c-Kit+ progenitors generate vascular cells for tissue-engineered grafts through modulation of the Wnt/Klf4 pathway

The development of decellularised scaffolds for small diameter vascular grafts is hampered by their limited patency, due to the lack of luminal cell coverage by endothelial cells (EC) and to the low tone of the vessel due to absence of a contractile smooth muscle cells (SMC). In this study, we identify a population of vascular progenitor c-Kit+/Sca-1- cells available in large numbers and derived from immuno-privileged embryonic stem cells (ESCs). We also define an efficient and controlled differentiation protocol yielding fully to differentiated ECs and SMCs in sufficient numbers to allow the repopulation of a tissue engineered vascular graft. When seeded ex vivo on a decellularised vessel, c-Kit+/Sca-1-derived cells recapitulated the native vessel structure and upon in vivo implantation in the mouse, markedly reduced neointima formation and mortality, restoring functional vascularisation. We showed that Krüppel-like transcription factor 4 (Klf4) regulates the choice of differentiation pathway of these cells through β-catenin activation and was itself regulated by the canonical Wnt pathway activator lithium chloride. Our data show that ESC-derived c-Kit+/Sca-1-cells can be differentiated through a Klf4/β-catenin dependent pathway and are a suitable source of vascular progenitors for the creation of superior tissue-engineered vessels from decellularised scaffolds.

T Cells Bearing a Chimeric Antigen Receptor against Prostate-Specific Membrane Antigen Mediate Vascular Disruption and Result in Tumor Regression.

Aberrant blood vessels enable tumor growth, provide a barrier to immune infiltration, and serve as a source of protumorigenic signals. Targeting tumor blood vessels for destruction, or tumor vascular disruption therapy, can therefore provide significant therapeutic benefit. Here, we describe the ability of chimeric antigen receptor (CAR)-bearing T cells to recognize human prostate-specific membrane antigen (hPSMA) on endothelial targets in vitro as well as in vivo. CAR T cells were generated using the anti-PSMA scFv, J591, and the intracellular signaling domains: CD3ζ, CD28, and/or CD137/4-1BB. We found that all anti-hPSMA CAR T cells recognized and eliminated PSMA(+) endothelial targets in vitro, regardless of the signaling domain. T cells bearing the third-generation anti-hPSMA CAR, P28BBζ, were able to recognize and kill primary human endothelial cells isolated from gynecologic cancers. In addition, the P28BBζ CAR T cells mediated regression of hPSMA-expressing vascular neoplasms in mice. Finally, in murine models of ovarian cancers populated by murine vessels expressing hPSMA, the P28BBζ CAR T cells were able to ablate PSMA(+) vessels, cause secondary depletion of tumor cells, and reduce tumor burden. Taken together, these results provide a strong rationale for the use of CAR T cells as agents of tumor vascular disruption, specifically those targeting PSMA. Cancer Immunol Res; 3(1); 68-84. ©2014 AACR.

Endothelial mineralocorticoid receptor activation mediates endothelial dysfunction in diet-induced obesity.

