Peptides vasoactifs endogènes dans la prolifération accrue des cellules musculaires lisses vasculaires de rats spontanément hypertendus: rôle des facteurs de croissance.

Contribuant à la pathophysiologie des maladies vasculaires comme dans le cas de l’hypertension, le remodelage vasculaire est associé à une altération de la croissance des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) (prolifération, taille, etc.). Or la prolifération des CMLV est augmentée par les peptides vasoactifs tels que l’angiotensine II (AngII) et l’endothéline-1 (ET-1). Ces peptides étant surexprimés lors de l’hypertension, cette étude fut entreprise pour déterminer leur contribution endogène ainsi que celles du facteur de croissance épidermique (EGF), du facteur de croissance insulinique (IGF-1) et du facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF) à la prolifération accrue des CMLV et aux mécanismes sous-jacents. Des CMLV A-10 et des CMLV de rats WKY et SHR âgés de 12 semaines ont été utilisées pour cette étude. La prolifération cellulaire fut déterminée par incorporation de [3H]thymidine. La phosphorylation de ERK 1/2 et du récepteur de EGF fut déterminée par immunobuvardage. Les CMLV de SHR, comparées à celles de WKY, ont montré une prolifération accrue qui fut atténuée par le losartan, un antagoniste du récepteur AT1 de l’AngII et par le BQ-123 et le BQ-788, antagonistes des récepteurs ETA et ETB de l’ET-1. La prolifération accrue des CMLV de SHR fut ramenée à celle des WKY par les inhibiteurs des récepteurs au PDGF (AG-1295), au IGF-1 (AG-1024) et au EGF (AG-1478). La phosphorylation du récepteur au EGF, accrue dans les CMLV de rats SHR comparée à celle des WKY, fut atténuée par le losartan, le BQ-123, le BQ-788 et l’AG-1478, mais ne fut pas atténuée par l’AG-1295 et l’AG-1024. De plus, la phosphorylation accrue de ERK 1/2 dans les CMLV de rats SHR fut atténuée par le losartan, le BQ-123, le BQ-788 et les inhibiteurs des récepteurs aux facteurs de croissance. Parallèlement, le rôle de la transactivation de EGF-R dans la prolifération accrue induite par AngII et ET-1 fut aussi examiné dans les CMLV A-10. L’augmentation, induite par AngII et ET-1, de la prolifération et de la phosphorylation de ERK 1/2 dans les CMLV A-10 fut ramenée au niveau contrôle par AG-1478. Ces données suggèrent que les peptides vasoactifs endogènes induisent la prolifération accrue des CMLV par la signalisation des MAP kinases résultant de la transactivation de EGF-R.

Modulation de la voie de signalisation de Gαq par l’hyperglycémie : mécanisme moléculaire

