Doppler sonography of the medial arterial blood supply to the coxofemoral joints of 36 medium to large breed dogs and its relationship with radiographic signs of joint disease.

The medial arterial supply to 68 of the 72 coxofemoral joints of 36 medium to large breed dogs was examined ultrasonographically. The medial circumflex femoral artery and three branches were identified; the artery and its transverse branch were identified in all 68 joints, and the deep branch was identified in 61 joints, and the ascending branch was identified in 63. However, the acetabular and obturator branches were not identified. The pulsatility index, the mean velocity and the peak systolic velocity of the medial circumflex femoral artery were determined and associated with a radiographic score of degenerative coxofemoral joint disease and a lath distraction index (LDI). In joints with a LDI greater than 0.35, the pulsatility index was significantly lower (P=0.023) and its mean velocity was higher (P=0.005). However, no significant associations were observed in individual dogs when the measurements in both joints were taken into account.

Hospital trends of admissions and procedures for acute leg ischaemia in England, 2000-2011.

INTRODUCTION Acute leg ischaemia (ALI) is a common vascular emergency for which new minimally invasive treatment options were introduced in the 1990s. The aim of this study was to determine recent hospital trends for ALI in England and to assess whether the introduction of the new treatment modalities had affected management. METHODS Routine hospital data covering ALI were provided by Hospital Episode Statistics for the years 2000 to 2011 and mortality data were obtained from the Office for National Statistics. All data were age standardised, reported per 100,000 of the population, and stratified by age band (60-74 years and ≥75 years) and sex. RESULTS Hospital admissions have risen significantly from 60.3 to 94.3 per 100,000 of the population, with an average annual increase of 6.2% since 2003 (p<0.001). The rise was greater in the older age group (from 79.9 to 134.4 vs 49.3 to 73.0) and yet procedures for ALI have shown a significant decrease since 2000 from 14.3 to 12.4 per 100,000 (p=0.013), independent of age and sex. Open embolectomy of the femoral artery remains the most common procedure and the proportion of endovascular interventions showed only a small increase. Only a few deaths were attributed to ALI (range: 95-150 deaths per year). CONCLUSIONS Hospital workload for ALI has increased, particularly since 2003, but this trend does not appear to have translated into increased endovascular or surgical activity.

Current trends in cannulation and neuroprotection during surgery of the aortic arch in Europe†‡

OBJECTIVES To conduct a survey across European cardiac centres to evaluate the methods used for cerebral protection during aortic surgery involving the aortic arch. METHODS All European centres were contacted and surgeons were requested to fill out a short, comprehensive questionnaire on an internet-based platform. One-third of more than 400 contacted centres completed the survey correctly. RESULTS The most preferred site for arterial cannulation is the subclavian-axillary, both in acute and chronic presentation. The femoral artery is still frequently used in the acute condition, while the ascending aorta is a frequent second choice in the case of chronic presentation. Bilateral antegrade brain perfusion is chosen by the majority of centres (2/3 of cases), while retrograde perfusion or circulatory arrest is very seldom used and almost exclusively in acute clinical presentation. The same pumping system of the cardio pulmonary bypass is most of the time used for selective cerebral perfusion, and the perfusate temperature is usually maintained between 22 and 26°C. One-third of the centres use lower temperatures. Perfusate flow and pressure are fairly consistent among centres in the range of 10-15 ml/kg and 60 mmHg, respectively. In 60% of cases, barbiturates are added for cerebral protection, while visceral perfusion still receives little attention. Regarding cerebral monitoring, there is a general tendency to use near-infrared spectroscopy associated with bilateral radial pressure measurement. CONCLUSIONS These data represent a snapshot of the strategies used for cerebral protection during major aortic surgery in current practice, and may serve as a reference for standardization and refinement of different approaches.

Use of dextran sulfate in tourniquet-induced skeletal muscle reperfusion injury.