AIMS: Aldosterone plays a crucial role in cardiovascular disease. 'Systemic' inhibition of its mineralocorticoid receptor (MR) decreases atherosclerosis by reducing inflammation and oxidative stress. Obesity, an important cardiovascular risk factor, is an inflammatory disease associated with increased plasma aldosterone levels. We have investigated the role of the 'endothelial' MR in obesity-induced endothelial dysfunction, the earliest stage in atherogenesis. METHODS AND RESULTS: C57BL/6 mice were exposed to a normal chow diet (ND) or a high-fat diet (HFD) alone or in combination with the MR antagonist eplerenone (200 mg/kg/day) for 14 weeks. Diet-induced obesity impaired endothelium-dependent relaxation in response to acetylcholine, whereas eplerenone treatment of obese mice prevented this. Expression analyses in aortic endothelial cells isolated from these mice revealed that eplerenone attenuated expression of pro-oxidative NADPH oxidase (subunits p22phox, p40phox) and increased expression of antioxidative genes (glutathione peroxidase-1, superoxide dismutase-1 and -3) in obesity. Eplerenone did not affect obesity-induced upregulation of cyclooxygenase (COX)-1 or prostacyclin synthase. Endothelial-specific MR deletion prevented endothelial dysfunction in obese (exhibiting high 'endogenous' aldosterone) and in 'exogenous' aldosterone-infused lean mice. Pre-incubation of aortic rings from aldosterone-treated animals with the COX-inhibitor indomethacin restored endothelial function. Exogenous aldosterone administration induced endothelial expression of p22phox in the presence, but not in the absence of the endothelial MR. CONCLUSION: Obesity-induced endothelial dysfunction depends on the 'endothelial' MR and is mediated by an imbalance of oxidative stress-modulating mechanisms. Therefore, MR antagonists may represent an attractive therapeutic strategy in the increasing population of obese patients to decrease vascular dysfunction and subsequent atherosclerotic complications.

Reactive Hyperemia as endothelial function determinant using plethysmography methods

L’atteinte de la fonction endothéliale représente une phase précoce de l’athérosclérose, un stade où les patients sont généralement asymptomatiques. Il existe donc un intérêt certain à détecter la dysfonction endothéliale. Nous avons développé une technique de mesure des variations de flot artériel au niveau des membres supérieurs, basée sur la spectroscopie proche infrarouge (NIRS). Cette approche permettrait d’étudier le niveau d’atteinte vasculaire et probablement de quantifier le degré de dysfonction endothéliale périphérique lors d’une hyperémie réactive. L'expérience a été exécutée sur deux cohortes de 13 et de 15 patients et a été comparée à la pléthysmographie par jauge de contrainte (SGP) qui est considérée comme une méthode de référence. Par la suite, nous avons caractérisé la réponse endothéliale par modélisation de la courbe hyperémique du flot artériel. Des études préliminaires avaient démontré que la réponse hyperémique adoptait majoritairement une forme bi-modale. Nous avons tenté de séparer les composantes endothéliales-dépendantes et endothéliales-indépendantes de l’hyperémie. La quantification des deux composantes de la réaction hyperémique permet de calculer un indice de la ‘santé’ du système endothélial local. Cet indice est nommé le ηfactor. Les résultats montrent une forte corrélation des mesures de flots entre la technique développée et la méthode de référence (r=0.91). Nous avons conclu que NIRS est une approche précise pour la mesure non-invasive du flot artériel. Nous avons obtenu une bonne répétabilité (ICC = 0.9313) pour le ηfactor indiquant sa robustesse. Cependant des études supplémentaires sont nécessaires pour valider la valeur de diagnostic du facteur défini. Mots clés: hyperémie réactive, réponse myogénique, oxyde nitrique, athérosclérose, spectroscopie proche infrarouge

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.

Regenerative potential of corneal endothelium from patients with fuchs endothelial corneal dystrophy