Les complications vasculaires telles que l’augmentation de la contractilité et la prolifération cellulaire sont les complications les plus communes observées dans le diabète et l’hyperglycémie chronique est un facteur important dans ces processus. La voie de signalisation de Gαq joue un rôle important dans la régulation du tonus vasculaire et l’altération de celle-ci peut contribuer aux complications vasculaires observées dans les cas de diabète et d’hyperglycémie. Il a été observé que les taux et l’activité des protéines kinase C (PKC) et du diacylglycérol (DAG) sont augmentés dans ces conditions. Cependant, aucune étude n’a démontré l’implication de Gαq/11 et des PLCβ, molécules de signalisation en amont de PKC/DAG. Plusieurs études révèlent que l’augmentation des taux et de l’activité des PKC et du DAG induite par l’hyperglycémie dans des cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) est attribuée à l’augmentation du stress oxydatif. De plus, les niveaux de certains peptides vasoactifs, tels que l’angiotensine II et l’endothéline-1, augmentés dans les conditions de diabète/d’hyperglycémie, peuvent contribuer à l’augmentation du stress oxydatif observée. Le travail présenté dans cette thèse avait pour but d’examiner les effets de l’hyperglycémie sur les niveaux d’expression protéique de Gαq/11 et de ses molécules associées, ainsi que d’étudier le mécanisme moléculaire par lequel l’hyperglycémie module la voie de signalisation de Gαq dans les CMLV. Dans la première étude, nous avons examiné si l’hyperglycémie pouvait moduler l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ1 et PLCβ2. Le prétraitement des CMLV A10 avec 26 mM de glucose durant 72 heures augmente l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 en comparaison avec les CMLV témoins. Le traitement avec des antagonistes aux récepteurs AT1 de l’Ang II, et ETA/ETB de l’ET-1, atténue la hausse de Gαq, de Gα11, de PLCβ1 et de PLCβ2 induite par l’hyperglycémie. De plus, la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 était plus élevée dans les CMLV exposée à 26 mM de glucose. Le traitement des CMLV A10 avec l’Ang II et l’ET-1 augmente également les niveaux d’expression des protéines Gα q/11 et PLCβ. Cette augmentation de l’expression est restaurée au niveau des CMLV témoins par les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ dans les CMLV induite par l’hyperglycémie est attribuée à l’activation des récepteurs AT1, ETA et ETB. Dans la seconde étude, nous avons examiné l’implication du stress oxydatif dans l’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. Nous avons également déterminé le mécanisme responsable de l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie. L’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ des CMLV A10 exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec l’antioxydant diphenyleneiodonium (DPI), et la catalase, un chélateur du peroxyde d’hydrogène, mais pas par le 111Mn-tetralis(benzoic acid porphyrin) (MnTBAP) ni par l’acide urique, des chélateurs du peroxynitrite. De plus, l’augmentation de la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 dans les CMLV exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec le DPI et la catalase. Ces résultats suggèrent que l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie contribue à l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq. De plus, l’augmentation de la production d’anion superoxyde (O2-), de l’activité de la NADPH oxydase et de l’expression des protéines p22(phox) et p47(phox) induite par l’hyperglycémie est revenue à un niveau basal après un traitement avec les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’hyperglycémie augmente les niveaux endogènes de l’Ang II et de l’ET-1, ce qui augmente le stress oxydatif par la formation d’O2- et de H2O2 et peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gq/11α et de leurs molécules de signalisation. Puisqu’il a été observé que l’hyperglycémie transactive les récepteurs aux facteurs de croissance tels que le récepteur au facteur de croissance épidermique (EGF-R) et le récepteur au facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF-R), nous avons entrepris d’examiner, dans la troisième étude, l’implication d’EGF-R et de PDGF-R dans l’augmentation des niveaux de Gαq/11, de PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. L’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 induite par l’hyperglycémie est revenue au niveau basal après un traitement avec les inhibiteurs d’EGF-R (AG1478) et de PDGF-R (AG1295) et par l’inhibiteur de c-Src, PP2. L’augmentation de la phosphorylation d’EGF-R et de PDGF-R induite par l’hyperglycémie a été abolie par AG1478, AG1295 et PP2. De plus, l’augmentation des niveaux de Gαq/11, et de PLCβ induite par l’hyperglycémie est atténuée par l’inhibiteur des MAPK, le PD98059, et par l’inhibiteur d’AKT, le wortmannin. L’augmentation de la phosphorylation d’ERK et d’AKT était également atténuée par AG1478 et AG1295. Ces résultats suggèrent que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par c-Src peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gα q/11/PLC et de leur signalisation par la voie des MAPK/PI3K. En conclusion, les études présentées dans cette thèse indiquent que l’hyperglycémie augmente les niveaux de Gαq/11 et de PLCβ. Nous avons émis des évidences qui démontrent que l’augmentation endogène de l’Ang II et de l’ET-1 par l’hyperglycémie peut contribuer à l’augmentation de la production d’O2- et de H2O2 résultant ainsi en une augmentation du stress oxydatif qui pourrait être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et de leur signalisation dans les conditions d’hyperglycémie. Finalement, nous avons démontré que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par l’hyperglycémie peut être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq dans les cas de diabète et d’hyperglycémie.

