Distinct Allostery Induced in the Cyclic GMP-binding, Cyclic GMP-specific Phosphodiesterase (PDE5) by Cyclic GMP, Sildenafil, and Metal Ions

The activity of many proteins orchestrating different biological processes is regulated by allostery, where ligand binding at one site alters the function of another site. Allosteric changes can be brought about by either a change in the dynamics of a protein, or alteration in its mean structure. We have investigated the mechanisms of allostery induced by chemically distinct ligands in the cGMP-binding, cGMP-specific phosphodiesterase, PDE5. PDE5 is the target for catalytic site inhibitors, such as sildenafil, that are used for the treatment of erectile dysfunction and pulmonary hypertension. PDE5 is a multidomain protein and contains two N-terminal cGMP-specific phosphodiesterase, bacterial adenylyl cyclase, FhLA transcriptional regulator (GAF) domains, and a C-terminal catalytic domain. Cyclic GMP binding to the GAFa domain and sildenafil binding to the catalytic domain result in conformational changes, which to date have been studied either with individual domains or with purified enzyme. Employing intramolecular bioluminescence resonance energy transfer, which can monitor conformational changes both in vitro and in intact cells, we show that binding of cGMP and sildenafil to PDE5 results in distinct conformations of the protein. Metal ions bound to the catalytic site also allosterically modulated cGMP- and sildenafil-induced conformational changes. The sildenafil-induced conformational change was temperature-sensitive, whereas cGMP-induced conformational change was independent of temperature. This indicates that different allosteric ligands can regulate the conformation of a multidomain protein by distinct mechanisms. Importantly, this novel PDE5 sensor has general physiological and clinical relevance because it allows the identification of regulators that can modulate PDE5 conformation in vivo.

Bbeta-adrenergic receptor kinase-1 levels in catecholamine-induced myocardial hypertrophy: regulation by beta- but not alpha1-adrenergic stimulation.

Pressure overload ventricular hypertrophy is accompanied by dysfunctional beta-adrenergic receptor signaling due to increased levels of the beta-adrenergic receptor kinase-1, which phosphorylates and desensitizes beta-adrenergic receptors. In this study, we examined whether increased beta-adrenergic receptor kinase 1 expression is associated with myocardial hypertrophy induced by adrenergic stimulation. With use of implanted mini-osmotic pumps, we treated mice with isoproterenol, phenylephrine, or vehicle to distinguish between alpha1- and beta-adrenergic stimulation. Both treatments resulted in cardiac hypertrophy, but only isoproterenol induced significant increases in beta-adrenergic receptor kinase-1 protein levels and activity. Similarly, in isolated adult rat cardiac myocytes, 24 hours of isoproterenol stimulation resulted in a significant 2.8-fold increase in beta-adrenergic receptor kinase-1 protein levels, whereas 24 hours of phenylephrine treatment did not alter beta-adrenergic receptor kinase-1 expression. Our results indicate that increased beta-adrenergic receptor kinase-1 is not invariably associated with myocardial hypertrophy but apparently is controlled by the state of beta-adrenergic receptor activation.

Differential expression of components of the cardiomyocyte adrenomedullin/intermedin receptor system following blood pressure reduction in nitric oxide-deficient hypertension.

