Ca(2+) sparks promote myogenic tone in retinal arterioles

Background and Purpose: Ca(2+) imaging reveals subcellular Ca(2+) sparks and global Ca(2+) waves/oscillations in vascular smooth muscle. It is well established that Ca(2+) sparks can relax arteries, but we have previously reported that sparks can summate to generate Ca(2+) waves/oscillations in unpressurized retinal arterioles, leading to constriction. We have extended these studies to test the functional significance of Ca(2+) sparks in the generation of myogenic tone in pressurized arterioles.

Experimental Approach: Isolated retinal arterioles (25-40 μm external diameter) were pressurized to 70 mmHg, leading to active constriction. Ca(2+) signals were imaged from arteriolar smooth muscle in the same vessels using Fluo4 and confocal laser microscopy.

Key Results: Tone development was associated with an increased frequency of Ca(2+) sparks and oscillations. Vasomotion was observed in 40% of arterioles and was associated with synchronization of Ca(2+) oscillations, quantifiable as an increased cross-correlation coefficient. Inhibition of Ca(2+) sparks with ryanodine, tetracaine, cyclopiazonic acid or nimodipine, or following removal of extracellular Ca(2+) , resulted in arteriolar relaxation. Cyclopiazonic acid-induced dilatation was associated with decreased Ca(2+) sparks and oscillations but with a sustained rise in the mean global cytoplasmic [Ca(2+) ] ([Ca(2+) ]c ), as measured using Fura2 and microfluorimetry.

Conclusions and Implications: This study provides direct evidence that Ca(2+) sparks can play an excitatory role in pressurized arterioles, promoting myogenic tone. This contrasts with the generally accepted model in which sparks promote relaxation of vascular smooth muscle. Changes in vessel tone in the presence of cyclopiazonic acid correlated more closely with changes in spark and oscillation frequency than global [Ca(2+) ]c , underlining the importance of frequency-modulated signalling in vascular smooth muscle.

Application of a mechanobiological simulation technique to stents used clinically

Many cardiovascular diseases are characterised by the restriction of blood flow through arteries. Stents can be expanded within arteries to remove such restrictions; however, tissue in-growth into the stent can lead to restenosis. In order to predict the long-term efficacy of stenting, a mechanobiological model of the arterial tissue reaction to stress is required. In this study, a computational model of arterial tissue response to stenting is applied to three clinically relevant stent designs. We ask the question whether such a mechanobiological model can differentiate between stents used clinically, and we compare these predictions to a purely mechanical analysis. In doing so, we are testing the hypothesis that a mechanobiological model of arterial tissue response to injury could predict the long-term outcomes of stent design. Finite element analysis of the expansion of three different stent types was performed in an idealised, 3D artery. Injury was calculated in the arterial tissue using a remaining-life damage mechanics approach. The inflammatory response to this initial injury was modelled using equations governing variables which represented tissue-degrading species and growth factors. Three levels of inflammation response were modelled to account for inter-patient variability. A lattice-based model of smooth muscle cell behaviour was implemented, treating cells as discrete agents governed by local rules. The simulations predicted differences between stent designs similar to those found in vivo. It showed that the volume of neointima produced could be quantified, providing a quantitative comparison of stents. In contrast, the differences between stents based on stress alone were highly dependent on the choice of comparison criteria. These results show that the choice of stress criteria for stent comparisons is critical. This study shows that mechanobiological modelling may provide a valuable tool in stent design, allowing predictions of their long-term efficacy. The level of inflammation was shown to affect the sensitivity of the model to stent design. If this finding was verified in patients, this could suggest that high-inflammation patients may require alternative treatments to stenting.

Ranakinestatin-PPF from the Skin Secretion of the Fukien Gold-Striped Pond Frog, Pelophylax plancyi fukienensis: A Prototype of a Novel Class of Bradykinin B2 Receptor Antagonist Peptide from Ranid Frogs

The defensive skin secretions of many amphibians are a rich source of bradykinins and bradykinin-related peptides (BRPs). Members of this peptide group are also common components of reptile and arthropod venoms due to their multiple biological functions that include induction of pain, effects on many smooth muscle types, and lowering systemic blood pressure. While most BRPs are bradykinin receptor agonists, some have curiously been found to be exquisite antagonists, such as the maximakinin gene-related peptide, kinestatin—a specific bradykinin B₂-receptor antagonist from the skin of the giant fire-bellied toad, Bombina maxima. Here, we describe the identification, structural and functional characterization of a heptadecapeptide (DYTIRTRLHQGLSRKIV), named ranakinestatin-PPF, from the skin of the Chinese ranid frog, Pelophylax plancyi fukienensis, representing a prototype of a novel class of bradykinin B₂-receptor specific antagonist. Using a preconstricted preparation of rat tail arterial smooth muscle, a single dose of 10⁻⁶ M of the peptide effectively inhibited the dose-dependent relaxation effect of bradykinin between 10⁻¹¹ M and 10⁻⁵ M and subsequently, this effect was pharmacologically-characterized using specific bradykinin B₁- (desArg-HOE140) and B₂-receptor (HOE140) antagonists; the data from which demonstrated that the antagonism of the novel peptide was mediated through B₂-receptors. Ranakinestatin—PPF—thus represents a prototype of an amphibian skin peptide family that functions as a bradykinin B₂-receptor antagonist herein demonstrated using mammalian vascular smooth muscle.