La dystrophie cornéenne endothéliale de Fuchs (FECD, pour l’abréviation du terme anglais « Fuchs endothelial corneal dystrophy ») est une maladie de l'endothélium cornéen. Sa pathogenèse est mal connue. Aucun traitement médical n’est efficace. Le seul traitement existant est chirurgical et consiste dans le remplacement de l’endothélium pathologique par un endothélium sain provenant de cornées de la Banque des yeux. Le traitement chirurgical, en revanche, comporte 10% de rejet immunologique. Des modèles expérimentaux sont donc nécessaires afin de mieux comprendre cette maladie ainsi que pour le développement de traitements alternatifs. Le but général de cette thèse est de développer un modèle expérimental de la FECD en utilisant le génie tissulaire. Ceci a été réalisé en trois étapes. 1) Tout d'abord, l'endothélium cornéen a été reconstruit par génie tissulaire en utilisant des cellules endothéliales en culture, provenant de patients atteints de FECD. Ce modèle a ensuite été caractérisé in vitro. Brièvement, les cellules endothéliales cornéennes FECD ont été isolées à partir de membranes de Descemet prélevées lors de greffes de cornée. Les cellules au deuxième ou troisième passages ont ensuite été ensemencées sur une cornée humaine préalablement décellularisée. Suivant 2 semaines de culture, les endothélia cornéens reconstruits FECD (n = 6) ont été évalués à l'aide d'histologie, de microscopie électronique à transmission et d’immunomarquages de différentes protéines. Les endothélia cornéens reconstruits FECD ont formé une monocouche de cellules polygonales bien adhérées à la membrane de Descemet. Les immunomarquages ont démontré la présence des protéines importantes pour la fonctionnalité de l’endothélium cornéen telles que Na+-K+/ATPase α1 et Na+/HCO3-, ainsi qu’une expression faible et uniforme de la protéine clusterine. 2) Deux techniques chirurgicales (DSAEK ; pour « Descemet stripping automated endothelial keratoplasty » et la kératoplastie pénétrante) ont été comparées pour la transplantation cornéenne dans le modèle animal félin. Les paramètres comparés incluaient les défis chirurgicaux et les résultats cliniques. La technique « DSAEK » a été difficile à effectuer dans le modèle félin. Une formation rapide de fibrine a été observée dans tous les cas DSAEK (n = 5). 3) Finalement, la fonctionnalité in vivo des endothélia cornéens reconstruits FECD a été évaluée (n = 7). Les évaluations in vivo comprenaient la transparence, la pachymétrie et la tomographie par cohérence optique. Les évaluations post-mortem incluaient la morphométrie des cellules endothéliales, la microscopie électronique à transmission et des immunomarquage de protéines liées à la fonctionnalité. Après la transplantation, la pachymétrie a progressivement diminué et la transparence a progressivement augmenté. Sept jours après la transplantation, 6 des 7 greffes étaient claires. La microscopie électronique à transmission a montré la présence de matériel fibrillaire sous-endothélial dans toutes les greffes d’endothelia reconstruits FECD. Les endothélia reconstruits exprimaient aussi des protéines Na+-K+/ATPase et Na+/HCO3-. En résumé, cette thèse démontre que les cellules endothéliales de la cornée à un stade avancé FECD peuvent être utilisées pour reconstruire un endothélium cornéen par génie tissulaire. La kératoplastie pénétrante a été démontrée comme étant la procédure la plus appropriée pour transplanter ces tissus reconstruits dans l’œil du modèle animal félin. La restauration de l'épaisseur cornéenne et de la transparence démontrent que les greffons reconstruits FECD sont fonctionnels in vivo. Ces nouveaux modèles FECD démontrent une réhabilitation des cellules FECD, permettant d’utiliser le génie tissulaire pour reconstruire des endothelia fonctionnels à partir de cellules dystrophiques. Les applications potentielles sont nombreuses, y compris des études physiopathologiques et pharmacologiques.

Neurokinin-B transcription in erythroid cells - Direct activation by the hematopoietic transcription factor GATA-1

The GATA family of transcription factors establishes genetic networks that control developmental processes including hematopoiesis, vasculogenesis, and cardiogenesis. We found that GATA-1 strongly activates transcription of the Tac-2 gene, which encodes proneurokinin-B, a precursor of neurokinin-B (NK-B). Neurokinins function through G protein-coupled transmembrane receptors to mediate diverse physiological responses including pain perception and the control of vascular tone. Whereas an elevated level of NK-B was implicated in pregnancy-associated pre-eclampsia ( Page, N. M., Woods, R. J., Gardiner, S. M., Lomthaisong, K., Gladwell, R. T., Butlin, D. J., Manyonda, I. T., and Lowry, P. J. ( 2000) Nature 405, 797 - 800), the regulation of NK-B synthesis and function are poorly understood. Tac-2 was expressed in normal murine erythroid cells and was induced upon ex vivo erythropoiesis. An estrogen receptor fusion to GATA-1 (ER-GATA-1) and endogenous GATA-1 both occupied a region of Tac-2 intron-7, which contains two conserved GATA motifs. Genetic complementation analysis in GATA-1-null G1E cells revealed that endogenous GATA-2 occupied the same region of intron-7, and expression of ER-GATA-1 displaced GATA-2 and activated Tac-2 transcription. Erythroid cells did not express neurokinin receptors, whereas aortic and yolk sac endothelial cells differentially expressed neurokinin receptor subtypes. Since NK-B induced cAMP accumulation in yolk sac endothelial cells, these results suggest a new mode of vascular regulation in which GATA-1 controls NK-B synthesis in erythroid cells.

