Acute lead-induced vasoconstriction in the vascular beds of isolated perfused rat tails is endothelium-dependent

Chronic lead exposure induces hypertension in humans and animals, affecting endothelial function. However, studies concerning acute cardiovascular effects are lacking. We investigated the effects of acute administration of a high concentration of lead acetate (100 µΜ) on the pressor response to phenylephrine (PHE) in the tail vascular bed of male Wistar rats. Animals were anesthetized with sodium pentobarbital and heparinized. The tail artery was dissected and cannulated for drug infusion and mean perfusion pressure measurements. Endothelium and vascular smooth muscle relaxation were tested with acetylcholine (5 µg/100 µL) and sodium nitroprusside (0.1 µg/100 µL), respectively, in arteries precontracted with 0.1 µM PHE. Concentration-response curves to PHE (0.001-300 µg/100 µL) were constructed before and after perfusion for 1 h with 100 µΜ lead acetate. In the presence of endothelium (E+), lead acetate increased maximal response (Emax) (control: 364.4 ± 36, Pb2+: 480.0 ± 27 mmHg; P < 0.05) and the sensitivity (pD2; control: 1.98 ± 0.07, 2.38 ± 0.14 log mM) to PHE. In the absence of endothelium (E-) lead had no effect but increased baseline perfusion pressure (E+: 79.5 ± 2.4, E-: 118 ± 2.2 mmHg; P < 0.05). To investigate the underlying mechanisms, this protocol was repeated after treatment with 100 µM L-NAME, 10 µM indomethacin and 1 µM tempol in the presence of lead. Lead actions on Emax and pD2 were abolished in the presence of indomethacin, and partially abolished with L-NAME and tempol. Results suggest that acute lead administration affects the endothelium, releasing cyclooxygenase-derived vasoconstrictors and involving reactive oxygen species.

Chronic hypertension alters the expression of Cx43 in cardiovascular muscle cells

Connexin43 (Cx43), the predominant gap junction protein of muscle cells in vessels and heart, is involved in the control of cell-to-cell communication and is thought to modulate the contractility of the vascular wall and the electrical coupling of cardiac myocytes. We have investigated the effects of arterial hypertension on the expression of Cx43 in aorta and heart in three different models of experimental hypertension. Rats were made hypertensive either by clipping one renal artery (two kidney, one-clip renal (2K,1C) model) by administration of deoxycorticosterone and salt (DOCA-salt model) or by inhibiting nitric oxide synthase with NG-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME model). After 4 weeks, rats of the three models showed a similar increase in intra-arterial mean blood pressure and in the thickness of the walls of both aorta and heart. Analysis of heart mRNA demonstrated no change in Cx43 expression in the three models compared to their respective controls. The same 2K,1C and DOCA-salt hypertensive animals expressed twice more Cx43 in aorta, and the 2K,1C rats showed an increase in arterial distensibility. In contrast, the aortae of L-NAME hypertensive rats were characterized by a 50% decrease in Cx43 and the carotid arteries did not show increased distensibility. Western blot analysis indicated that Cx43 was more phosphorylated in the aortae of 2K,1C rats than in those of L-NAME or control rats, indicating a differential regulation of aortic Cx43 in different models of hypertension. The data suggest that localized mechanical forces induced by hypertension affect Cx43 expression and that the cell-to-cell communication mediated by Cx43 channels may contribute to regulating the elasticity of the vascular wall.

Acute lead-induced vasoconstriction in the vascular beds of isolated perfused rat tails is endothelium-dependent

Chronic lead exposure induces hypertension in humans and animals, affecting endothelial function. However, studies concerning acute cardiovascular effects are lacking. We investigated the effects of acute administration of a high concentration of lead acetate (100 µΜ) on the pressor response to phenylephrine (PHE) in the tail vascular bed of male Wistar rats. Animals were anesthetized with sodium pentobarbital and heparinized. The tail artery was dissected and cannulated for drug infusion and mean perfusion pressure measurements. Endothelium and vascular smooth muscle relaxation were tested with acetylcholine (5 µg/100 µL) and sodium nitroprusside (0.1 µg/100 µL), respectively, in arteries precontracted with 0.1 µM PHE. Concentration-response curves to PHE (0.001-300 µg/100 µL) were constructed before and after perfusion for 1 h with 100 µΜ lead acetate. In the presence of endothelium (E+), lead acetate increased maximal response (Emax) (control: 364.4 ± 36, Pb2+: 480.0 ± 27 mmHg; P < 0.05) and the sensitivity (pD2; control: 1.98 ± 0.07, 2.38 ± 0.14 log mM) to PHE. In the absence of endothelium (E-) lead had no effect but increased baseline perfusion pressure (E+: 79.5 ± 2.4, E-: 118 ± 2.2 mmHg; P < 0.05). To investigate the underlying mechanisms, this protocol was repeated after treatment with 100 µM L-NAME, 10 µM indomethacin and 1 µM tempol in the presence of lead. Lead actions on Emax and pD2 were abolished in the presence of indomethacin, and partially abolished with L-NAME and tempol. Results suggest that acute lead administration affects the endothelium, releasing cyclooxygenase-derived vasoconstrictors and involving reactive oxygen species.

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.

Modulation of stretch-induced myocyte remodeling and gene expression by nitric oxide: a novel role for lipoma preferred partner in myofibrillogenesis

Prolonged hemodynamic load as a result of hypertension eventually leads to maladaptive cardiac adaptation and heart failure. The signalling pathways that underlie these changes are still poorly understood. The adaptive response to mechanical load is mediated by mechanosensors which convert the mechanical stimuli into a biological response. We examined the effect of cyclic mechanical stretch on myocyte adaptation using neonatal rat ventricular myocytes with 10% (adaptive) or 20% (maladaptive) maximum strain, 1Hz for 48 hours to mimic in vivo mechanical stress. Cells were also treated with and without L-NAME, a general nitric oxide synthase (NOS) inhibitor to suppress NO production. Maladaptive 20% mechanical stretch led to a significant loss of intact sarcomeres which was rescued by LNAME (P<0.05, n≥5 cultures). We hypothesized that the mechanism was through NOinduced alteration of myocyte gene expression. L-NAME up-regulated the mechanosensing proteins Muscle LIM protein (MLP (by 100%, p<0.05, n=4 cultures)) and lipoma preferred partner, a novel cardiac protein (LPP (by 80%, p<0.05, n=4 cultures)). L-NAME also significantly altered the subcellular localisation of LPP and MLP in a manner that favoured growth and adaptation. These findings suggest that NO participates in stretch-mediated adaptation. The use of isoform selective NOS inhibitors indicated a complex interaction between iNOS and nNOS isoforms regulate gene expression. LPP knockdown by siRNA led to formation of α-actinin aggregates and Z-bodies showing that myofibrillogenesis was impaired. There was an up-regulation of E3 ubiquitin ligase (MUL1) by 75% (P<0.05, n=5 cultures). This indicates that NO contributes to stretch-mediated adaptation via the upregulation of proteins associated mechansensing and myofibrillogenesis, thereby presenting potential therapeutic targets during the progression of heart failure. Keywords: Mechanotransduction, heart failure, stretch, heart, hypertrophy

Hepatoprotective and anti-inflammatory effects of silibinin on experimental preeclampsia induced by 1-NAME in rats

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Central blockade of nitric oxide synthesis reduces moxonidine-induced hypotension

1 Nitric oxide (NO) and alpha(2)-adrenoceptor and imidazoline agonists such as moxonidine may act centrally to inhibit sympathetic activity and decrease arterial pressure.2 In the present study, we investigated the effects of pretreatment with L-NAME ( NO synthesis inhibitor), injected into the 4th ventricle (4th V) or intravenously (i.v.), on the hypotension, bradycardia and vasodilatation induced by moxonidine injected into the 4th V in normotensive rats.3 Male Wistar rats with a stainless steel cannula implanted into the 4th V and anaesthetized with urethane were used. Blood flows were recorded by use of miniature pulsed Doppler flow probes implanted around the renal, superior mesenteric and low abdominal aorta.4 Moxonidine (20 nmol), injected into the 4th V, reduced the mean arterial pressure (-42+/-3 mmHg), heart rate (-22+/-7 bpm) and renal (-62+/-15%), mesenteric (-41+/-8%) and hindquarter (-50+/-8%) vascular resistances.5 Pretreatment with L-NAME (10 nmol into the 4th V) almost abolished central moxonidine-induced hypotension (-10+/-3 mmHg) and renal (-10+/-4%), mesenteric (-11+/-4%) and hindquarter (-13+/-6%) vascular resistance reduction, but did not affect the bradycardia (-18+/-8 bpm).6 the results indicate that central NO mechanisms are involved in the vasodilatation and hypotension, but not in the bradycardia, induced by central moxonidine in normotensive rats. British Journal of Pharmacology (2004).

L-Type calcium channels mediate water intake induced by angiotensin injection into median preoptic nucleus

Calcium ions are widely accepted as critically important in responses of neurons to a stimulus. We have show previously the central involvement of angiotensin II (ANGII) in water intake. This study determined whether voltage-dependent calcium channels are involved in ANGII-induced behavioral drinking implicating nitrergic mechanism. The antidipsogenic actions of L-type calcium channel antagonists nifedipine, on ANGII-induced drinking behavior were studied when it is injected into the median preoptic nucleus (MnPO). The influence of nitric oxide (NO) on nifedipine antidipsogenic action was also studied by utilizing the N-W-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) a constitutive nitric oxide synthase inhibitor constitutive (cNOSI) and 7-nitroindazol (7-NIT) a specific neuronal nitric oxide synthase inhibitor (nNOSI) and L-arginine a NO donor. Rats 200-250 g, with cannulae implanted into MnPO, pre-treated into MnPO with either nifedipine, followed by ANGII, drank significantly less water than controls during the first 15 min after injection. However, L-NAME potentiated the dipsogenic effect of ANGII that is blocked by prior injection of nifedipine and L-arginine. 7-NIT injected prior to ANGII into MnPO also potentiated the dipsogenic effect of ANGII but with a less intensity than L-NAME that it is also blocked by prior injection of nifedipine. The results described in this paper provide evidence that calcium channels play important roles in the ANGII-induced behavioral water intake. The structures containing NO in the brain such as MnPO include both endothelial cells and neurons might be responsible for the influence of nifedipine on dipsogenic effect of ANGII. These data shows the correlation between L-type calcium channel and a free radical gas NO produced endogenously from amino acids L-arginine by endothelial and neuronal NO synthase in the control of ANGII-dipsogenic effect. This suggests that an L-type calcium channel participates in both short- and longer-term neuronal actions of ANGII by nitrergic way. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

A possible increase of activity of endothelial l-arginine/nitric oxide pathway in aortas of diet-induced obesity rats

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

L-arginine, a nitric oxide precursor, reduces dapsone-induced methemoglobinemia in rats

Dapsone use is frequently associated to hematological side effects such as methemoglobinemia and hemolytic anemia, which are related to N-hydroxylation mediated by the P450 enzyme system. The aim of the present study was to evaluate the influence of L-arginine supplementation, a precursor for the synthesis of nitric oxide, as single or multiple dose regimens on dapsone-induced methemoglobinemia. Male Wistar rats were treated with L-arginine at 5, 15, 30, 60 and 180 mg/kg doses (p.o., gavage) in single or multiple dose regimens 2 hours prior to dapsone administration (40 mg/kg, i.p.). The effect of the nitric oxide synthase inhibitor L-NAME was investigated by treatment with multiple doses of 30 mg/kg (p.o., gavage) 2 hours before dapsone administration. Blood samples were collected 2 hours after dapsone administration. Erythrocytic methemoglobin levels were assayed by spectrophotometry. The results showed that multiple dose supplementations with 5 and 15 mg/kg L-arginine reduced dapsone-induced methemoglobin levels. This effect is mediated by nitric oxide formation, since the reduction in methemoglobin levels by L-arginine is blocked by simultaneous administration with L-NAME, a nitric oxide synthase inhibitor.

Long-lasting Hypotensive Effect in Renal Hypertensive Rats Induced by Nitric Oxide Released From a Ruthenium Complex

In this study, we investigated the effect of the ruthenium complex [Ru(terpy)(bdq)NO+](3+) (TERPY) on the arterial pressure from renal hypertensive 2 kidney-1 clip (2K-1C) rats, which was compared with sodium nitroprusside (SNP). The most interesting finding was that the intravenous bolus injection of TERPY (2.5, 5.0, 7 mg/kg) had a dose-dependent hypotensive effect only in 2K-1C rats. On the other hand, SNP (35 and 70 mu g/kg) presented a similar hypotensive effect in both normotensive (2K) and 2K-1C although the effect of 70 mu g/kg was >35 mu g/kg. The injection of the nonselective NO-synthase inhibitor N-omega-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) increased the arterial pressure in 2K and 2K-1C rats with a similar magnitude. After infusion of L-NAME, the hypotensive effect induced by TERPY and SNP was potentiated in both 2K and in 2K-1C rats. The administration of the superoxide scavenger 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl increased the hypotensive effect induced by TERPY or SNP in both 2K and 2K-1C rats. The hypotensive effect induced by TERPY was longer than that produced by SNP. Taken together, our results show that the TERPY has a long-lasting hypotensive effect, which has a dose dependence and higher magnitude in 2K-1C compared with in 2K rats. In comparison with SNP, TERPY is less potent in inducing arterial pressure fall, but it presents a much longer hypotensive effect.

Protection des organes cibles dans l'hypertension à l'aide d'un antagoniste des récepteurs AT1 (losartan) versus un beta-bloqueur (atenolol)

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mécanismes impliqués dans le développement du remodelage eutrophique des artères de résistance et du coeur dans un modèle d'hypertension induite par l'inhibition de la synthèse du NO

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Protection des organes cibles dans l'hypertension à l'aide d'un antagoniste des récepteurs AT1 (losartan) versus un beta-bloqueur (atenolol)

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mécanismes impliqués dans le développement du remodelage eutrophique des artères de résistance et du coeur dans un modèle d'hypertension induite par l'inhibition de la synthèse du NO

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.