Modifications de la matrice extracellulaire dans la rigidité artérielle

La paroi vasculaire est composée de cellules endothéliales, de cellules musculaires lisses vasculaires et de fibroblastes qui sont entourés d’un réseau structuré et complexe de protéines, la matrice extracellulaire. Les interactions réciproques entre la matrice et les cellules sont nécessaires à la croissance, au développement et au remodelage. Or, différents contextes pathologiques entraînent la perturbation de ces interactions et sont la cause de différentes maladies. Au cours du vieillissement, la matrice extracellulaire des grosses artères élastiques est modifiée. Ainsi, les lamelles élastiques de la paroi vasculaire se fragmentent ou sont dégradées, en plus de calcifier. De même, l’accumulation de protéines plus rigides, comme le collagène, entraîne le développement de la fibrose. Ces modulations vont mener à l’augmentation de la rigidité artérielle et au développement de l’hypertension systolique isolée. En utilisant un modèle animal de calcification basé sur l’inhibition d’une protéine anti-calcifiante, la matrix Gla protein, avec la warfarine, nous avons étudié la séquence des événements impliqués dans le développement de l’hypertension systolique isolée. Nous avons observé l’activation précoce et transitoire de MMP-9, puis du TGF-ß, précédant la modulation phénotypique des cellules musculaires lisses vasculaires, la calcification et les changements hémodynamiques. L’inhibition des métalloprotéinases et du TGF-ß a permis de prévenir la calcification vasculaire. Nous avons également étudié le rôle joué par une enzyme de la matrice extracellulaire, la transglutaminase 2, dans le développement de la calcification associée à l’hypertension systolique isolée. À l’aide d’un nouvel inhibiteur de cette enzyme, qui a permis de prévenir la calcification, nous avons établi que la transglutaminase était un élément clé dans le processus pathologique. Ces travaux ont permis de démontré l’intérêt de nouvelles avenues thérapeutiques ciblant directement la matrice extracellulaire, particulièrement la MMP-9, le TGF-ß et la transglutaminase 2, dans la pathologie de l’hypertension systolique isolée.