Adrenomedullin (AM) and intermedin (IMD; adrenomedulln-2) are vasodilator peptides related to calcitonin gene-related peptide (CGRP). The actions of these peptides are mediated by the calcitonin receptor-like receptor (CLR) in association with one of three receptor activity-modifying proteins. CGRP is selective for CLR/receptor activity modifying protein (RAMP)1, AM for CLR/RAMP2 and -3, and IMD acts at both CGRP and AM receptors. In a model of pressure overload induced by inhibition of nitric-oxide synthase, up-regulation of AM was observed previously in cardiomyocytes demonstrating a hypertrophic phenotype. The current objective was to examine the effects of blood pressure reduction on cardiomyocyte expression of AM and IMD and their receptor components. Nomega-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) (35 mg/kg/day) was administered to rats for 8 weeks, with or without concurrent administration of hydralazine (50 mg/kg/day) and hydrochlorothiazide (7.5 mg/kg/day). In left ventricular cardiomyocytes from L-NAME-treated rats, increases (-fold) in mRNA expression were 1.6 (preproAM), 8.4 (preproIMD), 3.4 (CLR), 4.1 (RAMP1), 2.8 (RAMP2), and 4.4 (RAMP3). Hydralazine/hydrochlorothiazide normalized systolic blood pressure (BP) and abolished mRNA up-regulation of hypertrophic markers sk-alpha-actin and BNP and of preproAM, CLR, RAMP2, and RAMP3 but did not normalize cardiomyocyte width nor preproIMD or RAMP1 mRNA expression. The robust increase in IMD expression indicates an important role for this peptide in the cardiac pathology of this model but, unlike AM, IMD is not associated with pressure overload upon the myocardium. The concordance of IMD and RAMP1 up-regulation indicates a CGRP-type receptor action; considering also a lack of response to BP reduction, IMD may, like CGRP, have an anti-ischemic function.

Susceptibility of streptozotocin-induced diabetic rat retinal function and ocular blood flow to acute intraocular pressure challenge.

PURPOSE: To consider whether STZ-induced hyperglycemia renders rat retinal function and ocular blood flow more susceptible to acute intraocular pressure (IOP) challenge.

METHODS: Retinal function (electroretinogram, ERG) was measured during acute IOP challenge (10-100 mmHg, 5 mmHg increments, 3 min/step, vitreal cannulation) in adult Long-Evans rats (6-week old, citrate: n=6, STZ: n=10) 4 weeks after citrate buffer or streptozotocin (STZ, 65 mg/kg, blood glucose > 15 mmol/l) injection. At each IOP, dim and bright flash (-4.56, -1.72 log cd.s.m^-2) ERG responses were recorded to measure inner retinal and ON-bipolar cell function, respectively. Ocular blood flow (laser Doppler flowmetry, citrate; n=6, STZ; n=10) was also measured during acute IOP challenge. Retinae were isolated for qPCR analysis of nitric oxide synthase mRNA expression endothelial, eNos; inducible, iNos; neuronal, nNos).

RESULTS: STZ-induced diabetes increased the susceptibility of inner retinal (IOP at 50% response, 60.1, CI: 57.0-62.0 mmHg vs. citrate: 67.5, CI: 62.1-72.4 mmHg) and ON-bipolar cell function (STZ: 60.3, CI: 58.0-62.8 mmHg vs. citrate: 65.1, CI: 58.0-62.78 mmHg) and ocular blood flow (43.9, CI: 40.8-46.8 vs. citrate: 53.4, CI: 50.7-56.1 mmHg) to IOP challenge. Citrate eyes showed elevated eNos mRNA (+49.7%) after IOP stress, an effect not found in STZ-diabetic eyes (-5.7%, P<0.03). No difference was observed for iNos or nNos (P>0.05) following IOP elevation.

CONCLUSIONS: STZ-induced diabetes increased functional susceptibility during acute IOP challenge. This functional vulnerability is associated with a reduced capacity for diabetic eyes to upregulate eNOS expression and to autoregulate blood flow in response to stress.

Prenatal hypoxia leads to increased muscle sympathetic nerve activity, sympathetic hyperinnervation, premature blunting of NPY signalling and hypertension in adult life