Rôle des GTPases ARF dans la migration des cellules endothéliales et la sécrétion du NO

ARF6 et ARF1 sont des petites GTPases de la famille des ARF(s) qui régulent plusieurs voies de signalisation comprenant, la formation et le mouvement des vésicules, la transformation des lipides membranaires et la réorganisation du cytosquelette d’actine. À ce jour, le rôle de la protéine ARF6 et de la protéine ARF1 dans la signalisation des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) et des récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK) dans les cellules endothéliales est encore très peu étudié. Le but de cette étude a été de caractériser le rôle de la protéine ARF6 dans la migration des cellules endothéliales induite par l’endothéline-1, ainsi que le rôle de la protéine ARF1 dans la sécrétion du monoxyde d’azote (NO) stimulées par le VEGF. Dans cette étude, nous montrons qu’ARF6 est essentielle à la migration des cellules endothéliales induite par l’endotheline-1. L’inhibition de l’expression d’ARF6 par interférence à l’ARN entraîne une activation marquée de la kinase FAK et son association constitutive avec Src. Par ailleurs, cette inhibition affecte l’association entre GIT1 et la kinase FAK. Ceci se traduit par une inhibition du désassemblage des contacts focaux et une augmentation de l’adhésion cellulaire menant à une diminution de la motilité. De plus, nos résultats montrent que la protéine ARF1 est essentielle à l’activation d’eNOS et à la sécrétion du NO suite à l’activation du VEGFR2 dans les cellules endothéliales BAEC. En effet, l’inhibition de l’expression d’ARF1 par interférence à l’ARN entraîne une inhibition du recrutement de la kinase Akt à la membrane plasmique et une inhibition de son activation induite par le VEGF. L’inhibition de l’activation de la kinase Akt par le VEGF conduit à une inhibition de l’activation de eNOS et de la sécrétion du NO. Dans l’ensemble, nos résultats montrent que les protéines ARF6 et ARF1 sont essentielles à la signalisation de l’ETB et du VEGFR2 pour les processus menant à la migration cellulaire et à la sécrétion du NO respectivement, deux évènements essentiels à l’angiogenèse.

Pharmacologie des variations de débit sanguin oculaires chez le rat au moyen de la débitmétrie au laser par effet Doppler

La débitmétrie au laser à effet Doppler (LDF) constitue une méthode prometteuse et non-invasive pour l'étude du débit sanguin local dans l'œil. Cette technique est basée sur un changement de fréquence subi par la lumière lors du mouvement des globules rouges dans les vaisseaux. Une nouvelle sonde LDF a été testée pour sa sensibilité à évaluer la circulation rétinienne/choroïdienne sous des conditions hypercapniques et en présence de diverses substances vasoactives ou suivant la photocoagulation des artères rétiniennes chez le rat. Après dilatation pupillaire, la sonde LDF a été placée en contact avec la cornée de rats anesthésiés et parallèle à l'axe optique. L'hypercapnie a été provoquée par inhalation de CO2 (8% dans de l'air médical), alors que les agents pharmacologiques ont été injectés de façon intravitréenne. La contribution relative à la circulation choroïdienne a été évaluée à la suite de la photocoagulation des artères rétiniennes. Le débit sanguin s'est trouvé significativement augmenté à la suite de l'hypercanie (19%), de l'adénosine (14%) ou du nitroprusside de sodium (16%) comparativement au niveau de base, alors que l'endothéline-1 a provoqué une baisse du débit sanguin (11%). La photocoagulation des artères rétiniennes a significativement diminué le débit sanguin (33%). Des mesures en conditions pathologiques ont ensuite été obtenues après l'injection intravitréenne d'un agoniste sélectif du récepteur B1 (RB1). Ce récepteur des kinines est surexprimé dans la rétine des rats rendus diabétiques avec la streptozotocine (STZ) en réponse à l'hyperglycémie et au stress oxydatif. Les résultats ont montré que le RB1 est surexprimé dans la rétine chez les rats diabétiques-STZ à 4 jours et 6 semaines. À ces moments, le débit sanguin rétinien/choroïdien a été significativement augmenté (15 et 18 %) après l'injection de l'agoniste, suggérant un effet vasodilatateur des RB1 dans l'œil diabétique. Bien que la circulation choroïdienne contribue probablement au signal LDF, les résultats démontrent que le LDF représente une technique efficace et non-invasive pour l'étude de la microcirculation rétinienne in-vivo en continu. Cette méthode peut donc être utilisée pour évaluer de façon répétée les réponses du débit sanguin pendant des modifications métaboliques ou pharmacologiques dans des modèles animaux de maladies oculaires.

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.