Implication de l'aldostérone dans les changements hémodynamiques de la grossesse

La grossesse s’accompagne d’importantes modifications hormonales et hémodynamiques. Parmi celles-ci, le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) est activé très tôt durant la grossesse. De plus, cette augmentation du SRAA est accompagnée d’élévations du débit cardiaque et du volume plasmatique ainsi que des baisses paradoxales de la pression artérielle et de la résistance vasculaire périphérique. Ceci suggère que la grossesse induit un remaniement des réponses physiologiques normales au SRAA. Une résistance vasculaire à l’action des vasopresseurs est également observée durant la gestation. Ce phénomène serait causé par la modification de la fonction des canaux calciques et potassiques. De plus, il serait possiblement dû à la participation de la Na+/K+-ATPase, par son influence sur le potentiel membranaire des cellules des muscles lisses vasculaires (VSMC). La présence des récepteurs minéralocorticoïdes (MR) dans les VSMC laisse croire que l’aldostérone peut influencer le tonus vasculaire par des effets génomiques et non-génomiques. Compte tenu des connaissances actuelles, nous avons émis l’hypothèse que l’augmentation des taux sériques d’aldostérone durant la grossesse est responsable des changements hémodynamiques observés et que ces effets sont causés par l’activation des MR. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate de potassium (20 mg/kg•jr), un antagoniste des MR, durant la dernière semaine de gestation (sur 3). Sur des anneaux aortiques dénudés de leur endothélium, nous avons mesuré les réponses contractiles à la phényléphrine (PhE) et au KCl en présence d’un bloqueur des canaux calciques dépendants du voltage (VDCC), la nifédipine, et d’activateurs des canaux potassiques à large conductance (BKCa) et ceux dépendants de l’ATP (KATP), respectivement le NS-1619 et la cromakalim. Les réponses à la PhE et au KCl sont réduites à partir du 17e jour de gestation et le traitement au canrénoate augmente ces réponses dans tous les groupes. Les modulateurs de canaux ioniques atténuent les réponses à la PhE et au KCl. Cependant, le canrénoate modifie aussi les effets des modulateurs sur les aortes. Aucun effet ou une baisse des réponses est observable chez les rates non gestantes, tandis qu’une hausse de leur effet inhibiteur est notée chez les rates gestantes. Ces effets du canrénoate font croire que l’aldostérone participe à l’adaptation de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Par ailleurs, le potentiel membranaire des VSMC pourrait être affecté dans la gestation. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons évalué l’activité de la Na+/K+-ATPase, impliquée dans le contrôle du potentiel membranaire. Nos résultats démontrent que l’activité de la pompe est inhibée à partir du 19e jour de gestation. Cet effet est renversé par le canrénoate. Toutefois, comme le renversement de l’inhibition de la pompe est également présent chez les rates gestantes traitées avec du PST 2238, un antagoniste de l’ouabaïne sur la Na+/K+-ATPase, et que le canrénoate agit également comme agoniste partiel de la pompe, nous croyons que la diminution d’activité associée à la gestation est liée à une inhibition de la Na+/K+-ATPase par des stéroïdes cardiotoniques plutôt qu’à un effet des minéralocorticoïdes. L’augmention d’activité de la pompe liée au canrénoate s’accompagne d’une diminution de l’expression de la sous-unité α1, suggérant que la sous-unité α2 est responsable des variations de contractilité de l’aorte, puisque son expression n’est pas modifiée par le canrénoate. Les effets de la diminution de l’expression de la sous-unité α1, influencée par la signalisation du MR, restent à être déterminés. Néanmoins, nos résultats montrent que les modifications d’activité de la Na+/K+-ATPase influencent l’activité des canaux potassiques et que la pompe pourraient être un des éléments primordiaux dans le contrôle de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Comme le canrénoate modifie la réactivité vasculaire, nous voulions déterminer ses impacts sur la pression artérielle. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate (20 ou 60 mg/kg•jr) et les paramètres hémodynamiques ont été évalués par radiotélémétrie. Aucune modification de la pression artérielle, du rythme cardiaque et de la pression pulsée ne sont mesurées chez les rates recevant le traitement. Toutefois, des augmentations de l’osmolalité, des taux sériques d’aldostérone et de corticostérone ainsi que de l’activité rénine plasmatique sont observées chez les animaux recevant 60 mg/kg•jr. Le canrénoate bloque donc le rétrocontrôle du SRAA. Par contre, les MR ne sont pas les principaux responsables du contrôle de la pression artérielle durant la grossesse. En conclusion, nous avons démontré que le traitement des rates au canrénoate influence la réactivité vasculaire de l’aorte durant la gestation. Cet effet est causé par la modification de l’activité de certains canaux ioniques (VDCC, BKCa et KATP). De plus, le canrénoate renverse l’inhibition de la Na+/K+-ATPase observée durant la gestation. Finalement, les actions locales de cet antagoniste des MR sur les vaisseaux sanguins ne se répercutent pas sur l’effet systémique global et aucune modification de la pression artérielle n’est observée. D’autres études seront toutefois nécessaires pour déterminer les voies de signalisation par lesquelles l’aldostérone module les réponses des canaux ioniques dans les VSMC.

Contractile response of femoral arteries in pigs with acute liver failure.

BACKGROUND: Acute liver failure (ALF) is characterized haemodynamically by a progressive hyperdynamic circulation. The pathophysiological mechanism is unknown, but impaired contractility of vascular smooth muscle may play an important role. The aim of this study was to evaluate the vascular response to stimulation with norepinephrine and angiotensin II in endothelium-denuded femoral artery rings. METHODS: Norwegian Landrace pigs weighing 27.1 +/- 0.5 kg (mean +/- sx (standard error of the mean)) were used. ALF was induced by performing a portacaval shunt followed by ligation of the hepatic arteries (n = 6). Sham-operated animals served as controls (n = 5). Cumulative isometric concentration contraction curves were obtained after in vitro stimulation of the femoral artery rings with either angiotensin II (10(-13) - 10(-5) mol/L) or norepinephrine (10(-13) - 10(-3) mol/L). RESULTS: Pigs suffering from ALF developed a hyperdynamic circulation with an increased ca^rdiac index (P = 0.017) and decreased systemic vascular resistance index (P = 0.015). Studies of the hind leg revealed a decreased vascular resistance index and increased blood flow compared to sham-operated controls (P = 0.003 and P = 0.01, respectively). Angiotensin II caused a concentration-dependent contraction of the arterial segments, with no significant differences in vascular responses between the two groups. Maximum force generated did not differ (55 +/- 7 versus 56 +/- 7 mN, P = 0.95). Furthermore, there were no differences for norepinephrine in the cumulative concentration-response curves and the maximum contractile force was not significantly different (87 +/- 8 versus 93 +/- 16 mN, P = 0.55). CONCLUSIONS: This study documents for the first time that there are no signs of endothelium-independent peripheral vascular hyporesponsiveness to angiotensin II and norepinephrine in pigs with ALF.

