Advanced Glycation in macrophages induces intracellular accumulation of 7-ketocholesterol and total sterols by decreasing the expression of ABCA-1 and ABCG-1

Abstract Background Advanced glycation end products (AGE) alter lipid metabolism and reduce the macrophage expression of ABCA-1 and ABCG-1 which impairs the reverse cholesterol transport, a system that drives cholesterol from arterial wall macrophages to the liver, allowing its excretion into the bile and feces. Oxysterols favors lipid homeostasis in macrophages and drive the reverse cholesterol transport, although the accumulation of 7-ketocholesterol, 7alpha- hydroxycholesterol and 7beta- hydroxycholesterol is related to atherogenesis and cell death. We evaluated the effect of glycolaldehyde treatment (GAD; oxoaldehyde that induces a fast formation of intracellular AGE) in macrophages overloaded with oxidized LDL and incubated with HDL alone or HDL plus LXR agonist (T0901317) in: 1) the intracellular content of oxysterols and total sterols and 2) the contents of ABCA-1 and ABCG-1. Methods Total cholesterol and oxysterol subspecies were determined by gas chromatography/mass spectrometry and HDL receptors content by immunoblot. Results In control macrophages (C), incubation with HDL or HDL + T0901317 reduced the intracellular content of total sterols (total cholesterol + oxysterols), cholesterol and 7-ketocholesterol, which was not observed in GAD macrophages. In all experimental conditions no changes were found in the intracellular content of other oxysterol subspecies comparing C and GAD macrophages. GAD macrophages presented a 45% reduction in ABCA-1 protein level as compared to C cells, even after the addition of HDL or HDL + T0901317. The content of ABCG-1 was 36.6% reduced in GAD macrophages in the presence of HDL as compared to C macrophages. Conclusion In macrophages overloaded with oxidized LDL, glycolaldehyde treatment reduces the HDL-mediated cholesterol and 7-ketocholesterol efflux which is ascribed to the reduction in ABCA-1 and ABCG-1 protein level. This may contribute to atherosclerosis in diabetes mellitus.

Zur Zytotoxizität von enzymatisch verändertem Low Density Lipoprotein: Differenzielle Empfindlichkeit von Granulozyten und Makrophagen gegenüber E-LDL

Low density lipoprotein (LDL) wird in der Arterienwand enzymatisch gespalten. Das Produkt, E-LDL, enthält neben freiem Cholesterol unveresterte Fettsäuren und induziert die Produktion von Interleukin 8 (IL-8) in Endothelzellen. Der Transkriptionsfaktor nuclear factor-kappaB (NF-κB), der das IL-8-Gen normalerweise reguliert, wurde durch E-LDL jedoch nicht aktiviert: Das veränderte Lipoprotein bewirkte im Gegenteil eine Hemmung von NF-κB vor dessen Translokation in den Zellkern. In E-LDL enthaltene freie Fettsäuren waren für die Hemmung verantwortlich. Dagegen aktivierte E-LDL den Transkriptionsfaktor AP-1, wie durch Phosphorylierung von c-jun gezeigt wurde. IL-8 lockt polymorphkernige Granulozyten (PMN) an, die jedoch in der frühen atherosklerotischen Läsion nicht vorkommen. Die vorliegende Arbeit bietet eine mögliche Erklärung für ihre Abwesenheit: PMN zeigten sich wesentlich empfindlicher gegenüber der Toxizität von E-LDL als Makrophagen. Es ist denkbar, daß sie in die Läsion zwar einwandern, nach ihrem raschen Tod dort jedoch nicht mehr detektiert werden können. E-LDL aktivierte PMN, wie durch Superoxidbildung und Peroxidasefreisetzung gezeigt wurde. Sowohl Aktivierung als auch Toxizität wurden von den in E-LDL enthaltenen freien Fettsäuren verursacht, die eine direkte Schädigung der Zellmembran bewirkten. Die E-LDL-bedingte Freisetzung proinflammatorischer Substanzen aus PMN könnte ein Grund dafür sein, daß die Depletion dieser Zellen die Läsionsentwicklung hemmt.