BACKGROUND Lower extremity ischemia-reperfusion injury (IRI)-prolonged ischemia and the subsequent restoration of circulation-may result from thrombotic occlusion, embolism, trauma, or tourniquet application in surgery. The aim of this study was to assess the effect of low-molecular-weight dextran sulfate (DXS) on skeletal muscle IRI. METHODS Rats were subjected to 3 h of ischemia and 2 or 24 h of reperfusion. To induce ischemia the femoral artery was clamped and a tourniquet placed under the maintenance of the venous return. DXS was injected systemically 10 min before reperfusion. Muscle and lung tissue samples were analyzed for deposition of immunoglobulin M (IgM), IgG, C1q, C3b/c, fibrin, and expression of vascular endothelial-cadherin and bradykinin receptors b1 and b2. RESULTS Antibody deposition in reperfused legs was reduced by DXS after 2 h (P < 0.001, IgM and IgG) and 24 h (P < 0.001, IgM), C3b/c deposition was reduced in muscle and lung tissue (P < 0.001), whereas C1q deposition was reduced only in muscle (P < 0.05). DXS reduced fibrin deposits in contralateral legs after 24 h of reperfusion but did not reduce edema in muscle and lung tissue or improve muscle viability. Bradykinin receptor b1 and vascular endothelial-cadherin expression were increased in lung tissue after 24 h of reperfusion in DXS-treated and non-treated rats but bradykinin receptor b2 was not affected by IRI. CONCLUSIONS In contrast to studies in myocardial infarction, DXS did not reduce IRI in this model. Neither edema formation nor viability was improved, whereas deposition of complement and coagulation components was significantly reduced. Our data suggest that skeletal muscle IRI may not be caused by the complement or coagulation alone, but the kinin system may play an important role.

Refinement of tourniquet-induced peripheral ischemia/reperfusion injury in rats: comparison of 2 h vs 24 h reperfusion.

Prolonged ischemia of skeletal muscle tissue, followed by reperfusion, leads to ischemia/reperfusion injury (IRI), which is a feared local and systemic inflammatory reaction. With respect to the 3Rs, we wanted to determine which parameters for assessment of IRI require a reperfusion time of 24 h and for which 2 h of reperfusion are sufficient. Rats were subjected to 3 h of hind limb ischemia and 2 h or 24 h of reperfusion. Human plasma derived C1 inhibitor was used as a drug to prevent reperfusion injury. For 2 h of reperfusion the rats stayed under anesthesia throughout (severity grade 1), whereas for 24 h they were awake under analgesia during reperfusion (grade 2). The femoral artery was clamped and a tourniquet was placed, under maintenance of venous return. C1 esterase inhibitor was systemically administered 5 min before the induction of ischemia. No differences in local muscle edema formation and depositions of immunoglobulin G and immunoglobulin M were observed between 2 h and 24 h (P > 0.05), whereas lung edema was only observed after 24 h. Muscle viability was significantly lower after 24 h vs 2 h reperfusion (P < 0.05). Increased plasma creatine kinase (CK)-MM and platelet-derived growth factor (PDGF)-bb could be detected after 2 h, but not after 24 h of reperfusion. By contrast, depositions of C3b/c and fibrin in muscle were only detected after 24 h (P < 0.001). In conclusion, for a first screening of drug candidates to reduce IRI, 2 h reperfusions are sufficient, and these reduce the severity of the animal experiment. Twenty-four-hour reperfusions are only needed for in-depth analysis of the mechanisms of IRI, including lung damage.

Virtopsy: postmortem minimally invasive angiography using cross section techniques--implementation and preliminary results.

Postmortem investigation is increasingly supported by Computed Tomography (CT) and Magnetic Resonance Imaging (MRI). This led to the idea to implement a noninvasive or minimally invasive autopsy technique. Therefore, a minimally invasive angiography technique becomes necessary, in order to support the vascular cross section diagnostic. Preliminary experiments investigating different contrast agents for CT and MRI and their postmortem applicability have been performed using an ex-vivo porcine coronary model. MSCT and MRI angiography was performed in the porcine model. Three human corpses were investigated using minimally invasive MSCT angiography. Via the right femoral artery a plastic tube was advanced into the aortic arch. Using a flow adjustable pump the radiopaque contrast agent meglumine-ioxithalamate was injected. Subsequent MSCT scanning provided an excellent anatomic visualization of the human arterial system including intracranial and coronary arteries. Vascular pathologies such as calcification, stenosis and injury were detected. Limitations of the introduced approach are cases of major vessel injury and cases that show an advanced stage of decay.

Platelet-derived growth factor BB induces functional vascular anastomoses in vivo.