Impact du stress hyperoxique en période néonatale sur la structure vasculaire : implication des phénomènes de sénescence et rôle possible dans la programmation développementale de l'hypertension artérielle

Réalisé en cotutelle avec l'Université de Lorraine (France)

Expression du facteur de transcription SRF chez les chevaux atteints de souffle

Il a été démontré que les chevaux atteints du souffle présentent une augmentation de la masse de muscle lisse entourant les voies respiratoires comparativement à des chevaux sains (Herszberg, Ramos-Barbon et al. 2006, Leclere, Lavoie-Lamoureux et al. 2011). L’augmentation de la masse de muscle lisse ainsi observée résulte d’une hyperplasie, et possiblement, d’une hypertrophie des myocytes. Les traitements usuels du souffle ne sont que partiellement efficaces à diminuer cette augmentation. L’objectif de cette étude était d’explorer les mécanismes moléculaires impliqués dans ces changements affectant la cellule musculaire lisse dans la pathologie du souffle chez le cheval. Pour ce faire, nous avons examiné les effets d’une exposition antigénique sur l’expression du «Serum Response Factor» (SRF) dans le muscle lisse bronchique. Le SRF est un facteur de transcription localisé dans le noyau de la cellule musculaire lisse et régulant l’expression génique de celle-ci en favorisant un phénotype prolifératif ou contractile. Les résultats démontrent qu’avant exposition antigénique, les pourcentages de cellules exprimant le SRF sont faibles. Une augmentation significative du pourcentage de myocytes exprimant le SRF survient suite à une stimulation antigénique chez les chevaux atteints de souffle alors qu’aucune augmentation n’est observée chez les chevaux contrôles. Ces résultats suggèrent que le SRF pourrait contribuer au remodelage du muscle lisse péribronchique dans la pathologie du souffle.

Isolation, culture et caractérisation phénotypique de cellules musculaires lisses endobronchiques équines.

Le muscle lisse endobronchique est l’un des acteurs principaux de l’asthme. La description de ces caractéristiques phénotypiques reste cependant très elliptique, notamment à cause de la difficulté inhérente à l’échantillonnage. Le cheval offre un large champ d’investigation en raison de sa taille et un modèle d’asthme pertinent en regard de la similitude entre asthme et souffle. La technique de culture et de caractérisation du muscle lisse a été mise au point à partir de muscle lisse trachéal. Ce modèle a ensuite été transposé et réalisé à partir de biopsies endobronchiques chez le cheval. Les cellules du muscle lisse ont été isolées, mises en culture puis caractérisées par immunofluorescence, cytométrie de flux et immunobuvardage. Le maintien du phénotype contractile en culture restant un défi dans l’établissement d’un modèle d’asthme réaliste. Suite à l’isolement des cellules musculaires lisses à partir de muscle lisse trachéal équin et leur mise en culture en présence de 10% de FBS pendant 7 passages, 96.4% des cellules expriment l’α-smooth muscle-actine (α-sm-actine), tandis que 83.8% et 77% expriment la desmine et la myosine respectivement. Les cellules musculaires lisses issues de biopsies endobronchiques expriment après 7 passages à 84% l’α-sm-actine, à 57% la desmine et 69% la myosine. Ces résultats ont été obtenus par immunofluorescence et immunobuvardage. Le pourcentage de cellules exprimant les protéines d’intérêt, tout comme l’intensité moyenne de fluorescence ne présentent pas de variation significative ni entre le 4ième et le 7ième passage, ni avec la caractérisation initiale, lors du premier passage. Cette étude suggère qu’il est possible de maintenir le phénotype contractile en culture sur plastique en présence de 10% de FBS, et que les biopsies endobronchiques sont un support d’étude valable pour de futures investigations concernant le rôle du muscle lisse et ses caractéristiques.

Caractérisation des processus moléculaires impliqués dans l’activation de la protéine IKKbeta par l'angiotensine II et son rôle dans la réponse phénotypique des CMLV.

