1 year of induction. Widespread pericyte loss was noted after 4 years of diabetes and was paralleled by loss of smooth muscle (SM) cells, in the retinal arterioles. SM cell loss was most obvious in the smaller arterioles of the central retina. No microaneurysms were noted in the experimental diabetic dogs with up to 5 years' duration of diabetes but were widespread in a spontaneously diabetic animal at 7 years. This study has shown that SM cell loss, a hitherto unrecognised feature of diabetic microangiopathy, accompanies pericyte loss in the retinal circulation of diabetic dogs.

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.

Hydrogen peroxide enhances the expression and function of Giα proteins in aortic vascular smooth muscle cells from Sprague-Dawley rats : role of growth factor receptors transactivation

Nous avons récemment démontré que les espèces réactives oxygénées induisent une augmentation de l’expression des protéines Giα dans les cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) provenant d’aortes de rats spontanément hypertendus (SHR, de l’anglais spontaneously hypertensive rats). La présente étude a pour but d’étudier les effets du peroxyde d’hydrogène (H2O2), un oxydant qui induit le stress oxydatif, sur l’expression de Giα et sur l’activité de l’adénylate cyclase, et d’explorer les voies de signalisation sous-jacentes responsables de cette réponse. Nos résultats montrent que H2O2 induit une augmentation de l’expression des protéines Giα-2 et Giα-3 de manière dose- et temps-dépendante avec une augmentation maximale de 40-50% à 100 µM après 1 heure, sans affecter l’expression de Gsα. L’expression des protéines Giα a été maintenue au niveau normal en presence de AG 1478, AG1295, PD98059 et la wortmannine, des inhibiteurs d’EGF-R (de l’anglais epidermal growth factor receptor), PDGFR-β (de l’anglais platelet-derived growth factor receptor β), de la voie de signalisation ras-ERK1/2 (de l’anglais extracellular regulated kinase1/2), et de la voie de la PI3Kinase-AKT (de l’anglais phosphatidyl inositol-3 kinase), respectivement. En outre, le traitement des CMLV avec H2O2 a induit une augmentation du degré de phosphorylation d’EGF-R, PDGF-R, ERK1/2 et AKT; et cette expression a été maintenue au niveau témoin par leurs inhibiteurs respectifs. Les inhibiteurs d’EGF-R et PDGF-R ont aussi induit une diminution du degré de phosphorylation de ERK1/2, et AKT/PKB. En outre, la transfection des cellules avec le siRNA (de l’anglais, small interfering ribonucleic acid) de EGF-R et PDGFR-β a atténué la surexpression des protéines Giα-2 et Giα-3 induite par le traitement au H2O2. La surexpression des protéines Giα induite par H2O2 a été corrélée avec une augmentation de la fonction de la protéine Giα. L’inhibition de l’activité de l’adénylate cyclase par de faibles concentrations de GTPγS après stimulation par la forskoline a augmenté de 20% dans les cellules traitées au H2O2. En outre, le traitement des CMLV au H2O2 a aussi accru l’inhibition de l’activité de l’adénylate cyclase par les hormones inhibitrices telles que l’angiotensine II, oxotrémorine et C-ANP4-23. D’autre part, la stimulation de l’adénylate cyclase induite par GTPγS, glucagon, isoprotérénol, forskoline, et le fluorure de sodium (NaF) a été atténuée de façon significative dans les cellules traitées au H2O2. Ces résultats suggèrent que H2O2 induit la surexpression des protéines Giα-2 and Giα-3 via la transactivation des récepteurs des facteurs de croissance EGF-R, PDGFR-β et l’activation des voies de signalisation ras-ERK1/2 et PI3K-AKT Mot-cles: Protéines Giα, peroxyde d’hydrogène, stress oxydant, récepteurs des facteurs de croissance, MAP kinases, adénylate cyclase, hypertension

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

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

Assessing the Activity of Agonistic Autoantibodies in Systemic Sclerosis and their Effects on Cultured Vascular Smooth Muscle Cells