Neovascularization that generates collateral blood flow can limit the extent of tissue damage after acute ischemia caused by occlusion of the primary blood supply. The neovascular response stimulated by the BB homodimeric form of recombinant platelet-derived growth factor (PDGF-BB) was evaluated for its capacity to protect tissue from necrosis in a rat skin flap model of acutely induced ischemia. Complete survival of the tissue ensued, when the original nutritive blood supply was occluded, as early as 5 days after local PDGF-BB application, and the presence of a patent vasculature was evident compared to control flaps. To further evaluate the vascular regenerative response, PDGF-BB was injected into the muscle/connective tissue bed between the separated ends of a divided femoral artery in rats. A patent new vessel that functionally reconnected the ends of the divided artery within the original 3- to 4-mm gap was regenerated 3 weeks later in all PDGF-BB-treated limbs. In contrast, none of the paired control limbs, which received vehicle with an inactive variant of PDGF-BB, had vessel regrowth (P < 0.001). The absence of a sustained inflammatory response and granulation tissue suggests locally delivered PDGF-BB may directly stimulate the angiogenic phenotype in endothelial cells. These findings indicate that PDGF-BB can generate functional new blood vessels and nonsurgically anastomose severed vessels in vivo. This study supports the possibility of a therapeutic modality for the salvage of ischemic tissue through exogenous cytokine-induced vascular reconnection.

Une étude cadavérique pour réduire les risques des approches chirurgicales et percutanées de l’artère fémorale

En chirurgie vasculaire, l’accès à l’artère fémorale, qu’il soit par une incision chirurgicale ou par une approche percutanée, est très fréquemment utilisé pour une multitude d’interventions vasculaires ou endovasculaires; pour des pontages divers, le traitement d’occlusions artérielles, la réparation d’anévrismes et la pose d’endoprothèses. L’objectif général de ce projet de recherche est de faciliter et réduire les risques des approches de l’artère fémorale par une meilleure compréhension anatomique du triangle fémoral. La méthodologie a été réalisée grâce à l’utilisation de cadavres spécialement embaumés par la méthode développée par Walter Thiel. Les résultats présentés dans ce mémoire ont permis de proposer des solutions en réponse à des problèmes cliniques en chirurgie vasculaire. Dans un premier temps, l’étude de la vascularisation cutanée du triangle fémoral a mené à proposer de nouvelles incisions chirurgicales afin de limiter la dévascularisation cutanée des plaies et ainsi réduire les problèmes de cicatrisation observés. Ensuite, nous avons validé l’identification radiographique et échographique de l’artère fémorale à son croisement avec le ligament inguinal afin de faciliter l’identification d’un site de ponction artérielle adéquat. Enfin, nous avons développé une méthode échographique simple qui facilite l’approche percutanée de l’artère fémorale, même chez les patients obèses. Les retombées de ce projet de recherche sont multiples pour les cliniciens, l’étude fournit une meilleure compréhension anatomique tridimensionnelle du triangle fémoral et les techniques proposées dans ce mémoire pourront apporter une amélioration de la pratique chirurgicale et faciliter le travail des médecins. Toutefois, ces propositions devront maintenant être validées en clinique.

Elevated plasma levels of human urotensin-II immunoreactivity in congestive heart failure

Human urotensin-II (hU-II) is the most potent endogenous cardiostimulant identified to date. We therefore determined whether hU-II has a possible pathological role by investigating its levels in patients with congestive heart failure (CHF). Blood samples were obtained from the aortic root, femoral artery, femoral vein, and pulmonary artery from CHF patients undergoing cardiac catheterization and the aortic root from patients undergoing investigative angiography for chest pain who were not in heart failure. Immunoreactive hU-II (hU-II-ir) levels were determined with radioimmunoassay. hU-II-ir was elevated in the aortic root of CHF patients (230.9 +/- 68.7 pg/ml, n = 21; P < 0.001) vs. patients with nonfailing hearts (22.7 +/- 6.1 pg/ml, n = 18). This increase was attributed to cardiopulmonary production of hU-II-ir because levels were lower in the pulmonary artery (38.2 +/- 6.1 pg/ml, n = 21; P < 0.001) than in the aortic root. hU-II-ir was elevated in the aortic root of CHF patients with nonischemic cardiomyopathy (142.1 +/- 51.5 pg/ml, n = 10; P < 0.05) vs. patients with nonfailing hearts without coronary artery disease (27.3 +/- 12.4 pg/ml, n = 7) and CHF patients with ischemic cardiomyopathy (311.6 +/- 120.4 pg/ml, n = 11; P < 0.001) vs. patients with nonfailing hearts and coronary artery disease (19.8 +/- 6.6 pg/ml, n = 11). hU-II-ir was significantly higher in the aortic root than in the pulmonary artery and femoral vein, with a nonsignificant trend for higher levels in the aortic root than in the femoral artery. The findings indicated that hU-II-ir is elevated in the aortic root of CHF patients and that hU-II-ir is cleared at least in part from the microcirculation.