Le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) régule l’homéostasie de la contraction des artères. Or, suivant la liaison de l’angiotensine II (Ang II) à son récepteur AT1, le SRAA est également impliqué dans l’activation de voies de signalisation à l’origine de l’inflammation et de l’hypertrophie des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), soit deux processus participant au remodelage vasculaire caractéristique de diverses maladies cardiovasculaires, telles l’hypertension et l’athérosclérose. Ces pathologies sont les premières causes de mortalité naturelle en Amérique et les traitements les ciblant ne sont pas optimaux puisqu’ils visent seulement quelques facteurs de risque qui leur sont associés. Ainsi, la détermination des effecteurs intracellulaires régulant ces voies délétères est nécessaire à l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques. L’inflammation Ang II-dépendante dans les CMLV est attribuée au facteur de transcription nuclear factor-kappa B (NF-κB). Cependant, les processus moléculaires couplant le récepteur AT1 à son activation sont peu caractérisés. L’étude abordant cette question démontre in vitro que NF-κB est activé par la protéine IκB kinase β (IKKβ) dans les CMLV exposées à l’Ang II et que cette kinase est régulée par deux voies de signalisation indépendantes, mais complémentaires afin d’assurer son activation rigoureuse et soutenue. L’une des voies est précoce et dépend des seconds messagers ainsi que de deux nouveaux effecteurs sous-jacents au récepteur AT1, soit la E3 ligase TNF receptor-associated factor 6 (TRAF6) et la IKK kinase transforming growth factor-beta-activated kinase 1 (TAK1) tandis que la seconde est tardive et résulte de la signalisation mitogen-activated protein kinase kinase 1/2 (MEK1/2) - extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) - ribosomal S6 kinase (RSK). L’inhibition conjointe de ces voies abroge complètement la réponse inflammatoire, ce qui indique qu’elles en sont la seule source. Ainsi, l’inhibition d’IKKβ pourrait suffire à contrer l’inflammation impliquée dans le remodelage vasculaire associé à une suractivation du SRAA. Une découverte des plus novatrices découle de cette étude, qui veut que la E3 ligase TRAF6 est un nouvel effecteur des récepteurs couplés aux protéines G et est à l’origine de la formation d’un nouveau type de second messager, soit des chaînes libres de poly-ubiquitines. Les mécanismes moléculaires à la base de l’hypertrophie Ang II-dépendante dans les CMLV sont également peu définis. Or, suivant la parution d’un article démontrant qu’IKKβ dans les cellules cancéreuses participe aux mécanismes d’initiation de la traduction en réponse au facteur de nécrose tumorale α (TNFα) via la phosphorylation de la protéine Tuberous sclerosis 1 (TSC1) et donc l’activation du complexe mammalian target of rapamycin (mTORC1), une hypothèse a été émise selon laquelle cette kinase serait impliquée dans la synthèse protéique Ang II-dépendante dans les CMLV. Les expériences effectuées in vitro dans des CMLV exposées à l’Ang II démontrent qu’IKKβ induit la phosphorylation de TSC1 ainsi que l’activation de mTORC1 et de ses substrats S6 kinase 1 (S6K1) et translational regulators eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein (4E-BP1), deux protéines impliquées directement dans l’hypertrophie. Par ailleurs, la synthèse protéique au niveau des CMLV exposées à l’Ang II est réduite de 75% suivant la diminution de l’expression d’IKKβ et suivant la surexpression d’un mutant de TSC1 dont le site consensus d’IKKβ a été modifié, faisant de cette kinase un médiateur majeur au niveau de ce processus. Ainsi, in vitro IKKβ en réponse à l’Ang II est en amont de deux processus impliqués dans un remodelage vasculaire à l’origine de maladies cardiovasculaires. De plus, plusieurs facteurs de risque de ces pathologies convergent à l’activation d’IKKβ, ce qui en fait une cible thérapeutique particulièrement attrayante. Qui plus est, l’administration d’un inhibiteur d’IKKβ à des rats diminue non seulement la synthèse protéique dépendante de l’Ang II au niveau de l’aorte et des artères mésentériques, mais également la synthèse de la protéine pro-inflammatoire VCAM-1 par les cellules composant l’aorte, ce qui confirme son envergure en tant que cible.

Relation entre CaMKII et les dynamiques calciques endothéliales : impact de l'hypertension arterielle.