Sulfation of genistein alters its antioxidant properties and its effect on platelet aggregation and monocyte and endothelial function

Soy isoflavones have been extensively studied because of their possible benefits to human health. Genistein, the major isoflavone aglycone, has received most attention; however, it undergoes extensive metabolism (e.g. conjugation with sulfuric acid) in the gut and liver, which may affect its biological proper-ties. This study investigated the antioxidant activity and free radical-scavenging properties of genistein, genistein-4'-sulfate and genistein-4'-7-disulfate as well as their effect on platelet aggregation and monocyte and endothelial function. Electron spin resonance spectroscopy (ESR) and spin trapping data and other standard antioxidant assays indicated that genistein is a relatively weak antioxidant compared to quercetin and that its sulfated metabolites are even less effective. Furthermore, genistein-4'-sulfate was less potent than genistem, and genistein-4'-7-disulfate even less potent, at inhibiting collagen-induced platelet aggregation, nitric oxide (NO) production by macrophages, and secretion by primary human endothelial cells of monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1), intercellular adhesion molecule 1 (ICAM-1) and vascular cell adhesion molecule 1 (VCAM-1). The current data suggest that sulfation of genistein, with the associated loss of hydroxyl groups, decreases its antioxidant activity and its effect on platelet aggregation, inflammation, cell adhesion and chemotaxis. (C) 2004 Elsevier B.V All rights reserved.

Effect of genistein and daidzein on platelet aggregation and monocyte and endothelial function

There has been much recent interest in the cardiovascular benefits of dietary isoflavones. The aim of the present in vitro studies was to investigate potential anti-thrombogenic and anti-atherogenic effects of the isoflavones genistein and daidzein in platelets, macrophages and endothelial cells. Pre-treatment with either isoflavone inhibited collagen-induced platelet aggregation in a dose-dependent manner. In a macrophage cell line (RAW 264-7) activated with interferon gamma plus lipopolysaccharide, both isoflavones were found to inhibit NO production and tumour necrosis factor alpha (TNF-alpha) secretion dose-dependently, but they did not affect mRNA levels for inducible nitric oxide synthase and cyclo-oxygenase-2. Both isoflavones also dose-dependently decreased monocyte chemoattractant protein-1 secretion induced by TNF-alpha in human umbilical vein endothelial cells. Compared with daidzein, genistein exerted greater inhibitory effects for all parameters studied. The present data contributes to our knowledge on the molecular mechanisms by which isoflavones may protect against coronary artery disease. Further studies are required to determine whether the effects of isoflavones observed in the current in vitro studies are relevant to the aetiology of coronary artery disease in vivo.