Dog peritoneal and pleural cavities as bioreactors to grow autologous vascular grafts

Objective: The purpose of this study was to grow artificial blood vessels for autologous transplantation as arterial interposition grafts in a large animal model (dog). Method and results: Tubing up to 250 mm long, either bare or wrapped in biodegradable polyglycolic acid (Dexon) or nonbiodegradable polypropylene (Prolene) mesh, was inserted in the peritoneal or pleural cavity of dogs, using minimally invasive techniques, and tethered at one end to the wall with a loose suture. After 3 weeks the tubes and their tissue capsules were harvested, and the inert tubing was discarded. The wall of living tissue was uniformly 1-1.5 mm thick throughout its length, and consisted of multiple layers of myofibroblasts and matrix overlaid with a single layer of mesothelium. The myofibroblasts stained for a-smooth muscle actin, vimentin, and desmin. The bursting strength of tissue tubes with no biodegradable mesh scaffolds was in excess of 2500 mm Hg, and the suture holding strength was 11.5 N, both similar to that in dog carotid and femoral arteries. Eleven tissue tubes were transplanted as interposition grafts into the femoral artery of the same dog in which they were grown, and were harvested after 3 to 6.5 months. Eight remained patent during this time. At harvest, their lumens were lined with endothelium-like cells, and wall cells stained for alpha-actin, smooth muscle myosin, desmin and smoothelin; there was also a thick adventitia containing vasa vasorum. Conclusion: Peritoneal and pleural cavities of large animals can function as bioreactors to grow myofibroblast tubes for use as autologous vascular grafts.

A comparative study of the effects of hypoxia upon isolated arterial muscle from the rat

Contractile response of rat aorta, mesenteric artery and femoral artery to noradrenaline and potassium chloride were studied under standard and hypoxic conditions and the effect of hypoxia was dependent upon both the vessel and the stimulant. Hypoxia had less effect upon contractions to potassium chloride than those to noradrenaline. The effects of hypoxia on potassium chloride induced responses in different vessels were relatively similar although responses to noradrenaline were vessel dependent. Noradrenaline induced contractions of the femoral artery were most affected by hypoxia whilst those of the mesenteric artery were least affected. Hypoxia changed the well maintained response of the femoral artery to noradrenaline to a transient form; this effect of hypoxia was not evident in the aorta or the mesenteric artery. The aorta and mesenteric artery contracted in calcium free EGTA PSS suggesting that these vessels displayed a release component. Hypoxia reduced the magnitude of this component. The effects of verapamil on noradrenaline and potassium chloride induced responses were investigated and were found to be different to those of hypoxia. Verapamil exerted a greater effect on contractions to potassium chloride than on those to noradrenaline. The effects of hypoxia on 45calcium flux were also vessel dependent. In the mesenteric and femoral arteries hypoxia increased basal 45calcium accumulation. However, the magnitude of noradrenaline stimulated 45calcium accumulation was reduced in the femoral artery and aorta but was unchanged in the mesenteric artery. The effects of hypoxia on 45calcium accumulation were similar to verapamil only in the aorta. The results provide evidence that the effects of hypoxia may arise from alterations in calcium mobilisation processes and that differences between vessels in these processes accounts for the heterogeneity between vessels in their response to hypoxia.

Glutathione adducts induced by ischemia and deletion of glutaredoxin-1 stabilize HIF-1α and improve limb revascularization