L’endothélium vasculaire joue un rôle prépondérant dans la régulation du tonus vasculaire en générant l’oxyde nitrique (NO), la prostacycline (PGI2) et les facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) comme puissants vasodilatateurs. Ces mécanismes requièrent le calcium (Ca2+) à divers niveaux, démontrant l’importance des dynamiques calciques endothéliales. Une perturbation de l’homéostasie calcique est observée dans une dysfonction endothéliale liée à l’hypertension artérielle. Il est impératif d’approfondir nos connaissances sur les signalisations calciques endothéliales impliquées dans le contrôle du tonus vasculaire. Des études récentes ont montré qu’une variation locale de la concentration en Ca2+ libre intracellulaire ([Ca2+]i) est suffisante pour générer une réponse physiologique importante. Les pulsars calciques sont caractérisés par une augmentation de [Ca2+]i spontanée et transitoire spécifiquement localisée au niveau des projections myoendothéliales (PMEs). Ces PMEs sont des sites de communication privilégiés entre les cellules endothéliales (CEs) et les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs). Les pulsars calciques sont impliqués dans le mécanisme de l’EDHF via l’activation des canaux potassiques Ca2+-dépendant de moyenne conductance (KCa3.1 ou IKCa). Les travaux de cette thèse visent à améliorer nos connaissances sur les signalisations calciques locales en caractérisant une nouvelle voie de signalisation pouvant être impliquée dans la régulation du tonus vasculaire en condition physiopathologique. Outre les canaux KCa3.1 peu d’informations sont disponibles sur les cibles sensibles aux pulsars calciques. Une première étude a permis d’identifier la protéine kinase II dépendante du complexe Ca2+/calmoduline (CaMKII) sous ses isoformes α, β et δ dans les CEs d’artères natives de souris comme une cible pouvant être modulée par les pulsars calciques. Des études en immunofluorescence ont permis d’observer la localisation particulière de CaMKII endothéliale dans les PMEs, les sites des pulsars calciques. Une stimulation spécifique des pulsars calciques par la phényléphrine (PE) engendre un recrutement de CaMKII dans les PMEs. Sachant que CaMKII active l’oxyde nitrique synthase endothéliale (NOS3), nous avons évalué l’impact d’une stimulation des pulsars calciques sur la production de NO en présence d’un inhibiteur de CaMKII, le KN-93. Nous avons démontré que la production de NO est en partie dépendante de l’activation de CaMKII par les pulsars calciques. En utilisant un modèle d’hypertension induite par l’infusion chronique de PE, nous avons permis de mettre en évidence une perturbation dans la relation entre les pulsars calciques et CaMKII. Dans une seconde étude nous avons établi deux modèles (normo- et hypertendus) d’infusion chronique à l’angiotensine II (AngII) afin évaluer l’impact des ROS et de l’hypertension sur la voie de signalisation pulsars/CaMKII/NO. Nos résultats ont montré une augmentation des pulsars calciques accompagnée d’un recrutement de CaMKII dans les PMEs. Une stimulation aigue à l’AngII suggère que les ROS modulent les dynamiques calciques et que l’AngII stimule la production de NO. Cette étude propose que ces voies de signalisations impliquent les récepteurs de type 1 et 2 à l’AngII (AT1 et AT2). L’étude des pulsars calciques dépend fortement de la structure native des artères qui permet de conserver la formation des PMEs. La dernière étude présentée dans cette thèse a permis d’établir une relation entre les PMEs et les pulsars calciques dans trois lits vasculaires distincts (artères mésentériques, pulmonaires et coronariennes). Nos résultats ont montré que les paramètres cinétiques des pulsars calciques sont fortement conservés entre les différents lits vasculaires. Toutefois, la fréquence globale ainsi que le nombre de sites actifs des pulsars calciques diffèrent avec une proportion plus élevée dans les artères mésentériques et coronariennes comparativement aux artères pulmonaires. Ces résultats corrèlent avec le nombre plus élevé de PMEs retrouvé dans les artères mésentériques et coronariennes. Ces travaux suggèrent que les pulsars calciques sont fondamentaux pour les artères de résistance. Les études de cette thèse ont mené à l’identification d’une nouvelle voie de signalisation impliquant les pulsars calciques et CaMKII endothéliale dans la stimulation de la production de NO. Cette nouvelle voie de signalisation pourrait être impliquée dans la régulation du tonus vasculaire en condition physiopathologique. Les pulsars calciques semblent être fortement conservés entre les différentes artères de résistances et ce malgré la disparité dans les PMEs, suggérant un rôle prépondérant dans la fonction vasculaire. Ces travaux ouvrent une avenue pour le développement de potentielles cibles thérapeutiques pouvant contrer la dysfonction endothéliale associée à l’hypertension artérielle.