Acute inactivation of the contralesional hemisphere for longer durations improves recovery after cortical injury

Au cours des dernières années, des méthodes non-invasives de stimulations permettant de moduler l’excitabilité des neurones suivant des lésions du système nerveux central ont été développées. Ces méthodes sont maintenant couramment utilisées pour étudier l’effet de l’inhibition du cortex contralésionnel sur la récupération motrice à la suite d’un accident vasculocérébral (AVC). Bien que plusieurs de ces études rapportent des résultats prometteurs, les paramètres permettant une récupération optimale demeurent encore inconnus. Chez les patients victimes d'un AVC, il est difficile de débuter les traitements rapidement et d'initier l’inhibition dans les heures suivant la lésion. L'impact de ce délai est toujours inconnu. De plus, aucune étude n’a jusqu’à maintenant évalué l’effet de la durée de l’inhibition sur la récupération du membre parétique. Dans le laboratoire du Dr Numa Dancause, nous avons utilisé un modèle bien établi de lésion ischémique chez le rat pour explorer ces questions. Nos objectifs étaient d’évaluer 1) si une inactivation de l’hémisphère contralésionnel initiée dans les heures qui suivent la lésion peut favoriser la récupération et 2) l’effet de la durée de l’inactivation sur la récupération du membre parétique. Suite à une lésion dans le cortex moteur induite par injections d’un vasoconstricteur, nous avons inactivé l’hémisphère contralésionnel à l’aide d’une pompe osmotique assurant l’infusion continue d’un agoniste du GABA (Muscimol). Dans différents groupes expérimentaux, nous avons inactivé l’hémisphère contralésionnel pour une durée de 3, 7 et 14 jours suivant la lésion. Dans un autre groupe, le Muscimol a été infusé pour 14 jours mais à un débit moindre de façon à pouvoir étudier le lien entre la fonction du membre non-parétique et la récupération du membre parétique. Les données comportementales de ces groupes ont été comparées à celles d’animaux ayant récupéré de façon spontanée d'une lésion similaire. Nos résultats indiquent que l’augmentation de la durée de l’inactivation (de 3 à 14 jours) accélère la récupération du membre parétique. De plus, les deux groupes ayant reçu une inactivation d'une durée de 14 jours ont montré une plus grande récupération fonctionnelle que le groupe n’ayant pas reçu d’inactivation de l’hémisphère contralésionnel, le groupe contrôle. Nos résultats suggèrent donc que l’inactivation de l’hémisphère contralésionnel initiée dans les heures suivant la lésion favorise la récupération du membre parétique. La durée d’inhibition la plus efficace (14 jours) dans notre modèle animal est beaucoup plus longues que celles utilisées jusqu’à maintenant chez l’homme. Bien qu’il soit difficile d’extrapoler la durée idéale à utiliser chez les patients à partir de nos données, nos résultats suggèrent que des traitements de plus longue durée pourraient être bénéfiques. Finalement, un message clair ressort de nos études sur la récupération fonctionnelle après un AVC: dans le développement de traitements basés sur l’inhibition de l’hémisphère contralésionnel, la durée de l’inactivation est un facteur clef à considérer.

Soya isoflavone-enriched cereal bars affect markers of endothelial function in postmenopausal women

Soya isoflavones are thought to be cardioprotective due to their structural similarity to oestrogen. In order to investigate the effect of soya isoflavones on markers of endothelial function we conducted a randomised, double-blind, placebo-controlled, cross-over study with thirty healthy postmenopausal women. The women consumed cereal bars, with or without soya isoflavones (50 mg/d), for 8 weeks, separated by an 8-week washout period. Systemic arterial complince (SAC), isobaric arterial compliance (IAC), flow-mediated endothelium-dependent vasodilation (FMD) and nitroglycerine-mediated endothelium-independent vasodilation (NMD) were measured at the beginning of the study and after each intervention period. Blood pressure (BP) and plasma concentrations of nitrite and nitrate (NOx) and endothelin-1 (ET-1) were measured at the beginning and end of each intervention period. NMD was 13.4 (sem 2.0) % at baseline and 15.5 (sem 1.1) % after isoflavone treatment compared with 12.4 (sem 1.0) % after placebo treatment (P=0.03). NOx increased from 27.7 (sem 2.7) to 31.1 (sem 3.2) mu m after isoflavones treatment compared with 25.4 (sem 1.5) to 20.4 (sem 1.1) mu m after placebo treatment (P=0.003) and a significant increase in the NOx:ET-1 ratio (P=0.005) was observed after the isoflavone treatment compared with placebo. A significant difference in SAC after the isoflavone and placebo treatment was observed (P=0.04). No significant difference was found in FMD, IAC, BP and ET-1. In conclusion, 8 weeks' consumption of cereals bars enriched with 50 mg soya isoflavones/d increased plasma NOx concentrations and improved endothelium-independent vasodilation in healthy postmenopausal women.