Adverse conditions prenatally increase the risk of cardiovascular disease, including hypertension. Chronic hypoxia in utero (CHU) causes endothelial dysfunction, but whether sympathetic vasoconstrictor nerve functioning is altered is unknown. We, therefore, compared in male CHU and control (N) rats muscle sympathetic nerve activity, vascular sympathetic innervation density, and mechanisms of sympathetic vasoconstriction. In young (Y)-CHU and Y-N rats (≈3 months), baseline arterial blood pressure was similar. However, tonic muscle sympathetic nerve activity recorded focally from arterial vessels of spinotrapezius muscle had higher mean frequency in Y-CHU than in Y-N rats (0.56±0.075 versus 0.33±0.036 Hz), and the proportions of single units with high instantaneous frequencies (1–5 and 6–10 Hz) being greater in Y-CHU rats. Sympathetic innervation density of tibial arteries was ≈50% greater in Y-CHU than in Y-N rats. Increases in femoral vascular resistance evoked by sympathetic stimulation at low frequency (2 Hz for 2 minutes) and bursts at 20 Hz were substantially smaller in Y-CHU than in Y-N rats. In Y-N only, the neuropeptide Y Y1-receptor antagonist BIBP3226 attenuated these responses. By contrast, baseline arterial blood pressure was higher in middle-aged (M)-CHU than in M-N rats (≈9 months; 139±3 versus 126±3 mmHg, respectively). BIBP3226 had no effect on femoral vascular resistance increases evoked by 2 Hz or 20 Hz bursts in M-N or M-CHU rats. These results indicate that fetal programming induced by prenatal hypoxia causes an increase in centrally generated muscle sympathetic nerve activity in youth and hypertension by middle age. This is associated with blunting of sympathetically evoked vasoconstriction and its neuropeptide Y component that may reflect premature vascular aging and contribute to increased risk of cardiovascular disease

Nifedipine-induced gingival hyperplasia

This case study reports on the management of a woman suffering from thrombocytopenic purpura who was referred to the periodontal clinic with gingival swelling and bleeding. This condition was related to nifedipine therapy for hypertension.

Rôle du stress oxydant en période néonatale dans l'hypertension artérielle et la dysfonction vasculaire et métabolique de l'adulte

Thèse réalisée dans le cadre d'une cotutelle entre l'Université de Montréal et l'Université d'Auvergne en France

Modulation of Endothelin-1 and Insulin-like Growth Factor Type 1-induced Signaling by Curcumin in A-10 Vascular Smooth Muscle Cells

Les maladies cardio-vasculaires (MCV), telles que l’hypertension et l’athérosclérose, s’accompagnent de modifications structurales et fonctionnelles au niveau vasculaire. Un fonctionnement aberrant de la migration, l’hypertrophie et la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) sont des évènements cellulaires à l’origine de ces changements. L’endothéline-1 (ET-1) contribue à la pathogénèse des anomalies vasculaires, notamment via l’activation des protéines MAPK et PI3-K/PKB, des composantes clés impliquées dans les voies prolifératives et de croissance cellulaires. Il a été suggéré que le stress oxydant jouerait un rôle intermédiaire dans les effets pathophysiologiques vasculaires de l’ET-1. En conséquence, une modulation de la signalisation induite par l’ET-1 peut servir comme éventuelle stratégie thérapeutique contre le développement des MCV. Il apparaît de nos jours un regain d’intérêt dans l’utilisation des agents phyto-chimiques pour traiter plusieurs maladies. La curcumine, constituant essentiel de l’épice curcuma, est dotée de plusieurs propriétés biologiques parmi lesquelles des propriétés anti-oxydantes, anti-prolifératrices et cardio-protectrices. Cependant, les mécanismes moléculaires de son effet cardio-protecteur demeurent obscurs. Dans cette optique, l’objectif de cette étude a été d’examiner l’efficacité de la curcumine à inhiber la signalisation induite par l’ET-1 dans les CMLV. La curcumine a inhibé la phosphorylation des protéines IGF-1R, PKB, c-Raf et ERK1/2, induite par l’ET-1 et l’IGF-1. De plus, la curcumine a inhibé l’expression du facteur de transcription Egr-1 induite par l’ET-1 et l’IGF-1, dans les CMLV. Ces résultats suggèrent que la capacité de la curcumine à atténuer ces voies de signalisation serait un mécanisme d’action potentiel de ses effets protecteurs au niveau cardiovasculaire.