Reactive oxygen species (ROS) are increased in ischemic tissues and necessary for revascularization; however, the mechanism remains unclear. Exposure of cysteine residues to ROS in the presence of glutathione (GSH) generates GSH-protein adducts that are specifically reversed by the cytosolic thioltransferase, glutaredoxin-1 (Glrx). Here, we show that a key angiogenic transcriptional factor hypoxia-inducible factor (HIF)-1α is stabilized by GSH adducts, and the genetic deletion of Glrx improves ischemic revascularization. In mouse muscle C2C12 cells, HIF-1α protein levels are increased by increasing GSH adducts with cell-permeable oxidized GSH (GSSG-ethyl ester) or 2-acetylamino-3-[4-(2-acetylamino-2-carboxyethylsulfanyl thiocarbonylamino) phenylthiocarbamoylsulfanyl] propionic acid (2-AAPA), an inhibitor of glutathione reductase. A biotin switch assay shows that GSSG-ester-induced HIF-1α contains reversibly modified thiols, and MS confirms GSH adducts on Cys520 (mouse Cys533). In addition, an HIF-1α Cys520 serine mutant is resistant to 2-AAPA–induced HIF-1α stabilization. Furthermore, Glrx overexpression prevents HIF-1α stabilization, whereas Glrx ablation by siRNA increases HIF-1α protein and expression of downstream angiogenic genes. Blood flow recovery after femoral artery ligation is significantly improved in Glrx KO mice, associated with increased levels of GSH-protein adducts, capillary density, vascular endothelial growth factor (VEGF)-A, and HIF-1α in the ischemic muscles. Therefore, Glrx ablation stabilizes HIF-1α by increasing GSH adducts on Cys520 promoting in vivo HIF-1α stabilization, VEGF-A production, and revascularization in the ischemic muscles

Cystathionine γ-lyase regulates arteriogenesis through NO-dependent monocyte recruitment

AIMS: Hydrogen sulfide (H2S) is a vasoactive gasotransmitter that is endogenously produced in the vasculature by the enzyme cystathionine γ-lyase (CSE). However, the importance of CSE activity and local H2S generation for ischaemic vascular remodelling remains completely unknown. In this study, we examine the hypothesis that CSE critically regulates ischaemic vascular remodelling involving H2S-dependent mononuclear cell regulation of arteriogenesis. METHODS AND RESULTS: Arteriogenesis including mature vessel density, collateral formation, blood flow, and SPY angiographic blush rate were determined in wild-type (WT) and CSE knockout (KO) mice at different time points following femoral artery ligation (FAL). The role of endogenous H2S in regulation of IL-16 expression and subsequent recruitment of monocytes, and expression of VEGF and bFGF in ischaemic tissues, were determined along with endothelial progenitor cell (CD34/Flk1) formation and function. FAL of WT mice significantly increased CSE activity, expression and endogenous H2S generation in ischaemic tissues, and monocyte infiltration, which was absent in CSE-deficient mice. Treatment of CSE KO mice with the polysulfide donor diallyl trisulfide restored ischaemic vascular remodelling, monocyte infiltration, and cytokine expression. Importantly, exogenous H2S therapy restored nitric oxide (NO) bioavailability in CSE KO mice that was responsible for monocyte recruitment and arteriogenesis. CONCLUSION: Endogenous CSE/H2S regulates ischaemic vascular remodelling mediated during hind limb ischaemia through NO-dependent monocyte recruitment and cytokine induction revealing a previously unknown mechanism of arteriogenesis.

Régulation épigénétique de la défense antioxydante et de l'Angiopoietin-like 2 dans le contexte du vieillissement et des maladies cardiovasculaires