La sclérose systémique (ScS) est une maladie auto-immune dévastatrice d'étiologie inconnue. Le dysfonctionnement immunitaire, la fibrose et la vasculopathie sont les trois principales caractéristiques de cette maladie. Une récente étude a révélé un nouveau lien entre l'auto-immunité et la fibrose, par la présence d'auto-anticorps stimulant le récepteur du facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGFR) des fibroblastes. Ces auto-anticorps sont capables de stimuler les espèces réactives de l'oxygène et d’activer la kinase régulée par un signal extracellulaire (ERK1/2). L’hypothèse que nous formulons est que les cellules musculaires lisses vasculaires (VSMCs) exprimant conjointement les PDGFR, répondront elles aussi aux autoanticorps anti-PDGF-R. Le travail présenté ici vise à valider la présence d'auto-anticorps PDGFR dans les sérums de patients ScS, et à caractériser ensuite la réponse de VSMCs exposées à de l'immunoglobuline G (IgG) de ces sérums, en mesurant l’activation des cascades de signalisation spécifiques, ainsi que l'induction des gènes impliqués dans la réponse fibrotique. Nos résultats démontrent la présence d'une fraction IgG stimulant une réponse phénotypique dans les cultures de VSMCs. Notamment, d’importantes régulations positive et négative des gènes pro-fibrotiques tgfb1 et tgfb2 respectivement, ont été observées dans les VSMCs exposées à des fractions de ScS-IgG. Les fractions de IgG positives pour l'activation de ERK étaient présentes dans la plupart, mais pas dans tous les échantillons de SSc (68%, 19/28), et moins présentes dans les contrôles 27% (11/3). Bien que, les fractions de SSc-IgG ont pu considérablement immunoprécipiter le PDGFR, l'utilisation d'un inhibiteur spécifique des récepteurs au PDGF (AG1296), n'a pas inhibé l'activation de ERK médiée par les fractions de SSc-IgG. Globalement, nos résultats indiquent la présence d'autoanticorps stimulants avec activité pro-fibrotique dans les sérums des patients ScS. Des travaux sont en cours pour identifier l'entité moléculaire responsable de la réponse d’IgG observée dans les cultures de VSMCs.

Induction of heme oxygenase 1 by moderately oxidized low-density lipoproteins in human vascular smooth muscle cells: role of mitogen-activated protein kinases and Nrf2

Oxidized low-density lipoproteins (LDL) play a central role in atherogenesis and induce expression of the antioxidant stress protein heme oxygenase 1 (HO-1). In the present study we investigated induction of HO-1 and adaptive increases in reduced glutathione (GSH) in human aortic smooth muscle cells (SMC) in response to moderately oxidized LDL (moxLDL, 100 mu g protein/ml, 24 h), a species containing high levels of lipid hydroperoxides. Expression and activity of HO-1 and GSH levels were elevated to a greater extent by moxLDL than highly oxidized LDL but unaffected by native or acetylated LDL. Inhibitors of protein kinase C (PKC) or mitogen-activated protein kinases (MAPK) p38(MAPK) and MEK or c-jun-NH2-terminal kinase (JNK) significantly attenuated induction of HO-1. Phosphorylation of p38(MAPK), extracellular signal-regulated kinase (ERK1/2), or JNK and nuclear translocation of the transcription factor Nrf2 were enhanced following acute exposure of SMC to rnoxLDL (100 mu g proteiri/ml, 1-2 h). Pretreatment of SMC with the antioxidant vitamin C (100 mu M, 24 h) attenuated the induction of HO-1 by moxLDL. Native and oxidized LDL did not alter basal levels of intracellular ATP, mitochondrial dehydrogenase activity, or expression of the lectin-like oxidized LDL receptor (LOX-1) in SMC. These findings demonstrate for the first time that activation of PKC, p38(MAPK), JNK, ERK1/2, and Nrf2 by oxidized LDL in human SMC leads to HO-1 induction, constituting an adaptive response against oxidative injury that can be ameliorated by vitamin C. (C) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Phenotypic modulation of cultured vascular smooth muscle cells: a functional analysis focusing on MLC and ERK1/2 phosphorylation

Primary cultures of vascular smooth muscle cells (VSMCs) from rats offer a good model system to examine the molecular basis of mechanism of vascular contraction-relaxation. However, during pathological conditions such as atherosclerosis and hypertension, VSMCs characteristically exhibit phenotypic modulation, change from a quiescent contractile to a proliferative synthetic phenotype, which impairs this mechanism of vascular contraction-relaxation. Taking in account that Myosin light chain (MLC) and ERK1/2 directly participate in the process of vascular contraction, the aim of the current study was to analyze the involvement of MLC and ERK1/2 signaling during the process of VSMCs phenotypic modulation. Primary cultures of VSMCs from rat thoracic aortas were isolated and submitted to different number of passages or to freezing condition. Semi-quantitative RT-PCR was used to evaluate the mRNA levels of VSMCs differentiation markers, and western blot assays were used to determine the MLC and ERK1/2 phosphorylation levels during VSMCs phenotypic modulation. Also, immunocytochemical experiments were performed to evaluate morphological alterations occurred during the phenotypic modulation. Elevated number of passages (up to 4) as well as the freezing/thawing process induced a significant phenotypic modulation in VSMCs, which was accompanied by diminished MLC and ERK1/2 phosphorylation levels. Phosphorylation of MLC was suppressed completely by the treatment with a synthetic inhibitor of MEK-1, a direct upstream of ERK1/2, PD98059. These findings provide that ERK1/2-promoted MLC phosphorylation is impaired during VSMCs phenotypic modulation, suggesting that ERK1/2 signaling pathway may represent a potential target for understanding the pathogenesis of several vascular disease processes frequently associated to this condition.