Role of receptor and non-receptor protein tyrosine kinases in vasoactive peptide-induced signaling

L'endothéline-1 (ET-1) et l'angiotensine II (Ang II) jouent un rôle important dans le maintien de la pression artérielle et l'homéostasie vasculaire. Une activité accrue de ces peptides vasoactifs est présumée contribuer au développement de pathologies vasculaires, telles que l'hypertension, l'athérosclérose, l'hypertrophie et la resténose. Ceci est causé par une activation excessive de plusieurs voies de signalisation hypertrophiques et prolifératives, qui incluent des membres de la famille des Mitogen Activated Protein Kinases (MAPK), ainsi que la famille phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K) / protéine kinase B (PKB). Bien que l'activation de ces voies de signalisation soit bien élucidée, les éléments en amont responsables de l'activation des MAPK et de la PKB, induite par l'ET-1 et Ang II, demeurent mal compris. Durant les dernières années, le concept de la transactivation de récepteurs et/ou non-récepteurs protéines tyrosine kinases (PTK) dans le déclenchement des événements de signalisation induits par les peptides vasoactifs a gagné beaucoup de reconnaissance. Nous avons récemment démontré que la PTK Insulin-like Growth Factor type-1 Receptor (IGF-1R) joue un rôle dans la transduction des signaux induits par l‟H2O2, menant à la phosphorylation de la PKB. Étant donné que les peptides vasoactifs génèrent des espèces réactives d'oxygène, telles que l‟H2O2 lors de leur signalisation, nous avons examiné le rôle de d‟IGF-1R dans la phosphorylation de la PKB et les réponses hypertrophiques dans les cellules muscle lisse vasculaires (CMLV) induites par l'ET-1 et Ang II. AG-1024, un inhibiteur spécifique de l'IGF-1R, a atténué la phosphorylation de la PKB induite à la fois par l'ET-1 et Ang II. Le traitement des CMLVs avec l‟ET-1 et Ang II a également induit une phosphorylation des résidus tyrosine dans les sites d'autophosphorylation d'IGF-1R, celle-ci a été bloquée par l‟AG-1024. En outre, l‟ET-1 et l‟Ang II on tous les deux provoqué la phosphorylation de c-Src, une PTK non-récepteur, bloqué par PP-2, inhibiteur spécifique de la famille Src. La PP-2 a également inhibé la phosphorylation de PKB et d‟IGF-1R induite par l‟ET-1 et l‟Ang II. De plus, la synthèse de protéines ainsi que d‟ADN, marqueurs de la prolifération cellulaire et de l'hypertrophie, ont également été atténuée par l‟AG-1024 et le PP-2. Bien que ce travail démontre le rôle de c-Src dans la phosphorylation PKB induite par l'ET-1 et Ang II, son rôle dans l'activation des MAPK induit par l'ET-1 dans les CMLVs reste controversé. Par conséquent, nous avons examiné l'implication de c-Src dans l'activation de ERK 1/2, JNK et p38MAPK, par l'ET-1 et Ang II, ainsi que leur capacité à régulariser l'expression du facteur de transcription Early growth transcription factor-1 « Egr-1 ». ET-1 et Ang II ont induit la phosphorylation de ERK 1/2, JNK et p38 MAPK, et ont amplifié l'expression d'Egr-1 dans les CMLVs. Cette augmentation de la phosphorylation des MAPK a été diminuée par la PP-2, qui a aussi atténué l'expression d'Egr-1 induite par l'ET-1 et l'Ang II. Une preuve supplémentaire du rôle de c-Src dans ce processus a été obtenue en utilisant des fibroblastes embryonnaires de souris déficientes en c-Src (Src -/- MEF). L'expression d'Egr-1, ainsi que l'activation des trois MAPKs par l'ET-1 ont été atténuées dans les cellules Src -/- par rapport au MEF exprimant des taux normaux Src. En résumé, ces données suggèrent que l'IGF-1R et c-Src PTK jouent un rôle essentiel dans la régulation de la phosphorylation de PKB et des MAPK dans l‟expression d'Egr-1, ainsi que dans les réponses hypertrophiques et prolifératives induites par l'ET-1 et Ang II dans les CMLVs.