Die funktionelle Bedeutung von MSP und Lactadherin im Rahmen der Atherosklerose

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss zweier möglicher Biomarker auf die Atherosklerose untersucht.rnMilk fat globule-EGF factor 8 (MFG-E8, Lactadherin) ist ein Glycoprotein, das vornehmlich von Makrophagen, glatten Muskelzellen und Endothelzellen sezerniert wird. MFG-E8-/--Mäuse zeigen vermehrt apoptotische Zellen in der atherosklerotischen Plaque, verstärkte Inflammationszeichen und vergrößerte Läsionen. In situ-Hybridisierung und Immunfluoreszenz zeigen eine starke Lactadherin-Expression in den Schaumzellen atherosklerotischer Plaques von Apo E-/-, Apo E-/-/GPx 1-/-und LDLR-/- Mäusen, vor allem in der Nähe des Lipid Core. Dort kolokalisiert Lactadherin mit dem Makrophagenmarker CD 68 und dem Chemokin Fraktalkin, das die MFG-E8 Sekretion stimuliert und so die Phagocytose forciert. Untersuchungen mittels RTD-PCR ergaben, dass Peritonealmakrophagen der Genotypen Apo E-/-, Apo E-/-/GPx 1-/- und GPx 1-/-, deren Gemeinsamkeit eine höhere Empfindlichkeit gegenüberrnoxidativem Stress ist, mehr Lactadherin exprimieren als andere Genotypen (B6, LDLR-/-). Die Inkubation muriner oder humaner Makrophagen mit oxLDL und eLDL hat keinen Einfluss auf die Expression der MFG-E8 mRNA. Der Kontakt mit apoptotischer Zellen hingegen erhöht die Expression signifikant. Lactadherin ist entscheidend für die effektive Phagozytose apoptotischer Zellen in der atherosklerotischen Läsion. Seine Expression wird vermutlich durch die Apoptose in der Nähe liegender Zellen und das verstärkte Vorkommen von ROS reguliert. Macrophage stimulating protein (MSP) übt Einfluss auf Migration, Proliferation und Phagocytose von Makrophagen aus. Seine Beteiligung an inflammatorischen Vorgängen und der Karzinogenese ist intensiv untersucht worden, nicht jedoch der Einfluss auf die Atherosklerose. Es ist bekannt, dass der SNP rs3197999 mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) assoziiert ist. Zudem geht er vermutlich mit einem erniedrigten Atheroskleroserisiko einher. Der Polymorphismus c2078t hat den Aminosäureaustausch R689C zur Folge. Rekombinant erzeugtes, mutantes und wildtypisches MSP induziert Migration und Proliferation bei THP-1-Makrophagen. MSPmut vermittelt dies jedoch wesentliche effektiver als MSPwt. Apoptose hingegen wird durch keine der Formen induziert. R689C führt zu einem “gain of function” des MSP-Proteins in Bezug auf die Proliferations- und Migrationsfähigkeit von Makrophagen und verändert vermutlich deren Cytokinfreisetzung. Dies führt möglicherweise zu einer erhöhten Phagocytoseeffizienz in der atherosklerotischen Läsion (erniedrigtes Atherosklerose-Risiko), und zu einer aberranten immunologischen Reaktion im Rahmen der CED (erhöhtes CED-Risiko).

Pathogenetische Bedeutung der Glutathionperoxidase-1 in der arteriellen Gefäßwand