Angiotensin II modulates CD40 expression in vascular smooth muscle cells

The signalling pathway CD40/CD40L (CD40 ligand) plays an important role in atherosclerotic plaque formation and rupture. AngII (angiotensin II), which induces oxidative stress and inflammation, is also implicated in the progression of atherosclerosis. In the present study, we tested the hypothesis that AngII increases CD40/CD40L activity in vascular cells and that ROS (reactive oxygen species) are part of the signalling cascade that controls CD40/CD40L expression. Human CASMCs (coronary artery smooth muscle cells) in culture exposed to IL (interleukin)-1 beta or TNF-alpha (tumour necrosis factor-a) had increased superoxide generation and enhanced CD40 expression, detected by EPR (electron paramagnetic resonance) and immunoblotting respectively. Both phenomena were abolished by previous incubation with membrane-permeant antioxidants or cell transfection with P22(phox) antisense. AngII (50-200 nmol/l) induced an early and sustained increase in CD40 mRNA and protein expression in CASMCs, which was blocked by treatment with antioxidants. Increased CD40 expression led to enhanced activity of the pathway, as AngII-treated cells stimulated with recombinant CD40L released higher amounts of IL-8 and had increased COX-2 (cyclo-oxygenase-2) expression. We conclude that AngII stimulation of vascular cells leads to a ROS-dependent increase in CD40/CD40L signalling pathway activity. This phenomenon may be an important mechanism modulating the arterial injury observed in atherosclerosis-related vasculopathy.

Granulocyte colony-stimulating factor expression from transduced vascular smooth muscle cells provides sustained neutrophil increases in rats

Granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) regulates granulocyte precursor cell proliferation, neutrophil survival, and activation. Cyclic hematopoiesis, a disease that occurs both in humans and grey collie dogs is characterized by cyclical variations in blood neutrophils. Although the underlying molecular defect is not known, long-term daily administration of recombinant G-CSF eliminates the severe recurrent neutropenia, indicating that expression of G-CSF by gene therapy would be beneficial. As a prelude to preclinical studies in affected collie dogs, we monitored hematopoiesis in rats receiving vascular smooth muscle cells transduced to express G-CSF. Cells transduced with LrGSN, a retrovirus expressing rat G-CSF, were implanted in the carotid artery and control animals received cells transduced with LASN, a retrovirus expressing human adenosine deaminase (ADA). Test animals showed significant increases in neutrophil counts for at least 7 weeks, with mean values of 3,670 +/- 740 cells/mu l in comparison to 1,870 +/- 460 cells/mu l in controls (p < 0.001). Thus, in rats G-CSF gene transfer targeted at vascular smooth muscle cells initiated sustained production of 1,800 neutrophils/mu l, a cell number that would provide clinical benefit to patients. Lymphocytes, red cells and platelets were not different between control and test animals (p > 0.05). These studies indicate that retrovirally transduced vascular smooth muscle cells can provide sustained clinically useful levels of neutrophils in vivo.

Vascular smooth muscle cells exhibit a progressive loss of rigidity with serial culture passaging

One drawback of in vitro cell culturing is the dedifferentiation process that cells experience. Smooth muscle cells (SMC) also change molecularly and morphologically with long term culture. The main objective of this study was to evaluate if culture passages interfere in vascular SMC mechanical behavior. SMC were obtained from five different porcine arterial beds. Optical magnetic twisting cytometry (OMTC) was used to characterize mechanically vascular SMC from different cultures in distinct passages and confocal microscopy/western blotting, to evaluate cytoskeleton and extracellular matrix proteins. We found that vascular SMC rigidity or viscoelastic complex modulus (G) decreases with progression of passages. A statistically significant negative correlation between G and passage was found in four of our five cultures studied. Phalloidin-stained SMC from higher passages exhibited lower mean signal intensity per cell (confocal microscopy) and quantitative western blotting analysis showed a decrease in collagen I content throughout passages. We concluded that vascular SMC progressively lose their stiffness with serial culture passaging. Thus, limiting the number of passages is essential for any experiment measuring viscoelastic properties of SMC in culture.