Hypertension et régulation de l'expression moléculaire de l'angiotensinogène par la ribonucléoprotéine hétérogène nucléaire K

Le diabète est une maladie chronique dont la principale caractéristique est un niveau plasmatique élevé de glucose, qui est causé soit par un défaut dans la production d’insuline, l’action de l’insuline, ou les deux à la fois. Plusieurs études ont démontré que l’hyperglycémie chronique peut mener à la dysfonction et même la défaillance de plusieurs organes, dont le coeur, le système vasculaire, les yeux et les reins, se traduisant par des infarctus du myocarde, des accidents cérébro-vasculaires et des complications rétinales et rénales, respectivement. La néphropathie diabétique (DN) est la principale cause de déficience rénale et affecte près de 25-40% des patients diabétiques. La DN est invariablement associée à un risque élevé d’accident cérébrovasculaire et de dysfonction cardivasculaire. L’angiotensinogène (Agt) est l’unique précurseur de tous les types d’angiotensines. En plus du système rénine-angiotensine (RAS) sytémique, le rein possède son propre système intrarénal et exprime tous les composants du RAS. L’Agt est fortement exprimé dans les cellules du tubule proximal rénal (RPTC) et y est converti en angiotensine II (AngII), le peptide biologiquement actif du RAS. Les patients diabétiques présentent de hauts niveaux d’AngII et une augmentation de l’expression des gènes du RAS, suggérant que l’activation du RAS intrarénal joue un rôle important dans la progression de la DN. Les mécanismes qui contrôlent la régulation du niveau rénal d’Agt par l’hyperglycémie et l’insuline demeurent mal compris. Le but global de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent l’expression du gène Agt chez la souris Akita (un modèle murin de diabète de type 1). Dans cette optique, la première partie de la thèse se concentre sur deux facteurs de transcription de la famille des ribonucléoprotéines nucléaires hétérogènes (hnRNP). Chan et collaborateurs ont déjà identifié 2 protéines nucléaires hnRNP F et hnRNP K, de 48kD et 70kD respectivement. HnRNP F et hnRNP K forment un hétérodimère et se lient à l’élément de réponse à l’insuline (IRE) présent dans le promoteur du gène Agt du rat et inhibent la transcription du gène Agt in vitro. Afin de déterminer si hnRNP F / K sont responsables de l’inhibition de l’expression rénale de Agt par l’insuline in vivo, nous avons étudié des souris Akita males traités ou non avec des implants d’insuline pour une période de 4 semaines. Des souris non-Akita males ont été employées comme contrôles. Les souris Akita développent de l’hypertension et de l’hypertrophie rénale. Le traitement à l’insuline rétablit les niveaux de glucose plasmatiques et la pression systolique (SBP), et atténue l’hypertrophie rénale, l’albuminurie (ratio albumine/créatinine urinaire, ACR) et les niveaux urinaires d’Agt et AngII chez les souris Akita. De plus, le traitement à l’insuline inhibe l’expression rénale du gène Agt, tout en augmentant l’expression des gènes hnRNP F, hnRNP K et ACE2 (enzyme de conversion de l’angiotensine-2). Dans des RPTC in vitro, l’insuline inhibe Agt, mais stimule l’expression de hnRNP F et hnRNP K en présence de hautes concentrations de glucose, et ce via la voie de signalisation MAPK p44/42 (protéine kinase activée par un mitogène). La transfection avec des petits ARN interférents (siRNA) contre hnRNP F et hnRNP K prévient l’inhibition de l’expression d’Agt par l’insuline dans les RPTC. Cette étude démontre bien que l’insuline prévient l’hypertension et atténue les dommages rénaux observés chez les souris Akita diabétiques, en partie grâce à la suppression de la transcription rénale de Agt, via une augmentation de l’expression de hnRNP F et hnRNP K. La seconde partie de cette thèse change de focus et se tourne vers le facteur Nrf2 (nuclear factor erythroid 2-related factor 2). Nrf2 est un facteur de transcription qui contrôle les gènes de la réponse antioxydante cellulaire en réponse au stress oxydant ou aux électrophiles. Le but de cette étude est d’examiner l’impact de la surexpression de la catalase (Cat) dans les RPTC sur l’expression du gène Agt via Nrf2 et sur le développement de l’hypertension et des dommages rénaux résultants chez les souris diabétiques Akita transgéniques (Tg). Nos études ont démontré que la surexpression de Cat dans les souris Akita Cat-Tg normalise la SBP, atténue les dommages rénaux et inhibe l’expression des gènes Nrf2 et Agt dans les RPTC. In vitro, le glucose élevé (HG) et l’oltipraz (un activateur de Nrf2) stimulent l’expression de Nrf2 et Agt, et cet effet peut être bloqué par la trigonelline (inhibiteur de Nrf2), des siRNA contre Nrf2, des antioxydants ou des inhibiteurs pharmacologiques NF-κB et MAPK p38. La suppression de sites de réponse à Nrf2 présents dans le promoteur du gène Agt du rat abolit la stimulation par l’oltipraz. Finalement, des souris males adultes non-transgéniques traitées avec l’oltipraz montrent une augmentation de l’expression de Nrf2 et Agt dans leurs RPTC et cette augmentation peut être normalisée par la trigonelline. Ces données permettent d’identifier un nouveau mécanisme d’action de Nrf2, par la stimulation du gène Agt intrarénal et l’activation du RAS, qui induisent l’hypertension et les dommages rénaux par le glucose élevé et les espèces réactives de l’oxygène chez les souris diabétiques. Nos conclusions permettent de démontrer que l’insuline induit l’expression de hnRNP F et hnRNP K, qui jouent ensuite un rôle protecteur en prévenant l’hypertension. La surexpression de la catalase dans les RPTC vient quant à elle atténuer l’activation de Nrf2 et ainsi réduit la SBP chez les souris Akita.