Comparative effects of fatty acids on endothelial inflammatory gene expression

Background: Endothelial dysfunction may be related to adverse effects of some dietary fatty acids (FAs). Although in vitro studies have failed to show consistent findings, this may reflect the diverse experimental protocols employed and the limited range of FAs and end points studied. Aims: To investigate the effect of dietary FA type (saturated, monounsaturated, n-6 and n-3 polyunsaturated fatty acids), concentration, incubation time and cell stimulation state, on a broad spectrum of endothelial inflammatory gene expression. Methods: Using human umbilical vein endothelial cells, with and without stimulation (+/- 10 ng/ml TNF alpha), the effects of arachidonic (AA), docosahexaenoic (DHA), eicosapentaenoic (EPA), linoleic (LA), oleic (OA) and palmitic acids (PA) (10, 25 and 100 mu M), on the expression of genes encoding a number of inflammatory proteins and transcription factors were assessed by quantitative real time RT-PCR. Results: Individual FAs differentially affect endothelial inflammatory gene expression in a gene-specific manner. EPA, LA and OA significantly up-regulated MCP-1 gene expression compared to AA (p = 0.001, 0.013, 0.008, respectively) and DHA (p < 0.0005, = 0.004, 0.002, respectively). Furthermore, cell stimulation state and FA incubation time significantly influenced reported FA effects on gene expression. Conclusions: The comparative effects of saturated, monounsaturated, n-6 and n-3 polyunsaturated FAs on endothelial gene expression depend on the specific FA investigated, its length of incubation, cell stimulation state and the gene investigated. These findings may explain existing disparity in the literature. This work was funded by the EC, Framework Programme 6 via the LIPGENE project (FOOD-CT-2003-505944).

Sulfation of genistein alters its antioxidant properties and its effect on platelet aggregation and monocyte and endothelial function

Soy isoflavones have been extensively studied because of their possible benefits to human health. Genistein, the major isoflavone aglycone, has received most attention; however, it undergoes extensive metabolism (e.g. conjugation with sulfuric acid) in the gut and liver, which may affect its biological proper-ties. This study investigated the antioxidant activity and free radical-scavenging properties of genistein, genistein-4'-sulfate and genistein-4'-7-disulfate as well as their effect on platelet aggregation and monocyte and endothelial function. Electron spin resonance spectroscopy (ESR) and spin trapping data and other standard antioxidant assays indicated that genistein is a relatively weak antioxidant compared to quercetin and that its sulfated metabolites are even less effective. Furthermore, genistein-4'-sulfate was less potent than genistem, and genistein-4'-7-disulfate even less potent, at inhibiting collagen-induced platelet aggregation, nitric oxide (NO) production by macrophages, and secretion by primary human endothelial cells of monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1), intercellular adhesion molecule 1 (ICAM-1) and vascular cell adhesion molecule 1 (VCAM-1). The current data suggest that sulfation of genistein, with the associated loss of hydroxyl groups, decreases its antioxidant activity and its effect on platelet aggregation, inflammation, cell adhesion and chemotaxis. (C) 2004 Elsevier B.V All rights reserved.

Activation of glutathione peroxidase via Nrf1 mediates genistein's protection against oxidative endothelial cell injury

Cellular actions of isoflavones may mediate the beneficial health effects associated with high soy consumption. We have investigated protection by genistein and daidzein against oxidative stress-induced endothelial injury. Genistein but not daidzein protected endothelial cells from damage induced by oxidative stress. This protection was accompanied by decreases in intracellular glutathione levels that could be explained by the generation of glutathionyl conjugates of the oxidised genistein metabolite, 5,7,3',4'-tetrahydroxyisoflavone. Both isoflavones evoked increased protein expression of gamma-glutamylcysteine synthetase-heavy subunit (gamma-GCS-HS) and increased cytosolic accumulation and nuclear translocation of Nrf2. However, only genistein led to increases in the cytosolic accumulation and nuclear translocation of Nrf1 and the increased expression of and activity of glutathione peroxidase. These results suggest that genistein-induced protective effects depend primarily on the activation of glutathione peroxidase mediated by Nrf1 activation, and not on Nrf2 activation or increases in glutathione synthesis. (c) 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

Effect of genistein and daidzein on platelet aggregation and monocyte and endothelial function