Suite à l’exposition à des facteurs de risque incluant la malnutrition, la dyslipidémie, la sédentarité et les désordres métaboliques, les maladies cardiovasculaires (MCV) sont caractérisées par un état pro-oxydant et pro-inflammatoire, et une dérégulation de l’expression de divers facteurs responsables de l’homéostasie de l’environnement rédox et inflammatoire. L’implication d’enzymes antioxydantes telles que les superoxyde dismutases (SOD) et les glutathion peroxydases (Gpx), ainsi que la contribution de médiateurs pro-inflammatoires tels que l’angiopoietin-like 2 (Angptl2) ont été rapportées dans le cadre des MCV. Toutefois, les mécanismes moléculaires sensibles aux facteurs de risque et menant au développement des MCV sont peu connus. L’épigénétique est un mécanisme de régulation de l’expression génique sensible aux stimuli extracellulaires et pourrait donc contribuer au développement des MCV. La méthylation de l’ADN est un des mécanismes épigénétiques pouvant varier tant de manière gène-spécifique qu’à l’échelle génomique, et la conséquence de tels changements sur l’expression des gènes ciblés dépend du site de méthylation. Puisqu’il a été démontré que des variations au niveau de la méthylation de l’ADN peuvent être associées à divers contextes pathologiques incluant les MCV, le but de nos travaux était d’étudier le lien entre la méthylation de gènes antioxydants et pro-inflammatoires avec leurs répercussions fonctionnelles biologiques en présence de facteurs de risques associés aux MCV, tels que le vieillissement, la dyslipidémie et la sédentarité. Dans la première étude, nous avons observé que dans l’artère fémorale de souris vieillissantes, la méthylation au niveau du promoteur du gène Sod2, codant pour l’enzyme antioxydante superoxyde dismutase de type 2 (SOD2 ou MnSOD), diminue avec l’âge. Ceci serait associé à l’induction de l’expression de MnSOD, renforçant ainsi la défense antioxydante endogène. Le vieillissement étant associé à une accumulation de la production de radicaux libres, nous avons étudié la vasodilatation dépendante de l’endothélium qui est sensible au stress oxydant. Nous avons observé que la capacité vasodilatatrice globale a été maintenue chez les souris âgées, aux dépens d’une diminution des facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) et d’une contribution accentuée de la voie du monoxyde d’azote (NO). Nous avons ensuite utilisé deux approches visant à réduire les niveaux de stress oxydant in vivo, soit la supplémentation avec un antioxydant, la catéchine, et l’exposition chronique à de l’exercice physique volontaire. Ces interventions ont permis de prévenir à la fois les changements au niveau de la fonction endothéliale et de l’hypométhylation de Sod2. Cette première étude démontre donc la sensibilité de la méthylation de l’ADN à l’environnement rédox. Dans la deuxième étude, nous avons démontré une régulation de l’expression de l’enzyme antioxydante glutathion peroxydase 1 (Gpx1) en lien avec la méthylation de son gène codant, Gpx1, dans un contexte de dyslipidémie sévère. Nos résultats démontrent que dans le muscle squelettique de souris transgéniques sévèrement dyslipidémiques (LDLr-/-; hApoB+/+), Gpx1 est hyperméthylé, ce qui diminue l’expression de Gpx1 et affaiblit la défense antioxydante endogène. Chez ces souris, l’exercice physique chronique a permis d’augmenter l’expression de Gpx1 en lien avec une hypométhylation transitoire de son gène. Cette étude démontre que le stress oxydant associé à la dyslipidémie sévère altère les mécanismes de défense antioxydante, en partie via un mécanisme épigénétique. De plus, on observe également que l’exercice physique permet de renverser ces effets et peut induire des changements épigénétiques, mais de manière transitoire. La troisième étude avait pour but d’étudier la régulation de l’Angptl2, une protéine circulante pro-inflammatoire, dans le contexte des MCV. Nous avons observé que chez des patients coronariens, la concentration circulante d’Angptl2 est significativement plus élevée que chez des sujets sains et ce, en lien avec une hypométhylation de son gène, ANGPTL2, mesurée dans les leucocytes circulants. Nous sommes les premiers à démontrer qu’en réponse à l’environnement pro-inflammatoire associé à une MCV, l’expression de l’Angptl2 est stimulée par un mécanisme épigénétique. Nos études ont permis d’identifier des nouvelles régions régulatrices différentiellement méthylées situées dans les gènes impliqués dans la défense antioxydante, soit Sod2 en lien avec le vieillissement et Gpx1 en lien avec la dyslipidémie et l’exercice. Nous avons également démontré un mécanisme de régulation de l’Angptl2 dépendant de la méthylation d’ANGPTL2 et ce, pour la première fois dans un contexte de MCV. Ces observations illustrent la nature dynamique de la régulation épigénétique par la méthylation de l’ADN en réponse aux stimuli environnementaux. Nos études contribuent ainsi à la compréhension et l’identification de mécanismes moléculaires impliqués dans le développement du phénotype pathologique suite à l’exposition aux facteurs de risque, ce qui ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques.

Régulation épigénétique de la défense antioxydante et de l'Angiopoietin-like 2 dans le contexte du vieillissement et des maladies cardiovasculaires