Mécanismes moléculaires de l’hypertrophie vasculaire dans le modèle animal d’hypertension essentielle (SHR)

La voie de signalisation des phosphoinositides joue un rôle clé dans la régulation du tonus vasculaire. Plusieurs études rapportent une production endogène de l’angiotensin II (Ang II) et de l’endothéline-1 (ET-1) par les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs) de rats spontanément hypertendus (spontaneously hypertensive rats : SHR). De plus, l’Ang II exogène induit son effet prohypertrophique sur les CMLVs selon un mécanisme dépendant de la protéine Gqα et de la PKCẟ. Cependant, le rôle de l’axe Gqα/PLCβ/PKCẟ dans l’hypertrophie des CMLVs provenant d’un modèle animal de l’hypertension artérielle n’est pas encore étudié. L’objectif principal de cette thèse est d’examiner le rôle de l’axe Gqα/PLCβ1 dans les mécanismes moléculaires de l’hypertrophie des CMLVs provenant d’un modèle animal d’hypertension artérielle essentielle (spontaneously hypertensive rats : SHR). Nos premiers résultats indiquent que contrairement aux CMLVs de SHR âgés de 12 semaines (absence d’hypertrophie cardiaque), les CMLVs de SHR âgés de 16 semaines (présence d’hypertrophie cardiaque) présentent une surexpression protéique endogène de Gqα et de PLCβ1 par rapport aux CMLVs de rats WKY appariés pour l’âge. L’inhibition du taux d’expression protéique de Gqα et de PLCβ1 par des siRNAs spécifiques diminue significativement le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR. De plus, la surexpression endogène des Gqα et PLCβ1, l’hyperphosphorylation de la molécule ERK1/2 et le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR de 16 semaines ont été atténués significativement par des antagonistes des récepteurs AT1 (losartan) et ETA (BQ123), mais pas par l’antagoniste du récepteur ETB (BQ788). L’inhibition pharmacologique des MAPKs par PD98059 diminue significativement la surexpression endogène de Gqα/PLCβ1 et le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR. D’un côté, l’inhibition du stress oxydatif (par DPI, inhibiteur de la NAD(P)H oxidase, et NAC , molécule anti-oxydante), de la molécule c-Src (PP2) et des récepteurs de facteurs de croissance (AG1024 (inhibiteur de l’IGF1-R), AG1478 (inhibiteur de l’EGFR) et AG1295 (inhibiteur du PDGFR)) a permis d’atténuer significativement la surexpression endogène élevée de Gqα/PLCβ1 et l’hypertrophie des CMLVs de SHR. D’un autre côté, DPI, NAC et PP2 atténuent significativement l’hyperphosphorylation de la molécule c-Src, des RTKs (récepteurs à activité tyrosine kinase) et de la molécule ERK1/2. Dans une autre étude, nous avons aussi démontré que la PKCẟ montre une hyperphosphorylation en Tyr311 dans les CMLVs de SHR comparées aux CMLVs de WKY. La rottlerin, utilisée comme inhibiteur spécifique de la PKCẟ, inhibe significativement cette hyperphosphorylation en Tyr311 dépendamment de la concentration. L’inhibition de l’activité de la PKCẟ par la rottlerin a été aussi associée à une atténuation significative de la surexpression protéique endogène de Gqα/PLCβ1 et l’hypertrophie des CMLVs de SHR. De plus, l’inhibition pharmacologique de l’activité de la PKCẟ, en amont du stress oxydatif, a permis d’inhiber significativement l’activité de la NADPH, le taux de production élevée de l’ion superoxyde ainsi que l’hyperphosphorylation de la molécule ERK1/2, de la molécule c-Src et des RTKs. À notre surprise, nous avons aussi remarqué une surexpression protéique de l’EGFR et de l’IGF-1R dans les CMLVs de SHR à l’âge de 16 semaines. L’inhibition pharmacologique de l’activité de la PKCẟ, de la molécule c-Src et du stress oxydatif a permis d’inhiber significativement la surexpression protéique endogène de ces RTKs. De plus, l’inhibition de l’expression protéique de l’EGFR et de la molécule c-Src par des siRNA spécifiques atténue significativement le taux d’expression protéique élevé de Gqα et de PLCβ1 ainsi que le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR. Des siRNAs spécifiques à la PKCẟ ont permis d’atténuer significativement le taux de synthèse protéique élevé dans les CMLVs de SHR et confirment le rôle important de la PKCẟ dans les mécanismes moléculaires de l’hypertrophie des CMLVs selon une voie dépendante du stress oxydatif. En conclusion, ces résultats suggèrent un rôle important de l’activation endogène de l’axe Gqα-PLCβ-PKCẟ dans le processus d’hypertrophie vasculaire selon un mécanisme impliquant une activation endogène des récepteurs AT1/ETa, de la molécule c-Src, du stress oxidatif, des RTKs et des MAPKs.