There has been much recent interest in the cardiovascular benefits of dietary isoflavones. The aim of the present in vitro studies was to investigate potential anti-thrombogenic and anti-atherogenic effects of the isoflavones genistein and daidzein in platelets, macrophages and endothelial cells. Pre-treatment with either isoflavone inhibited collagen-induced platelet aggregation in a dose-dependent manner. In a macrophage cell line (RAW 264-7) activated with interferon gamma plus lipopolysaccharide, both isoflavones were found to inhibit NO production and tumour necrosis factor alpha (TNF-alpha) secretion dose-dependently, but they did not affect mRNA levels for inducible nitric oxide synthase and cyclo-oxygenase-2. Both isoflavones also dose-dependently decreased monocyte chemoattractant protein-1 secretion induced by TNF-alpha in human umbilical vein endothelial cells. Compared with daidzein, genistein exerted greater inhibitory effects for all parameters studied. The present data contributes to our knowledge on the molecular mechanisms by which isoflavones may protect against coronary artery disease. Further studies are required to determine whether the effects of isoflavones observed in the current in vitro studies are relevant to the aetiology of coronary artery disease in vivo.

Nox2 regulates endothelial cell cycle arrest and apoptosis via p21 (cip1) and p53

Endothelial cells (EC) express constitutively two major isofonns (Nox2 and Nox4) of the catalytic subunit of NADPH oxidase, which is a major source of endothelial reactive oxygen species. However, the individual roles of these Noxes in endothelial function remain unclear. We have investigated the role of Nox2 in nutrient deprivation-induced cell cycle arrest and apoptosis. In proliferating human dermal microvascular EC, Nox2 mRNA expression was low relative to Nox4 (Nox2:Nox4 similar to 1:13), but was upregulated 24 It after starvation and increased to 8 +/- 3.5-fold at 36 h of starvation. Accompanying the upregulation of Nox2, there was a 2.28 +/- 0.18-fold increase in O-2(-); production, a dramatic induction of p21(cip1) and p53, cell cycle arrest, and the onset of apoptosis (all p < 0.05). All these changes were inhibited significantly by in vitro deletion of Nox2 expression and in coronary microvascular EC isolated from Nox2 knockout mice. In Nox2 knockout cells, although there was a 3.8 +/- 0.5fold increase in Nox4 mRNA expression after 36 h of starvation (p < 0.01), neither production nor the p21(cip1) or p53 expression was increased significantly and only 0.46% of cells were apoptotic. In conclusion, Nox2-derived O-2(-), through the modulation of p21(cip1) and p53 expression, participates in endothelial cell cycle regulation and apoptosis. (c) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Rhinocetin, a venom-derived integrin-specific antagonist inhibits collagen-induced platelet and endothelial cell functions

Snaclecs are small non-enzymatic proteins present in viper venoms reported to modulate haemostasis of victims through effects on platelets, vascular endothelial and smooth muscle cells. In this study, we have isolated and functionally characterised a snaclec which we named rhinocetin from the venom of West African gaboon viper, Bitis gabonica rhinoceros. Rhinocetin was shown to comprise α and β chains with the molecular masses of 13.5 and 13kDa respectively. Sequence and immunoblot analysis of rhinocetin confirmed this to be a novel snaclec. Rhinocetin inhibited collagen-stimulated activation of human platelets in dose dependent manner, but displayed no inhibitory effects on glycoprotein VI (collagen receptor) selective agonist, CRP-XL-, ADP- or thrombin-induced platelet activation. Rhinocetin antagonised the binding of monoclonal antibodies against the α2 subunit of integrin α2β1 to platelets and coimmunoprecipitation analysis confirmed integrin α2β1 as a target for this venom protein. Rhinocetin inhibited a range of collagen induced platelet functions such as fibrinogen binding, calcium mobilisation, granule secretion, aggregation and thrombus formation. It also inhibited integrin α2β1 dependent functions of human endothelial cells. Together, our data suggest rhinocetin to be a modulator of integrin α2β1 function and thus may provide valuable insights into the role of this integrin in physiological and pathophysiological scenarios including haemostasis, thrombosis and envenomation.