L-ornithine phenylacetate attenuates increased arterial and extracellular brain ammonia and prevents intracranial hypertension in pigs with acute liver failure.

Hyperammonemia is a feature of acute liver failure (ALF), which is associated with increased intracranial pressure (ICP) and brain herniation. We hypothesized that a combination of L-ornithine and phenylacetate (OP) would synergistically reduce toxic levels of ammonia by (1) L-ornithine increasing glutamine production (ammonia removal) through muscle glutamine synthetase and (2) phenylacetate conjugating with the ornithine-derived glutamine to form phenylacetylglutamine, which is excreted into the urine. The aims of this study were to determine the effect of OP on arterial and extracellular brain ammonia concentrations as well as ICP in pigs with ALF (induced by liver devascularization). ALF pigs were treated with OP (L-ornithine 0.07 g/kg/hour intravenously; phenylbutyrate, prodrug for phenylacetate; 0.05 g/kg/hour intraduodenally) for 8 hours following ALF induction. ICP was monitored throughout, and arterial and extracellular brain ammonia were measured along with phenylacetylglutamine in the urine. Compared with ALF + saline pigs, treatment with OP significantly attenuated concentrations of arterial ammonia (589.6 +/- 56.7 versus 365.2 +/- 60.4 mumol/L [mean +/- SEM], P= 0.002) and extracellular brain ammonia (P= 0.01). The ALF-induced increase in ICP was prevented in ALF + OP-treated pigs (18.3 +/- 1.3 mmHg in ALF + saline versus 10.3 +/- 1.1 mmHg in ALF + OP-treated pigs;P= 0.001). The value of ICP significantly correlated with the concentration of extracellular brain ammonia (r(2) = 0.36,P< 0.001). Urine phenylacetylglutamine levels increased to 4.9 +/- 0.6 micromol/L in ALF + OP-treated pigs versus 0.5 +/- 0.04 micromol/L in ALF + saline-treated pigs (P< 0.001).Conclusion:L-Ornithine and phenylacetate act synergistically to successfully attenuate increases in arterial ammonia, which is accompanied by a significant decrease in extracellular brain ammonia and prevention of intracranial hypertension in pigs with ALF.