Proteomic biomarkers of peripheral blood mononuclear cells obtained from postmenopausal women undergoing an intervention with soy isoflavones

Background: The incidence of cardiovascular diseases increases after menopause, and soy consumption is suggested to inhibit disease development. Objective: The objective was to identify biomarkers of response to a dietary supplementation with an isoflavone extract in postmenopausal women by proteome analysis of peripheral blood mononuclear cells. Design: The study with healthy postmenopausal woman was performed in a placebo-controlled sequential design. Peripheral mononuclear blood cells were collected from 10 volunteers after 8 wk of receiving daily 2 placebo cereal bars and after a subsequent 8 wk of intervention with 2 cereal bars each providing 25 mg of isoflavones. The proteome of the cells was visualized after 2-dimensional gel electrophoresis, and peptide mass fingerprinting served to identify proteins that by the intervention displayed altered protein concentrations. Results: Twenty-nine proteins were identified that showed significantly altered expression in the mononuclear blood cells under the soy-isoflavone intervention, including a variety of proteins involved in an antiinflammatory response. Heat shock protein 70 or a lymphocyte-specific protein phosphatase and proteins that promote increased fibrinolysis, such as a-enolase, were found at increased intensities, whereas those that mediate adhesion, migration, and proliferation of vascular smooth muscle cells, such as galectin-1, were found at reduced intensities after soy extract consumption. Conclusion: Protcome analysis identified in vivo markers that respond to a dietary intervention with isoflavone-enriched soy extract in postmenopausal women. The nature of the proteins identified suggests that soy isoflavones may increase the anti inflammatory response in blood mononuclear cells that might contribute to the atherosclerosis-preventive activities of a soy-rich diet.

Arterial disease and thrombosis in the antiphospholipid syndrome (APS): A pathogenic role for endothelin-1 (ET-1)

Objective To explore a possible correlation between endothelin 1 (ET-1), the most potent endothelium-derived contracting factor that modulates vascular smooth muscle tone, and arterial disease in patients with the antiphospholipid syndrome (APS). Methods Plasma levels of ET-1 were measured in APS patients with (n = 16) and without (n = 11) arterial thrombosis and in non-APS patients with arterial thrombosis (n = 9). In addition, steady-state prepro-ET-1 messenger RNA (mRNA) levels were determined in endothelial cells treated with a range of human monoclonal anticardiolipin antibodies (aCL) (as anti-β2-glycoprotein I antibodies) by semiquantitative 32P-dCTP-labeled reverse transcription-polymerase chain reaction. Results Compared with healthy controls, markedly increased plasma levels of ET-1 were found in APS patients with arterial thrombosis (2.00 ± 0.87 versus 0.96 ± 0.37 pg/ml; P = 0.0001) but not in other groups. Three human monoclonal aCL induced prepro-ET-1 mRNA levels significantly more than did control monoclonal antibody lacking aCL activity. Conclusion Plasma ET-1 levels correlated significantly with a history of arterial thrombosis in patients with APS. Prepro-ET-1 mRNA was induced by human monoclonal aCL in the in vitro experimental system. The induction of ET-1 by antiphospholipid antibodies might contribute to increased arterial tone, leading to vasospasm and, ultimately, to arterial occlusion.

Possible role for K+ in endothelium-derived hyperpolarizing factor–linked dilatation in rat middle cerebral artery

Background and Purpose— Endothelium-derived hyperpolarizing factor (EDHF) and K+ are vasodilators in the cerebral circulation. Recently, K+ has been suggested to contribute to EDHF-mediated responses in peripheral vessels. The EDHF response to the protease-activated receptor 2 ligand SLIGRL was characterized in cerebral arteries and used to assess whether K+ contributes as an EDHF. Methods— Rat middle cerebral arteries were mounted in either a wire or pressure myograph. Concentration-response curves to SLIGRL and K+ were constructed in the presence and absence of a variety of blocking agents. In some experiments, changes in tension and smooth muscle cell membrane potential were recorded simultaneously. Results— SLIGRL (0.02 to 20 μmol/L) stimulated concentration and endothelium-dependent relaxation. In the presence of NG-nitro-L-arginine methyl ester, relaxation to SLIGRL was associated with hyperpolarization and sensitivity to a specific inhibitor of IKCa, 1-[(2-chlorophenyl)diphenylmethyl]-1H-pyrazole (1μmol/L), reflecting activation of EDHF. Combined inhibition of KIR with Ba2+ (30μmol/L) and Na+/K+-ATPase with ouabain (1 μmol/L) markedly attenuated the relaxation to EDHF. Raising extracellular [K+] to 15 mmol/L also stimulated smooth muscle relaxation and hyperpolarization, which was also attenuated by combined application of Ba2+ and ouabain. Conclusions— SLIGRL evokes EDHF-mediated relaxation in the rat middle cerebral artery, underpinned by hyperpolarization of the smooth muscle. The profile of blockade of EDHF-mediated hyperpolarization and relaxation supports a pivotal role for IKCa channels. Furthermore, similar inhibition of responses to EDHF and exogenous K+ with Ba2+ and ouabain suggests that K+ may contribute as an EDHF in the middle cerebral artery.