The promoter activity of human Mfn2 depends on Sp1 in vascular smooth muscle cells

AIMS: Mitofusin-2 (Mfn2) expression is dysregulated in vascular proliferative disorders and its overexpression attenuates the proliferation of vascular smooth muscle cells (VSMCs) and neointimal lesion development after balloon angioplasty. We sought to gain insight into the mechanisms that control Mfn2 expression in VSMCs. METHODS AND RESULTS: We cloned and characterized 2 kb of the 5'-flanking region of the human Mfn2 gene. Its TATA-less promoter contains a CpG island. In keeping with this, 5'-rapid amplification of cDNA ends revealed six transcriptional start sites (TSSs), of which TSS2 and TSS5 were the most frequently used. The strong CpG island was found to be non-methylated under conditions characterized by large differences in Mfn2 gene expression. The proximal Mfn2 promoter contains six putative Sp1 motifs. Sp1 binds to the Mfn2 promoter and its overexpression activates the Mfn2 promoter in VSMCs. Chemical inhibition of Sp1 reduced Mfn2 expression, and Sp1 silencing reduced transcriptional activity of the Mfn2 promoter. In keeping with this view, Sp1 and Mfn2 mRNA levels were down-regulated in the aorta early after an atherogenic diet in apolipoprotein E-knockout mice or in VSMCs cultured in the presence of low serum. CONCLUSION: Sp1 is a key factor in maintaining basal Mfn2 transcription in VSMCs. Given the anti-proliferative actions of Mfn2, Sp1-induced Mfn2 transcription may represent a mechanism for prevention of VSMC proliferation and neointimal lesion and development.

The promoter activity of human Mfn2 depends on Sp1 in vascular smooth muscle cells

AIMS: Mitofusin-2 (Mfn2) expression is dysregulated in vascular proliferative disorders and its overexpression attenuates the proliferation of vascular smooth muscle cells (VSMCs) and neointimal lesion development after balloon angioplasty. We sought to gain insight into the mechanisms that control Mfn2 expression in VSMCs. METHODS AND RESULTS: We cloned and characterized 2 kb of the 5'-flanking region of the human Mfn2 gene. Its TATA-less promoter contains a CpG island. In keeping with this, 5'-rapid amplification of cDNA ends revealed six transcriptional start sites (TSSs), of which TSS2 and TSS5 were the most frequently used. The strong CpG island was found to be non-methylated under conditions characterized by large differences in Mfn2 gene expression. The proximal Mfn2 promoter contains six putative Sp1 motifs. Sp1 binds to the Mfn2 promoter and its overexpression activates the Mfn2 promoter in VSMCs. Chemical inhibition of Sp1 reduced Mfn2 expression, and Sp1 silencing reduced transcriptional activity of the Mfn2 promoter. In keeping with this view, Sp1 and Mfn2 mRNA levels were down-regulated in the aorta early after an atherogenic diet in apolipoprotein E-knockout mice or in VSMCs cultured in the presence of low serum. CONCLUSION: Sp1 is a key factor in maintaining basal Mfn2 transcription in VSMCs. Given the anti-proliferative actions of Mfn2, Sp1-induced Mfn2 transcription may represent a mechanism for prevention of VSMC proliferation and neointimal lesion and development.

Angiotensin II-mediated vascular smooth muscle cell growth signaling

The mechanism by which Ang II stimulates the growth of vascular smooth muscle cells was investigated by measuring the phosphorylation of mitogen-activated protein kinases ERK 1 and ERK 2. Ca2+ ionophore was found to have effects practically analogous to Ang II. We found that the signaling pathway involves the activation of epidermal growth factor receptor (EGFR) kinase, activation of the adaptor proteins Shc and Grb2, and the small G-protein Ras. Although the mechanism of AT1- (or Ca2+)-induced activation of EGFR is not yet clear, we have found that calcium-dependent protein kinase CAKß/PYK2 and c-Src are involved in this process. These studies indicate a transactivation mechanism that utilizes EGFR as a bridge between a Gq-coupled receptor and activation of phosphotyrosine generation.