Suite à l’exposition à des facteurs de risque incluant la malnutrition, la dyslipidémie, la sédentarité et les désordres métaboliques, les maladies cardiovasculaires (MCV) sont caractérisées par un état pro-oxydant et pro-inflammatoire, et une dérégulation de l’expression de divers facteurs responsables de l’homéostasie de l’environnement rédox et inflammatoire. L’implication d’enzymes antioxydantes telles que les superoxyde dismutases (SOD) et les glutathion peroxydases (Gpx), ainsi que la contribution de médiateurs pro-inflammatoires tels que l’angiopoietin-like 2 (Angptl2) ont été rapportées dans le cadre des MCV. Toutefois, les mécanismes moléculaires sensibles aux facteurs de risque et menant au développement des MCV sont peu connus. L’épigénétique est un mécanisme de régulation de l’expression génique sensible aux stimuli extracellulaires et pourrait donc contribuer au développement des MCV. La méthylation de l’ADN est un des mécanismes épigénétiques pouvant varier tant de manière gène-spécifique qu’à l’échelle génomique, et la conséquence de tels changements sur l’expression des gènes ciblés dépend du site de méthylation. Puisqu’il a été démontré que des variations au niveau de la méthylation de l’ADN peuvent être associées à divers contextes pathologiques incluant les MCV, le but de nos travaux était d’étudier le lien entre la méthylation de gènes antioxydants et pro-inflammatoires avec leurs répercussions fonctionnelles biologiques en présence de facteurs de risques associés aux MCV, tels que le vieillissement, la dyslipidémie et la sédentarité. Dans la première étude, nous avons observé que dans l’artère fémorale de souris vieillissantes, la méthylation au niveau du promoteur du gène Sod2, codant pour l’enzyme antioxydante superoxyde dismutase de type 2 (SOD2 ou MnSOD), diminue avec l’âge. Ceci serait associé à l’induction de l’expression de MnSOD, renforçant ainsi la défense antioxydante endogène. Le vieillissement étant associé à une accumulation de la production de radicaux libres, nous avons étudié la vasodilatation dépendante de l’endothélium qui est sensible au stress oxydant. Nous avons observé que la capacité vasodilatatrice globale a été maintenue chez les souris âgées, aux dépens d’une diminution des facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) et d’une contribution accentuée de la voie du monoxyde d’azote (NO). Nous avons ensuite utilisé deux approches visant à réduire les niveaux de stress oxydant in vivo, soit la supplémentation avec un antioxydant, la catéchine, et l’exposition chronique à de l’exercice physique volontaire. Ces interventions ont permis de prévenir à la fois les changements au niveau de la fonction endothéliale et de l’hypométhylation de Sod2. Cette première étude démontre donc la sensibilité de la méthylation de l’ADN à l’environnement rédox. Dans la deuxième étude, nous avons démontré une régulation de l’expression de l’enzyme antioxydante glutathion peroxydase 1 (Gpx1) en lien avec la méthylation de son gène codant, Gpx1, dans un contexte de dyslipidémie sévère. Nos résultats démontrent que dans le muscle squelettique de souris transgéniques sévèrement dyslipidémiques (LDLr-/-; hApoB+/+), Gpx1 est hyperméthylé, ce qui diminue l’expression de Gpx1 et affaiblit la défense antioxydante endogène. Chez ces souris, l’exercice physique chronique a permis d’augmenter l’expression de Gpx1 en lien avec une hypométhylation transitoire de son gène. Cette étude démontre que le stress oxydant associé à la dyslipidémie sévère altère les mécanismes de défense antioxydante, en partie via un mécanisme épigénétique. De plus, on observe également que l’exercice physique permet de renverser ces effets et peut induire des changements épigénétiques, mais de manière transitoire. La troisième étude avait pour but d’étudier la régulation de l’Angptl2, une protéine circulante pro-inflammatoire, dans le contexte des MCV. Nous avons observé que chez des patients coronariens, la concentration circulante d’Angptl2 est significativement plus élevée que chez des sujets sains et ce, en lien avec une hypométhylation de son gène, ANGPTL2, mesurée dans les leucocytes circulants. Nous sommes les premiers à démontrer qu’en réponse à l’environnement pro-inflammatoire associé à une MCV, l’expression de l’Angptl2 est stimulée par un mécanisme épigénétique. Nos études ont permis d’identifier des nouvelles régions régulatrices différentiellement méthylées situées dans les gènes impliqués dans la défense antioxydante, soit Sod2 en lien avec le vieillissement et Gpx1 en lien avec la dyslipidémie et l’exercice. Nous avons également démontré un mécanisme de régulation de l’Angptl2 dépendant de la méthylation d’ANGPTL2 et ce, pour la première fois dans un contexte de MCV. Ces observations illustrent la nature dynamique de la régulation épigénétique par la méthylation de l’ADN en réponse aux stimuli environnementaux. Nos études contribuent ainsi à la compréhension et l’identification de mécanismes moléculaires impliqués dans le développement du phénotype pathologique suite à l’exposition aux facteurs de risque, ce qui ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques.