New nitric oxide donors based on ruthenium complexes

Nitric oxide (NO) donors produce NO-related activity when applied to biological systems. Among its diverse functions, NO has been implicated in vascular smooth muscle relaxation. Despite the great importance of NO in biological systems, its pharmacological and physiological studies have been limited due to its high reactivity and short half-life. In this review we will focus on our recent investigations of nitrosyl ruthenium complexes as NO-delivery agents and their effects on vascular smooth muscle cell relaxation. The high affinity of ruthenium for NO is a marked feature of its chemistry. The main signaling pathway responsible for the vascular relaxation induced by NO involves the activation of soluble guanylyl-cyclase, with subsequent accumulation of cGMP and activation of cGMP-dependent protein kinase. This in turn can activate several proteins such as K+ channels as well as induce vasodilatation by a decrease in cytosolic Ca2+. Oxidative stress and associated oxidative damage are mediators of vascular damage in several cardiovascular diseases, including hypertension. The increased production of the superoxide anion (O2-) by the vascular wall has been observed in different animal models of hypertension. Vascular relaxation to the endogenous NO-related response or to NO released from NO deliverers is impaired in vessels from renal hypertensive (2K-1C) rats. A growing amount of evidence supports the possibility that increased NO inactivation by excess O2- may account for the decreased NO bioavailability and vascular dysfunction in hypertension.

Stress oxydatif cérébrovasculaire et rupture de la barrière hémato-encéphalique dans le syndrome de Wernicke-Korsakoff expérimental

Le syndrome de Wernicke-Korsakoff (SWK) est un désordre neuropsychiatrique causé par la déficience en thiamine (DT). Dans la DT expérimentale comme dans le SWK, on observe une mort neuronale et des hémorragies dans certaines régions précises du diencéphale et du tronc cérébral. Les lésions diencéphaliques du SWK sont particulièrement sévères et entraînent souvent des séquelles amnésiques permanentes. Le lien entre la dysfonction métabolique induite par la DT et la mort neuronale n’est pas connu. Des rapports précédents ont démontré que la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique (BHE) était altérée et ce, précédant l’apparition du dommage neuronal, suggérant un rôle critique de la dysfonction vasculaire. Les jonctions serrées (JS) interendothéliales, la base anatomique de la BHE, constituent un réseau moléculaire incluant l’occludin et les zonula occludens (ZOs). Cette thèse démontre une perte d’expression et une altération de la morphologie de ces protéines en relation avec la dysfonction de la BHE dans le thalamus de souris déficientes en thiamine, fournissant une explication pour la présence d’hémorragies. Le stress oxydatif peut entraîner des dommages directs aux protéines des JS et interférer avec leurs mécanismes de régulation. De plus, l’oxyde nitrique (NO) peut induire la métalloprotéinase matricielle-9 (MMP-9) impliquée dans la dégradation de ces protéines. L’endothélium vasculaire cérébral (EVC) semble être une source importante de NO dans la DT, l’expression de l’oxyde nitrique synthase endothéliale (eNOS) étant sélectivement induite dans les régions vulnérables. Le NO peut réagir avec les espèces réactives oxygénées et former du peroxynitrite, entraînant un stress oxydatif/nitrosatif endothélial. Les résultats présentés démontrent que la délétion du gène de eNOS prévient le stress oxydatif/nitrosatif cérébrovasculaire, l’extravasation des immunoglobulins G (IgGs) et l’altération de l’occludin et des ZOs dans le thalamus de souris déficientes en thiamine. De plus, cette délétion prévient l’induction de l’expression de MMP-9 dans l’EVC. Des résultats similaires ont été obtenus avec l’antioxydant N-acétylcystéine (NAC). Les mécanismes précis par lesquels les espèces réactives altèrent les protéines des JS sont inconnus. Caveolin-1, une composante majeure du caveolæ de l’EVC, est impliquée dans la régulation de l’expression des protéines des JS, et celle-ci est modulée par le stress oxydatif/nitrosatif; l’altération de l’expression de caveolin-1 a été récemment associée à la rupture de la BHE. Les résultats présentés démontrent que l’expression de caveolin-1 est sélectivement altérée dans l’EVC du thalamus de souris déficientes en thiamine, coïcidant avec la rupture de la BHE, et démontrent que la normalisation de l’expression de caveolin-1 par le NAC est associée avec l’atténuation du dommage à la BHE. Pris ensemble, ces résultats démontrent un rôle central du stress oxydatif/nitrosatif cérébrovasculaire, particulièrement celui provenant de eNOS, dans l’altération des JS de la BHE via des dommages directs et via l’induction de MMP-9 et de caveolin-1. Cette rupture de la BHE contribue par conséquent à la mort neuronale dans le thalamus, puisque la prévention des altérations cérébrovasculaires par la délétion du gène de eNOS et le NAC atténue significativement la mort neuronale. L’administration précoce d’antioxydants en combinaison avec la thiamine devrait donc être une considération importante pour le traitement du SWK.

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

Evaluation of mitochondrial function in a model of developmental programming of hypertension associated with transient neonatal oxygen exposure

UNE EXPOSITION NÉONATALE À L’OXYGÈNE MÈNE À DES MODIFICATIONS DE LA FONCTION MITOCHONDRIALE CHEZ LE RAT ADULTE Introduction: L’exposition à l’oxygène (O2) des ratons nouveau-nés a des conséquences à l’âge adulte dont une hypertension artérielle (HTA), une dysfonction vasculaire, une néphropénie et des indices de stress oxydant. En considérant que les reins sont encore en développement actif lors des premiers jours après la naissance chez les rats, jouent un rôle clé dans le développement de l’hypertension et qu’une dysfonction mitochondriale est associé à une augmentation du stress oxydant, nous postulons que les conditions délétères néonatales peuvent avoir un impact significatif au niveau rénal sur la modulation de l’expression de protéines clés du fonctionnement mitochondrial et une production mitochondriale excessive d’espèces réactives de l’ O2. Méthodes: Des ratons Sprague-Dawley sont exposés à 80% d’O2 (H) ou 21% O2 (Ctrl) du 3e au 10e jr de vie. En considérant que plusieurs organes des rats sont encore en développement actif à la naissance, ces rongeurs sont un modèle reconnu pour étudier les complications d’une hyperoxie néonatale, comme celles liées à une naissance prématurée chez l’homme. À 4 et à 16 semaines, les reins sont prélevés et les mitochondries sont extraites suivant une méthode d’extraction standard, avec un tampon contenant du sucrose 0.32 M et différentes centrifugations. L’expression des protéines mitochondriales a été mesurée par Western blot, tandis que la production d’ H202 et les activités des enzymes clés du cycle de Krebs ont été évaluées par spectrophotométrie. Les résultats sont exprimés par la moyenne ± SD. Résultats: Les rats mâles H de 16 semaines (n=6) présentent une activité de citrate synthase (considéré standard interne de l’expression protéique et de l’abondance mitochondriales) augmentée (12.4 ± 8.4 vs 4.1 ± 0.5 μmole/mL/min), une diminution de l’activité d’aconitase (enzyme sensible au redox mitochondrial) (0.11 ± 0.05 vs 0.20 ± 0.04 μmoles/min/mg mitochondrie), ainsi qu’une augmentation dans la production de H202 (7.0 ± 1.3 vs 5.4 ± 0.8 ρmoles/mg protéines mitochondriales) comparativement au groupe Ctrl (n=6 mâles et 4 femelles). Le groupe H (vs Ctrl) présente également une diminution dans l’expression de peroxiredoxin-3 (Prx3) (H 0.61±0.06 vs. Ctrl 0.78±0.02 unité relative, -23%; p<0.05), une protéine impliquée dans l’élimination d’ H202, de l’expression du cytochrome C oxidase (Complexe IV) (H 1.02±0.04 vs. Ctrl 1.20±0.02 unité relative, -15%; p<0.05), une protéine de la chaine de respiration mitochondriale, tandis que l’expression de la protéine de découplage (uncoupling protein)-2 (UCP2), impliquée dans la dispersion du gradient proton, est significativement augmentée (H 1.05±0.02 vs. Ctrl 0.90±0.03 unité relative, +17%; p<0.05). Les femelles H (n=6) (vs Ctrl, n=6) de 16 semaines démontrent une augmentation significative de l’activité de l’aconitase (0.33±0.03 vs 0.17±0.02 μmoles/min/mg mitochondrie), de l’expression de l’ATP synthase sous unité β (H 0.73±0.02 vs. Ctrl 0.59±0.02 unité relative, +25%; p<0.05) et de l’expression de MnSOD (H 0.89±0.02 vs. Ctrl 0.74±0.03 unité relative, +20%; p<0.05) (superoxide dismutase mitochondriale, important antioxidant), tandis que l’expression de Prx3 est significativement réduite (H 1.1±0.07 vs. Ctrl 0.85±0.01 unité relative, -24%; p<0.05). À 4 semaines, les mâles H (vs Ctrl) présentent une augmentation significative de l’expression de Prx3 (H 0.72±0.03 vs. Ctrl 0.56±0.04 unité relative, +31%; p<0.05) et les femelles présentent une augmentation significative de l’expression d’UCP2 (H 1.22±0.05 vs. Ctrl 1.03±0.04 unité relative, +18%; p<0.05) et de l’expression de MnSOD (H 1.36±0.01 vs. 1.19±0.06 unité relative, +14%; p<0.05). Conclusions: Une exposition néonatale à l’O2 chez le rat adulte mène à des indices de dysfonction mitochondriale dans les reins adultes, associée à une augmentation dans la production d’espèces réactives de l’oxygène, suggérant que ces modifications mitochondriales pourraient jouer un rôle dans l’hypertension artérielle et d’un stress oxydant, et par conséquent, être un facteur possible dans la progression vers des maladies cardiovasculaires. Mots-clés: Mitochondries, Reins, Hypertension, Oxygène, Stress Oxydant, Programmation

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

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

Prevalencia de anormalidades estructurales cardiacas en pacientes con enfermedad isquémica. Bogotá 2007 – 2009

Introducción: Las enfermedades cardiovasculares son la causa de muerte más frecuente en el mundo desarrollado, la mayoría de éstas se relacionan con alteraciones de las arterias coronarias, sin embargo un subgrupo de pacientes presentan como causa de isquemia cardiaca alteraciones estructurales. Material y métodos: Estudio Descriptivo. Se utilizó la base de datos recolectada en un servicio de hemodinamia de Bogotá durante dos años. Se aplicaron criterios de inclusión y exclusión y se determinaron cuatro grupos etáreos, a todos los pacientes se les practicó cateterismo cardiaco diagnóstico. Las variables analizadas fueron: diagnóstico de referencia, antecedentes y resultados del cateterismo incluyendo presencia de anomalías estructurales como las valvulopatias, el origen anómalo de las coronarias y los puentes miocárdicos. Para el análisis descriptivo se utilizó reporte de prevalencias y para el análisis de asociaciones se utilizaron tablas de contingencia y el estadístico de prueba Chi cuadrado, no se realizó análisis multivariado debido a que no se encontraron asociaciones estadísticamente significativas. Resultados: La edad promedio de los pacientes fue de 62 años (DS= 10,5), la representación del género masculino fue del 61,7%, la prevalencia de angina estable fue del 61,6%, los 3 antecedentes más prevalentes fueron: hipertensión arterial (41,4%), la hiperlipidemia (19,1%) y la Diabetes Mellitus (17,7%). La prevalencia de las alteraciones estructurales en la población de estudio de manera general fue del 12,9%, y su distribución por tipo fue: 1,4% para puentes miocárdicos, 0,7% para origen anómalo de las arterias coronarias y 10,8% de enfermedad valvular. Conclusiones: Se encontró una asociación entre los antecedentes médicos y la presencia de valvulopatias cardiacas. Se evidenció que el género no tiene relación con la presencia de alteraciones cardíacas a pesar de la mayor participación de hombres en la población de estudio. Las limitantes de este estudio se relacionaron con el tamaño de muestra, debido a la baja prevalencia de las anomalías estructurales medidas.

The gut microbiota and lipid metabolism: implications for human health and coronary heart disease

Coronary heart disease (CHD) is the leading cause of mortality in Western societies, affecting about one third of the population before their seventieth year. Over the past decades modifiable risk factors of CHD have been identified, including smoking and diet. These factors when altered can have a significant impact on an individuals' risk of developing CHD, their overall health and quality of life. There is strong evidence suggesting that dietary intake of plant foods rich in fibre and polyphenolic compounds, effectively lowers the risk of developing CHD. However, the efficacy of these foods often appears to be greater than the sum of their recognised biologically active parts. Here we discuss the hypothesis that beneficial metabolic and vascular effects of dietary fibre and plant polyphenols are due to an up regulation of the colon-systemic metabolic axis by these compounds. Fibres and many polyphenols are converted into biologically active compounds by the colonic microbiota. This microbiota imparts great metabolic versatility and dynamism, with many of their reductive or hydrolytic activities appearing complementary to oxidative or conjugative human metabolism. Understanding these microbial activities is central to determining the role of different dietary components in preventing or beneficially impacting on the impaired lipid metabolism and vascular dysfunction that typifies CHD and type 11 diabetes. This approach lays the foundation for rational selection of health promoting foods, rational target driven design of functional foods, and provides an essential thus-far, overlooked, dynamic to our understanding of how foods recognised as "healthy" impact on the human metabonome.

Beneficial Effects of Physical Training on the Cardio-Inflammatory Disorder Induced by Lung Ischemia/Reperfusion in Rats

Our laboratory demonstrated that training program attenuated the inflammatory responses in lung ischemia/reperfusion (IR). Considering the importance of the inflammatory responses on the cardiovascular system, we evaluate the effect of physical training on the vascular responsiveness and its underlying mechanism after lung IR. Male Wistar rats were submitted to run training and lung IR. Concentration-response curves for relaxing and contracting agents were obtained. Protein expressions of SOD-1 and p47(phox), plasma nitritre/nitrate (NO (x) (-) ) and interleukin 6 (IL-6) were evaluated. A decreased in the potency for acetylcholine and phenylephrine associated with an upregulation of the p47(phox) expression were found after Lung IR as well as an increase in IL-6 and NO (x) (-) levels. Run training attenuated the vascular dysfunction that was accompanied by reduction of the p47(phox) protein expression and IL-6 levels. Our findings show the beneficial effect of training on the vascular function that was associated with reduction in inflammatory response in lung IR.

Homocysteine induces oxidative stress, inflammatory infiltration, fibrosis and reduces glycogen/glycoprotein content in liver of rats

Hyperhomocysteinemia has been related to various diseases, including homocystinuria, neurodegenerative and hepatic diseases. In the present study we initially investigated the effect of chronic homocysteine administration on some parameters of oxidative stress, named total radical-trapping antioxidant potential, total antioxidant reactivity, catalase activity, chemiluminescence, thiobarbituric acid-reactive substances, and total thiol content in liver of rats. We also performed histological analysis, evaluating steatosis, inflammatory infiltration, fibrosis, and glycogen/glycoprotein content in liver tissue sections from hyperhomocysteinemic rats. Finally, we evaluated the activities of aminotransferases in liver and plasma of hyperhomocysteinemic rats. Wistar rats received daily subcutaneous injection of Hcy from their 6th to their 28th day of life. Twelve hours after the last injection the rats were sacrificed, liver and plasma were collected. Hyperhomocysteinemia decreased antioxidant defenses and total thiol content, and increased lipid peroxidation in liver of rats, characterizing a reliable oxidative stress. Histological analysis indicated the presence of inflammatory infiltrate, fibrosis and reduced content of glycogen/glycoprotein in liver tissue sections from hyperhomocysteinemic rats. Aminotransferases activities were not altered by homocysteine. Our data showed a consistent profile of liver injury elicited by homocysteine, which could contribute to explain, at least in part, the mechanisms involved in human liver diseases associated to hyperhomocysteinemia. (C) 2009 ISDN. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Impaired Vasodilator Activity in Deoxycorticosterone Acetate-Salt Hypertension Is Associated With Increased Protein O-GlcNAcylation

Hyperglycemia, which increases O-linked beta-N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) proteins, leads to changes in vascular reactivity. Because vascular dysfunction is a key feature of arterial hypertension, we hypothesized that vessels from deoxycorticosterone acetate and salt (DOCA-salt) rats exhibit increased O-GlcNAc proteins, which is associated with increased reactivity to constrictor stimuli. Aortas from DOCA rats exhibited increased contraction to phenylephrine (E(max) [mN] = 17.6 +/- 4 versus 10.7 +/- 2 control; n = 6) and decreased relaxation to acetylcholine (47.6 +/- 6% versus 73.2 +/- 10% control; n = 8) versus arteries from uninephrectomized rats. O- GlcNAc protein content was increased in aortas from DOCA rats (arbitrary units = 3.8 +/- 0.3 versus 2.3 +/- 0.3 control; n = 5). PugNAc (O- GlcNAcase inhibitor; 100 mu mol/L; 24 hours) increased vascular O- GlcNAc proteins, augmented phenylephrine vascular reactivity (18.2 +/- 2 versus 10.7 +/- 3 vehicle; n = 6), and decreased acetylcholine dilation in uninephrectomized (41.4 +/- 6 versus 73.2 +/- 3 vehicle; n = 6) but not in DOCA rats (phenylephrine, 16.5 +/- 3 versus 18.6 +/- 3 vehicle, n = 6; acetylcholine, 44.7 +/- 8 versus 47.6 +/- 7 vehicle, n = 6). PugNAc did not change total vascular endothelial nitric oxide synthase levels, but reduced endothelial nitric oxide synthase(Ser-1177) and Akt(Ser-473) phosphorylation (P < 0.05). Aortas from DOCA rats also exhibited decreased levels of endothelial nitric oxide synthase(Ser-1177) and Akt(Ser-473) (P < 0.05) but no changes in total endothelial nitric oxide synthase or Akt. Vascular O-GlcNAc-modified endothelial nitric oxide synthase was increased in DOCA rats. Blood glucose was similar in DOCA and uninephrectomized rats. Expression of O- GlcNAc transferase, glutamine: fructose-6-phosphate amidotransferase, and O- GlcNAcase, enzymes that directly modulate O-GlcNAcylation, was decreased in arteries from DOCA rats (P < 0.05). This is the first study showing that O-GlcNAcylation modulates vascular reactivity in normoglycemic conditions and that vascular O- GlcNAc proteins are increased in DOCA-salt hypertension. Modulation of increased vascular O-GlcNAcylation may represent a novel therapeutic approach in mineralocorticoid hypertension. (Hypertension. 2009; 53: 166-174.)

Chlorpropamide treatment restores the reduced carrageenan-induced paw edema and pleural exudate volume in diabetic rats

Objective and design: Knowing that hyperglycemia is a hallmark of vascular dysfunction in diabetes and that neonatal streptozotocin-induced diabetic rats (n-STZ) present reduced inflammatory response, we decided to evaluate the effect of chlorpropamide-lowered blood glucose levels on carrageenan-induced rat paw edema and pleural exudate in n-STZ. Materials: Diabetes was induced by STZ injection (160 mg/kg, ip) in neonates (2-day-old) Wistar rats. Treatment: n-STZ diabetic rats were treated with chlorpropamide (200 mg/kg, 15 d, by gavage) 8 weeks after STZ injection. Methods: Carrageenan-induced paw edema and pleural exudate volumes were assessed concomitantly with peripheral and exudate leukocyte count. We also evaluated the expression of inducible nitric oxide synthase (iNOS) in lungs of all experimental groups. Results: Chlorpropamide treatment improved glucose tolerance, beta-cell function (assessed by HOMA-beta), corrected paw edema, and pleural exudate volume in n-STZ. Neither leukocyte count nor iNOS expression were affected by diabetes or by chlorpropamide treatment. Conclusion: Chlorpropamide treatment by restoring beta-cell function, reducing blood sugar levels, and improving glucose tolerance might be contributing to the correction of the reduced inflammatory response tested as paw edema and pleural exudate in n-STZ diabetic rats.

Beneficial Effects of Physical Training on the Cardio-Inflammatory Disorder Induced by Lung Ischemia/Reperfusion in Rats

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

Alterações cardiovasculares e desenvolvimento de obesidade em animais submetidos à dieta hipercalórica e estresse crônico

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Efeito da silibinina sobre o fator de transcrição nuclear-kB e produção de citocinas inflamatórias por células mononucleares de gestantes portadoras de pré-eclâmpsia

Pre-eclampsia (PE) is a complication of human pregnancy characterized by hypertension and proteinuria after 20 weeks of gestation. Its incidence varies from 5% to 7% of pregnancies and is a major cause of morbidity and maternal and fetal mortality. This is a multisystemic disease, with focus on vascular dysfunction and is closely related to the exacerbated activation of the immune system. In addition to increased activation of monocytes and granulocytes, there is an elevated production of proinflammatory cytokines in pregnant women with PE. The nuclear transcription factor-kB (NF-kB) is present in the cells of the immune system and is responsible for transcription of genes related to inflammation. Whereas the PE is associated with intense inflammatory response, the use of substances modulating the activity of NF-kB factor could be useful in alleviating the inflammation present in these patients. Silibinin is the main component of silymarin, a polyphenolic extract obtained from fruits and seeds of Sylibum marianum with potent hepatoprotective, anti-inflammatory and anti-fibrotic activities. The silibinin mechanism of action includes the ability to inhibit NF-kB activation and, consequently, its migration to the nucleus. The objective of this study was to assess whether silibinin modulates the activity of NF-kB and the production of inflammatory cytokines in mononuclear cells of patients with PE. We evaluated 34 pregnant women with PE, 20 normotensive pregnant women (GN) and 15 non-pregnant women (NG). Peripheral blood mononuclear cells (PBMC) were obtained from those groups of women and cultured in the presence or absence of silibinin (5 uM or 50 uM) and stimulated or not with lipopolysaccharide (LPS) for 18 h to obtain supernatant for determination of tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) and interleukin-1 (IL-1β) by enzyme immunoassay (ELISA). The cells were...(Complete abstract click electronic access below)

Effects of Matrix Metalloproteinase (MMP)-2 Polymorphisms on Responsiveness to Antihypertensive Therapy of Women with Hypertensive Disorders of Pregnancy

Imbalanced matrix metalloproteinase (MMP) expression, including MMP-2, has been demonstrated in pre-eclampsia. However, little is known about the effect of polymorphisms in MMP-2 gene on hypertensive disorders of pregnancy. We examined whether two functional MMP-2 polymorphisms (g.-1306C>T and g.-735C>T) are associated with pre-eclampsia and/or gestational hypertension and whether these polymorphisms affect therapeutic responses in women with these conditions. We studied 216 healthy pregnant women (HP), 185 patients with gestational hypertension (GH) and 216 patients with pre-eclampsia (PE). They were stratified as responsive or non-responsive to antihypertensive therapy according to clinical and laboratorial parameters of therapeutic responsiveness. Genomic DNA was extracted from whole blood and genotypes for g-1306C>T and g.-735C>T polymorphisms were determined by real-time PCR using Taqman allele discrimination assays. Haplotype frequencies were inferred using the PHASE 2.1 program. The distributions of MMP-2 genotypes and haplotypes were similar in HP, GH and PE patients (p > 0.05). In addition, we found no significant differences in MMP-2 genotype or haplotype frequencies when GH or PE patients were classified as responsive or non-responsive to antihypertensive therapy (p > 0.05). Our results suggest that MMP-2 polymorphisms do not affect the susceptibility to hypertensive disorders of pregnancy. In parallel, MMP-2 polymorphisms apparently do not affect the responsiveness to antihypertensive therapy of women with these hypertensive disorders of pregnancy.