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.

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

Fish oil intakes providing dietary attainable levels of EPA and DHA reduces blood pressure in adults with systolic hypertension in a retrospective analysis

Background: Although a large number of randomized controlled trials (RCTs) have examined the impact of the n-3 (ω-3) fatty acids EPA (20:5n-3) and DHA (22:6n-3) on blood pressure and vascular function, the majority have used doses of EPA+DHA of > 3 g per d,which are unlikely to be achieved by diet manipulation. Objective: The objective was to examine, using a retrospective analysis from a multi-center RCT, the impact of recommended, dietary achievable EPA+DHA intakes on systolic and diastolic blood pressure and microvascular function in UK adults. Design: Healthy men and women (n = 312) completed a double-blind, placebo-controlled RCT consuming control oil, or fish oil providing 0.7 g or 1.8 g EPA+DHA per d in random order each for 8 wk. Fasting blood pressure and microvascular function (using Laser Doppler Iontophoresis) were assessed and plasma collected for the quantification of markers of vascular function. Participants were retrospectively genotyped for the eNOS rs1799983 variant. Results: No impact of n-3 fatty acid treatment or any treatment * eNOS genotype interactions were evident in the group as a whole for any of the clinical or biochemical outcomes. Assessment of response according to hypertension status at baseline indicated a significant (P=0.046) fish oil-induced reduction (mean 5 mmHg) in systolic blood pressure specifically in those with isolated systolic hypertension (n=31). No dose response was observed. Conclusions: These findings indicate that, in those with isolated systolic hypertension, daily doses of EPA+DHA as low as 0.7 g bring about clinically meaningful blood pressure reductions which, at a population level, would be associated with lower cardiovascular disease risk. Confirmation of findings in an RCT where participants are prospectively recruited on the basis of blood pressure status is required to draw definite conclusions. The Journal of Nutrition NUTRITION/2015/220475 Version 4

MEF2C-MYOCD and leiomodin1 suppression by miRNA-214 promotes smooth muscle cell phenotype switching in pulmonary arterial hypertension

Background Vascular hyperproliferative disorders are characterized by excessive smooth muscle cell (SMC) proliferation leading to vessel remodeling and occlusion. In pulmonary arterial hypertension (PAH), SMC phenotype switching from a terminally differentiated contractile to synthetic state is gaining traction as our understanding of the disease progression improves. While maintenance of SMC contractile phenotype is reportedly orchestrated by a MEF2C-myocardin (MYOCD) interplay, little is known regarding molecular control at this nexus. Moreover, the burgeoning interest in microRNAs (miRs) provides the basis for exploring their modulation of MEF2C-MYOCD signaling, and in turn, a pro-proliferative, synthetic SMC phenotype. We hypothesized that suppression of SMC contractile phenotype in pulmonary hypertension is mediated by miR-214 via repression of the MEF2C-MYOCD-leiomodin1 (LMOD1) signaling axis. Methods and Results In SMCs isolated from a PAH patient cohort and commercially obtained hPASMCs exposed to hypoxia, miR-214 expression was monitored by qRT-PCR. miR-214 was upregulated in PAH- vs. control subject hPASMCs as well as in commercially obtained hPASMCs exposed to hypoxia. These increases in miR-214 were paralleled by MEF2C, MYOCD and SMC contractile protein downregulation. Of these, LMOD1 and MEF2C were directly targeted by the miR. Mir-214 overexpression mimicked the PAH profile, downregulating MEF2C and LMOD1. AntagomiR-214 abrogated hypoxia-induced suppression of the contractile phenotype and its attendant proliferation. Anti-miR-214 also restored PAH-PASMCs to a contractile phenotype seen during vascular homeostasis. Conclusions Our findings illustrate a key role for miR-214 in modulation of MEF2C-MYOCD-LMOD1 signaling and suggest that an antagonist of miR-214 could mitigate SMC phenotype changes and proliferation in vascular hyperproliferative disorders including PAH.