Die antioxidative Aktivität des Enzyms Glutathionperoxidase-1 (GPx-1) schützt vor Atherosklerose und ihren Folgeerkrankungen. In einer Vorstudie konnten wir zeigen, dass der Mangel an GPx-1 die Atheroskleroseentwicklung in Apolipoprotein E defizienten (ApoE-/-) Mäusen beschleunigt und modifiziert. Allerdings sind die Verteilung der GPx-1 in atherosklerotischen Läsionen und die Mechanismen für den erhöhten Makrophagengehalt in der Läsion noch nicht geklärt. Deshalb haben wir (1) die in-situ Expression der GPx-Isoformen in atherosklerotischen Läsionen von GPx-1-/-ApoE-/- und ApoE-/- Mäusen und (2) den Einfluss der GPx-1 Defizienz auf die Schaumzellbildung und Proliferation der Peritonealmakrophagen in ApoE-/- Mäusen untersucht. Die GPx-1-/-ApoE-/- und ApoE-/- Weibchen wurden für 6 und 12 Wochen auf einer atherogenen „Western-type“ Diät gehalten. Die in situ-Hybridisierung zeigte, dass die verschiedenen Isoformen der GPx (GPx-1, GPx-3, GPx-4) vorwiegend in Makrophagen, nicht jedoch in glatten Muskelzellen der atherosklerotischen Läsionen von ApoE-/- Mäusen exprimiert wurden. Für die in vitro Untersuchungen wurden 5 Monate alte, GPx-1 defiziente und Wildtyp-Mäuse, gehalten auf Normaldiät, verwendet. Die Öl-Rot-O Färbung zeigte, dass die GPx-1 Defizienz die OxLDL (oxidiertes LDL) - und E-LDL (enzymatisch modifiziertes LDL) - induzierte Schaumzellbildung förderte. Darüber hinaus war die OxLDL-induzierte Cholesterinakkumulation (zellulärer Cholesterinester/ Cholesterin-Gehalt) in GPx-1 defizienten Makrophagen verstärkt, sodass ein Mangel an GPx-1 die Aufnahme von OxLDL durch Monozyten und damit die Umwandlung in Schaumzellen beschleunigt. Hinsichtlich der Proliferation zeigte sich, dass MCSF (Macrophage Colony-Stimulating Facotr) ein stärkerer Stimulus als OxLDL ist. Ein Mangel an GPx-1 fördert die Proliferation zusätzlich. Daran ist die ERK1/2 (extracellular-signal regulated kinase 1/2) - Kaskade beteiligt, denn es wurde eine schnelle Phosphorylierung der ERK1/2-Kaskade durch MCSF und/oder OxLDL nachgewiesen. Entsprechend reduzieren ERK1/2-Inhibitoren die proliferative Aktivität der Makrophagen. Die Hemmung der p38-MAPK (p38 mitogen-activated protein kinase) führt zur vermehrten Proliferation und bei gleichzeitig verringerter Caspase-3/7 Aktivität der Makrophagen unabhängig von der Expression der GPx-1. Ein Mangel an GPx-1 hat auch keinen Einfluss auf die MCSF-vermittelte Aktivierung der p38-MAPK und JNK (c-Jun N-terminal kinase). Zusammenfassend läßt sich feststellen, dass die GPx-1-Defizienz einen signifikanten Einfluss auf die Schaumzellbildung und Proliferation von Makrophagen hat, was zur Beschleunigung der Atherosklerose und zu vermehrter Zellularität der entstehenden atherosklerotischen Läsionen führt. Die Proliferation wird über den ERK1/2 Signal-transduktionsweg positiv und über den p38-MAPK Weg negativ reguliert, wobei die ERK1/2-Kaskade empfindlich gegenüber oxidativem Stress bei GPx-1-Defizienz ist.

Rheumatoide Arthritis und Arteriosklerose : Bedeutung der zu Grunde liegenden chronisch entzündlichen Prozesse für die endotheliale Dysfunktion ; Wirkung der antiinflammatorischen Substanz Galiellalacton in murinen Arteriosklerosemodellen

Erhöhte arteriosklerotische und thrombotische Vorfälle sind ein Hauptgrund für die gesteigerten Zahlen kardiovaskulärer Todesfälle von Patienten mit chronisch entzündlichen Erkrankungen wie der rheumatoiden Arthritis (RA). Diese erhöhte Mortalität ist nicht auf die traditionellen Risikofaktoren, wie Alter, Geschlecht, Bluthochdruck oder Diabetes zurückzuführen. Man nimmt an, dass die systemische Entzündung einen nicht-traditionellen Risikofaktor für die erhöhten kardiovaskulären Todesfälle von RA-Patienten darstellt. Da die derzeitige Behandlung der RA zum Teil schwere Nebenwirkungen zur Folge haben kann, war es das Ziel dieser Doktorarbeit, die Zusammenhänge zwischen RA und Arteriosklerose (AS) näher zu untersuchen, sowie die neue antiinflammatorische Substanz Galiellalacton (Gal) für die Behandlung der AS zu charakterisieren.rnIn dem chronisch inflammatorischen Tiermodell der TTP-defizienten Mäuse, dessenrnPhänotyp dem einer humanen RA-Erkrankung ähnelt, konnte eine verschlechterternEndothelfunktion, die als ein erstes Symptom einer erworbenen AS gilt, nachgewiesen werden. Dies konnte auf eine erhöhte Stabilität der Nox2-mRNA zurückgeführt werden, die unabhängig von der erhöhten Expression des Entzündungsmarkers TNFα war. Diese gesteigerte Nox2-Menge führte wiederum zu einer erhöhten Bildung von reaktiven Sauerstoff- und Stickstoffspezies und somit zu einer verringerten Menge an bioaktivem Stickstoffmonoxid, welches die endotheliale Dysfunktion (eDF) bedingte.rnAls ein traditioneller Risikofaktor für das Auftreten von kardiovaskulären Ereignissen gilt unter anderem eine Diabeteserkrankung. Durch die Ausbildung einer Nitrattoleranz bei der Therapie mit organischen Nitraten wie NTG, ISMN oder ISDN kommt es zu der Entwicklung einer eDF. PETN, ein weiteres organisches Nitrat zeigt diese Nebenwirkung nicht. PETN, vermittelt seinen antioxidativen Effekt über die Nrf2-abhängige Induktion der HO-1-Promotoraktivität.rnDie Behandlung von arteriosklerotischen Mäusen (ApoE-/-- und ApoE-/-TFPI+/--Mäuse) mit dem antiinflammatorischen Pilzsekundärmetaboliten Gal zeigte eine verringerte mRNA-Expression von arteriosklerotischen und inflammatorischen Mediatoren, sowie eine reduzierte Thrombenbildung durch eine verringerte Plättchenadhäsion.rnZusammenfassend konnte gezeigt werden, dass inflammationsabhängiger oxidativerrnStress ein Hauptgrund für die entzündungsgetriebene Artheriogenese ist und Galrneine neue Leitsubstanz für die Behandlung dieser Erkrankung ist.

Endothelial-specific deletion of connexin40 promotes atherosclerosis by increasing CD73-dependent leukocyte adhesion

Endothelial dysfunction is the initiating event of atherosclerosis. The expression of connexin40 (Cx40), an endothelial gap junction protein, is decreased during atherogenesis. In the present report, we sought to determine whether Cx40 contributes to the development of the disease.

Heart rate variability and biomarkers of systemic inflammation in patients with stable coronary heart disease: findings from the Heart and Soul Study

Chronic low-grade systemic inflammation is a key component in atherogenesis. Decreased heart rate variability (HRV), a strong predictor of cardiovascular events, has been associated with elevations in circulating levels of C-reactive protein (CRP), interleukin (IL)-6, and fibrinogen in apparently healthy individuals. We investigated whether decreased HRV is associated with inflammatory markers in patients with coronary heart disease (CHD).

Connexin37 protects against atherosclerosis by regulating monocyte adhesion

A genetic polymorphism in the human gene encoding connexin37 (CX37, encoded by GJA4, also known as CX37) has been reported as a potential prognostic marker for atherosclerosis. The expression of this gap-junction protein is altered in mouse and human atherosclerotic lesions: it disappears from the endothelium of advanced plaques but is detected in macrophages recruited to the lesions. The role of CX37 in atherogenesis, however, remains unknown. Here we have investigated the effect of deleting the mouse connexin37 (Cx37) gene (Gja4, also known as Cx37) on atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient (Apoe(-/-)) mice, an animal model of this disease. We find that Gja4(-/-)Apoe(-/-) mice develop more aortic lesions than Gja4(+/+)Apoe(-/-) mice that express Cx37. Using in vivo adoptive transfer, we show that monocyte and macrophage recruitment is enhanced by eliminating expression of Cx37 in these leukocytes but not by eliminating its expression in the endothelium. We further show that Cx37 hemichannel activity in primary monocytes, macrophages and a macrophage cell line (H36.12j) inhibits leukocyte adhesion. This antiadhesive effect is mediated by release of ATP into the extracellular space. Thus, Cx37 hemichannels may control initiation of the development of atherosclerotic plaques by regulating monocyte adhesion. H36.12j macrophages expressing either of the two CX37 proteins encoded by a polymorphism in the human GJA4 gene show differential ATP-dependent adhesion. These results provide a potential mechanism by which a polymorphism in CX37 protects against atherosclerosis.

Lipopolysaccharides from atherosclerosis-associated bacteria antagonize TLR4, induce formation of TLR2/1/CD36 complexes in lipid rafts and trigger TLR2-induced inflammatory responses in human vascular endothelial cells

Infection with bacteria such as Chlamydia pneumonia, Helicobacter pylori or Porphyromonas gingivalis may be triggering the secretion of inflammatory cytokines that leads to atherogenesis. The mechanisms by which the innate immune recognition of these pathogens could lead to atherosclerosis remain unclear. In this study, using human vascular endothelial cells or HEK-293 cells engineered to express pattern-recognition receptors (PRRs), we set out to determine Toll-like receptors (TLRs) and functionally associated PRRs involved in the innate recognition of and response to lipopolysaccharide (LPS) from H. pylori or P. gingivalis. Using siRNA interference or recombinant expression of cooperating PRRs, we show that H. pylori and P. gingivalis LPS-induced cell activation is mediated through TLR2. Human vascular endothelial cell activation was found to be lipid raft-dependent and to require the formation of heterotypic receptor complexes comprising of TLR2, TLR1, CD36 and CD11b/CD18. In addition, we report that LPS from these bacterial strains are able to antagonize TLR4. This antagonistic activity of H. pylori or P. gingivalis LPS, as well as their TLR2 activation capability may be associated with their ability to contribute to atherosclerosis.

Fatty acid-induced mitochondrial uncoupling elicits inflammasome-independent IL-1α and sterile vascular inflammation in atherosclerosis

Chronic inflammation is a fundamental aspect of metabolic disorders such as obesity, diabetes and cardiovascular disease. Cholesterol crystals are metabolic signals that trigger sterile inflammation in atherosclerosis, presumably by activating inflammasomes for IL-1β production. We found here that atherogenesis was mediated by IL-1α and we identified fatty acids as potent inducers of IL-1α-driven vascular inflammation. Fatty acids selectively stimulated the release of IL-1α but not of IL-1β by uncoupling mitochondrial respiration. Fatty acid-induced mitochondrial uncoupling abrogated IL-1β secretion, which deviated the cholesterol crystal-elicited response toward selective production of IL-1α. Our findings delineate a previously unknown pathway for vascular immunopathology that links the cellular response to metabolic stress with innate inflammation, and suggest that IL-1α, not IL-1β, should be targeted in patients with cardiovascular disease.

Regression of coronary atherosclerosis: Current evidence and future perspectives

Coronary atherosclerosis has been considered a chronic disease characterized by ongoing progression in response to systemic risk factors and local pro-atherogenic stimuli. As our understanding of the pathobiological mechanisms implicated in atherogenesis and plaque progression is evolving, effective treatment strategies have been developed that led to substantial reduction of the clinical manifestations and acute complications of coronary atherosclerotic disease. More recently, intracoronary imaging modalities have enabled detailed in vivo quantification and characterization of coronary atherosclerotic plaque, serial evaluation of atherosclerotic changes over time, and assessment of vascular responses to effective anti-atherosclerotic medications. The use of intracoronary imaging modalities has demonstrated that intensive lipid lowering can halt plaque progression and may even result in regression of coronary atheroma when the highest doses of the most potent statins are used. While current evidence indicates the feasibility of atheroma regression and of reversal of presumed high-risk plaque characteristics in response to intensive anti-atherosclerotic therapies, these changes of plaque size and composition are modest and their clinical implications remain largely elusive. Growing interest has focused on achieving more pronounced regression of coronary plaque using novel anti-atherosclerotic medications, and more importantly on elucidating ways toward clinical translation of favorable changes of plaque anatomy into more favorable clinical outcomes for our patients.

Demonstration of a novel circulating anti-prostacyclin receptor antibody

Although coronary artery disease (CAD) is appreciated to be accelerated in patients with chronic spinal cord injury (SCI), the underlying mechanism of CAD in SCI remains obscure. We have recently shown that platelets from subjects with SCI develop resistance to the inhibitory effect of prostacyclin (PGI2) on the platelet stimulation of thrombin generation. The loss of the inhibitory effect was due to the loss of high-affinity prostanoid receptors, which may contribute to atherogenesis in SCI. Incubation of normal, non-SCI platelets in SCI plasma (n = 12) also resulted in the loss of high-affinity binding of PGI2 (Kd1 = 9.1 ± 2.0 nM; n1 = 170 ± 32 sites per cell vs. Kd1 = 7.2 ± 1.1 nM; n1 = 23 ± 8 sites per cell), with no significant change in the low-affinity receptors (Kd2 = 1.9 ± 0.1 μM; n2 = 1,832 ± 232 sites per cell vs. Kd2 = 1.6 ± 0.1 μM; n2 = 1,740 ± 161 sites per cell) as determined by Scatchard analysis of the binding of [3H]PGE1. The loss of high-affinity PGI2 binding led to the failure of PGI2 to inhibit the platelet-stimulated thrombin generation. The increase of cellular cyclic AMP level, mediated through the binding of PGI2 to low-affinity receptors in platelets, was unaffected in SCI platelets. PAGE and immunoblot of SCI plasma showed the presence of an IgG band, which specifically blocked the binding of [3H]PGE1 to the high-affinity PGI2 receptors of normal platelets. PAGE of the reduced IgG band, the amino acid sequence of the novel band as a heavy chain of IgG that inhibits the binding of [3H]PGE1 to the high-affinity platelet PGI2 receptor, demonstrates that the specific recognition and inhibition of high-affinity PGI2 binding to platelets was due to an anti-prostacyclin receptor antibody present in SCI plasma.

Plasminogen deficiency accelerates vessel wall disease in mice predisposed to atherosclerosis

A critical link between hemostatic factors and atherosclerosis has been inferred from a variety of indirect observations, including the expression of procoagulant and fibrinolytic factors within atherosclerotic vessels, the presence of fibrin in intimal lesions, and the cellular infiltration of mural thrombi leading to their incorporation into developing plaques. To directly examine the role of the key fibrinolytic factor, plasminogen, in atherogenesis, plasminogen-deficient mice were crossed to hypercholesterolemic, apolipoprotein E-deficient mice predisposed to atherosclerosis. We report that the loss of plasminogen greatly accelerates the formation of intimal lesions in apolipoprotein E-deficient animals, whereas plasminogen deficiency alone does not cause appreciable atherosclerosis. These studies provide direct evidence that circulating hemostatic factors strongly influence vessel wall disease in the context of a disorder in lipid metabolism.

Biomechanical activation of vascular endothelium as a determinant of its functional phenotype

One of the striking features of vascular endothelium, the single-cell-thick lining of the cardiovascular system, is its phenotypic plasticity. Various pathophysiologic factors, such as cytokines, growth factors, hormones, and metabolic products, can modulate its functional phenotype in health and disease. In addition to these humoral stimuli, endothelial cells respond to their biomechanical environment, although the functional implications of this biomechanical paradigm of activation have not been fully explored. Here we describe a high-throughput genomic analysis of modulation of gene expression observed in cultured human endothelial cells exposed to two well defined biomechanical stimuli—a steady laminar shear stress and a turbulent shear stress of equivalent spatial and temporal average intensity. Comparison of the transcriptional activity of 11,397 unique genes revealed distinctive patterns of up- and down-regulation associated with each type of stimulus. Cluster analyses of transcriptional profiling data were coupled with other molecular and cell biological techniques to examine whether these global patterns of biomechanical activation are translated into distinct functional phenotypes. Confocal immunofluorescence microscopy of structural and contractile proteins revealed the formation of a complex apical cytoskeleton in response to laminar shear stress. Cell cycle analysis documented different effects of laminar and turbulent shear stresses on cell proliferation. Thus, endothelial cells have the capacity to discriminate among specific biomechanical forces and to translate these input stimuli into distinctive phenotypes. The demonstration that hemodynamically derived stimuli can be strong modulators of endothelial gene expression has important implications for our understanding of the mechanisms of vascular homeostasis and atherogenesis.

Identification of vascular endothelial genes differentially responsive to fluid mechanical stimuli: cyclooxygenase-2, manganese superoxide dismutase, and endothelial cell nitric oxide synthase are selectively up-regulated by steady laminar shear stress.

Early atherosclerotic lesions develop in a topographical pattern that strongly suggests involvement of hemodynamic forces in their pathogenesis. We hypothesized that certain endothelial genes, which exhibit differential responsiveness to distinct fluid mechanical stimuli, may participate in the atherogenic process by modulating, on a local level within the arterial wall, the effects of systemic risk factors. A differential display strategy using cultured human endothelial cells has identified two genes, manganese superoxide dismutase and cyclooxygenase-2, that exhibit selective and sustained up-regulation by steady laminar shear stress (LSS). Turbulent shear stress, a nonlaminar fluid mechanical stimulus, does not induce these genes. The endothelial form of nitric oxide synthase also demonstrates a similar LSS-selective pattern of induction. Thus, three genes with potential atheroprotective (antioxidant, antithrombotic, and antiadhesive) activities manifest a differential response to distinct fluid mechanical stimuli, providing a possible mechanistic link between endothelial gene expression and early events in atherogenesis. The activities of these and other LSS-responsive genes may have important implications for the pathogenesis and prevention of atherosclerosis.