Effects of lipopolysaccharide on low- and high-density cultured rabbit vascular smooth muscle cells: differential modulation of nitric oxide release, ERK1/ERK2 MAP kinase activity, protein tyrosine phosphatase activity, and DNA synthesis

Previous studies have shown that exogenously generated nitric oxide (NO) inhibits smooth muscle cell proliferation. In the present study, we stimulated rabbit vascular smooth muscle cells (RVSMC) with E. coli lipopolysaccharide (LPS), a known inducer of NO synthase transcription, and established a connection between endogenous NO, phosphorylation/dephosphorylation-mediated signaling pathways, and DNA synthesis. Non-confluent RVSMC were cultured with 0, 5, 10, or 100 ng/ml of the endotoxin. NO release was increased by 86.6% (maximum effect) in low-density cell cultures stimulated with 10 ng/ml LPS as compared to non-stimulated controls. Conversely, LPS (5 to 100 ng/ml) did not lead to enhanced NO production in multilayered (high density) RVSMC. DNA synthesis measured by thymidine incorporation showed that LPS was mitogenic only to non-confluent RVSMC; furthermore, the effect was prevented statistically by aminoguanidine (AG), a potent inhibitor of the inducible NO synthase, and oxyhemoglobin, an NO scavenger. Finally, there was a cell density-dependent LPS effect on protein tyrosine phosphatase (PTP) and ERK1/ERK2 mitogen-activated protein (MAP) kinase activities. Short-term transient stimulation of ERK1/ERK2 MAP kinases was maximal at 12 min in non-confluent RVSMC and was prevented by preincubation with AG, whereas PTP activities were inhibited in these cells after 24-h LPS stimulation. Conversely, no significant LPS-mediated changes in kinase or phosphatase activities were observed in high-density cells. LPS-induced NO generation by RVSMC may switch on a cell density-dependent proliferative signaling cascade, which involves the participation of PTP and the ERK1/ERK2 MAP kinases.

Structural properties of lipid reconstructs and lipid composition of normotensive and hypertensive rat vascular smooth muscle cell membranes

Multiple cell membrane alterations have been reported to be the cause of various forms of hypertension. The present study focuses on the lipid portion of the membranes, characterizing the microviscosity of membranes reconstituted with lipids extracted from the aorta and mesenteric arteries of spontaneously hypertensive (SHR) and normotensive control rat strains (WKY and NWR). Membrane-incorporated phospholipid spin labels were used to monitor the bilayer structure at different depths. The packing of lipids extracted from both aorta and mesenteric arteries of normotensive and hypertensive rats was similar. Lipid extract analysis showed similar phospholipid composition for all membranes. However, cholesterol content was lower in SHR arteries than in normotensive animal arteries. These findings contrast with the fact that the SHR aorta is hyporeactive while the SHR mesenteric artery is hyperreactive to vasopressor agents when compared to the vessels of normotensive animal strains. Hence, factors other than microviscosity of bulk lipids contribute to the vascular smooth muscle reactivity and hypertension of SHR. The excess cholesterol in the arteries of normotensive animal strains apparently is not dissolved in bulk lipids and is not directly related to vascular reactivity since it is present in both the aorta and mesenteric arteries. The lower cholesterol concentrations in SHR arteries may in fact result from metabolic differences due to the hypertensive state or to genes that co-segregate with those that determine hypertension during the process of strain selection.

A DNA enzyme targeting Egr-1 inhibits rat vascular smooth muscle cell proliferation by down-regulation of cyclin D1 and TGF-β1

We have demonstrated that a synthetic DNA enzyme targeting early growth response factor-1 (Egr-1) can inhibit neointimal hyperplasia following vascular injury. However, the detailed mechanism of this inhibition is not known. Thus, the objective of the present study was to further investigate potential inhibitory mechanisms. Catalytic DNA (ED5) and scrambled control DNA enzyme (ED5SCR) were synthesized and transfected into primary cultures of rat vascular smooth muscle cells (VSMCs). VSMC proliferation and DNA synthesis were analyzed by the MTT method and BrdU staining, respectively. Egr-1, TGF-β1, p53, p21, Bax, and cyclin D1 expression was detected by RT-PCR and Western blot. Apoptosis and cell cycle assays were performed by FACS. Green fluorescence could be seen localized in the cytoplasm of 70.6 ± 1.52 and 72 ± 2.73% VSMCs 24 h after transfection of FITC-labeled ED5 and ED5SCR, respectively. We found that transfection with ED5 significantly inhibited cultured VSMC proliferation in vitro after 24, 48, and 72 h of serum stimulation, and also effectively decreased the uptake of BrdU by VSMC. ED5 specifically reduced serum-induced Egr-1 expression in VSMCs, further down-regulated the expression of cyclin D1 and TGF-β1, and arrested the cells at G0/G1, inhibiting entry into the S phase. FACS analysis indicated that there was no significant difference in the rate of apoptosis between ED5- and ED5SCR-transfected cells. Thus, ED5 can specifically inhibit Egr-1 expression, and probably inhibits VSMC proliferation by down-regulating the expressions of cyclin D1 and TGF-β1. However, ED5 has no effect on VSMC apoptosis.

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.

Non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) inhibit vascular smooth muscle cell proliferation via differential effects on the cell cycle

Abnormal vascular smooth muscle cell (VSMC) proliferation plays an important role in the pathogenesis of both atherosclerosis and restenosis. Recent studies suggest that high-dose salicylates, in addition to inhibiting cyclooxygenase activity, exert an antiproliferative effect on VSMC growth both in-vitro and in-vivo. However, whether all non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) exert similar anti proliferative effects on VSMCs, and do so via a common mechanism of action, remains to be shown. In this study, we demonstrate that the NSAIDs aspirin, sodium salicylate, diclofenac, ibuprofen, indometacin and sulindac induce a dose-dependent inhibition of proliferation in rat A10 VSMCs in the absence of significant cytotoxicity. Flow cytometric analyses showed that exposure of A10 cells to diclofenac, indometacin, ibuprofen and sulindac, in the presence of the mitotic inhibitor, nocodazole, led to a significant G0/G1 arrest. In contrast, the salicylates failed to induce a significant G1 arrest since flow cytometry profiles were not significantly different from control cells. Cyclin A levels were elevated, and hyperphosphorylated p107 was present at significant levels, in salicylate-treated A10 cells, consistent with a post-G1/S block, whereas cyclin A levels were low, and hypophosphorylated p107 was the dominant form, in cells treated with other NSAIDs consistent with a G1 arrest. The ubiquitously expressed cyclin-dependent kinase (CDK) inhibitors, p21 and p27, were increased in all NSAID-treated cells. Our results suggest that diclofenac, indometacin, ibuprofen and sulindac inhibit VSMC proliferation by arresting the cell cycle in the G1 phase, whereas the growth inhibitory effect of salicylates probably affects the late S and/or G2/M phases. Irrespective of mechanism, our results suggest that NSAIDs might be of benefit in the treatment of certain vasculoproliferative disorders.

Inhibition of vascular smooth muscle cell proliferation by non-steroidal anti-inflammatory drugs

Abnormal vascular smooth muscle cell (VSMC) proliferation is known to play an important role in the pathogenesis of atherosclerosis, restenosis and instent stenosis. Recent studies suggest that salicylates, in addition to inhibiting cyclooxygenase activity, exert an antiproliferative effect on VSMC growth both in vitro and in vivo. However, whether all non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAID) exert similar antiproliferative effects on VSMCs, and do so via a common mechanism of action, remains unknown. In the present study, we demonstrated that the NSAIDs, aspirin, ibuprofen and sulindac induced a dose-dependent inhibition of proliferation in rat A10 VSMCs (IC50 = 1666 mumol/L, 937 mumol/L and 520 mumol/L, respectively). These drugs did not show significant cytotoxic effects as determined by LDH release assay, even at the highest concentrations tested (aspirin, 5000 mumol/L; ibuprofen, 2500 mumol/L; and sulindac, 1000 mumol/L). Flow cytometric analyses showed that a 48 h exposure of A10 VSMCs to ibuprofen (1000 mumol/L) and sulindac (750 mumol/L) led to a significant G1 arrest (from 68.7 +/- 2.0% of cells in G1 to 76.6 +/- 2.2% and 75.8 +/- 2.2%, respectively, p < 0.05). In contrast, aspirin (2500 mumol/L) failed to induce a significant G1 arrest (68.1 +/- 5.2%). Clearer evidence of a G1 block was obtained by treatment of cells with the mitotic inhibitor, nocodazole (40 ng/ml), for the final 24 h of the experiment. Under these conditions, aspirin still failed to induce a G1 arrest (from 25.9 +/- 10.9% of cells in G1 to 19.6 +/- 2.3%) whereas ibuprofen and sulindac led to a significant accumulation of cells in G1(51.8% +/- 17.2% and 54.1% +/- 10.6%, respectively, p < 0.05). These results indicate that ibuprofen and sulindac inhibit VSMC proliferation by arresting the cell cycle in the G1 phase whereas the effect of aspirin appears to be independent of any special phase of the cell cycle. Irrespective of mechanism, our results suggest that NSAIDs might be of benefit to the treatment of vascular proliferative disorders.

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.