Soy-isoflavone-enriched foods and inflammatory biomarkers of cardiovascular disease risk in postmenopausal women: interactions with genotype and equol production

Background: Dietary isoflavones are thought to be cardioprotective because of their structural similarity to estrogen. The reduction of concentrations of circulating inflammatory markers by estrogen may be one of the mechanisms by which premenopausal women are protected against cardiovascular disease. Objective: Our aim was to investigate the effects of isolated soy isoflavones on inflammatory biomarkers [von Willebrand factor, intracellular adhesion molecule 1, vascular cell adhesion molecule 1 (VCAM-1), E-selectin, monocyte chemoattractant protein 1, C-reactive protein (CRP), and endothelin 1 concentrations]. Differences with respect to single-nucleotide polymorphisms in selected genes [estrogen receptor alpha (XbaI and PvuII), estrogen receptor beta [ER beta (AluI) and ER beta[cx] (Tsp5091), endothelial nitric oxide synthase (Glu298Asp), apolipoprotein E (Apo E2, E3, and E4), and cholesteryl ester transfer protein (TaqIB)] and equol production were investigated. Design: One hundred seventeen healthy European postmenopausal women participated in this randomized, double-blind, placebo-controlled, crossover dietary intervention trial. Isoflavone-enriched (genistein-to-daidzein ratio of 2:1;50 mg/d) or placebo cereal bars were consumed for 8 wk, with a washout period of 8 wk between the crossover. Plasma inflammatory factors were measured at 0 and 8 wk of each study arm. Results: Isoflavones improved CRP concentrations [odds ratio (95% Cl) for CRP values >1 mg/L for isoflavone compared with placebo: 0.43 (0.27, 0.69)]; no significant effects of isoflavone treatment on other plasma inflammatory markers were observed. No significant differences in the response to isoflavones were observed according to subgroups of equol production. Differences in the VCAM-1 response to isoflavones and to placebo were found with ER beta AluI genotypes. Conclusion: Isoflavones have beneficial effects on CRP concentrations, but not on other inflammatory biomarkers of cardiovascular disease risk in postmenopausal women, and may improve VCAM-1 in an ER beta gene polymorphic subgroup.

Isoflavones and endothelial function

Dietary isoflavones are thought to be cardioprotective due to their structural similarity to oestrogen. Oestrogen is believed to have beneficial effects on endothelial function and may be one of the mechanisms by which premenopausal women are protected against CVD. Decreased NO production and endothelial NO synthase activity, and increased endothelin-1 concentrations, impaired lipoprotein metabolism and increased circulating inflammatory factors result from oestrogen deficiency. Oestrogen acts by binding to oestrogen receptors alpha and beta. Isoflavones have been shown to bind with greater affinity to the latter. Oestrogen replacement therapy is no longer thought to be a safe treatment for prevention of CVD; isoflavones are a possible alternative. Limited evidence from human intervention studies suggests that isoflavones may improve endothelial function, but the available data are not conclusive. Animal studies provide stronger support for a role of isoflavones in the vasculature, with increased vasodilation and endothelial NO synthase activity demonstrated. Cellular mechanisms underlying the effects of isoflavones on endothelial cell function are not yet clear. Possible oestrogen receptor-mediated pathways include modulation of gene transcription, and also non-genomic oestrogen receptor-mediated signalling pathways. Putative non-oestrogenic pathways include inhibition of reactive oxygen species production and up regulation of the protein kinase A pathway (increasing NO bioavailability). Further research is needed to unravel effects of isoflavones on intracellular regulation of the endothelial function. Moreover, there is an urgent need for adequately powered, robustly designed human intervention studies in order to clarify the present equivocal findings.

Acute effects of elevated NEFA on vascular function: a comparison of SFA and MUFA

There is emerging evidence to show that high levels of NEFA contribute to endothelial dysfunction and impaired insulin sensitivity. However, the impact of NEFA composition remains unclear. A total of ten healthy men consumed test drinks containing 50 g of palm stearin (rich in SFA) or high-oleic sunflower oil (rich in MUFA) on separate occasions; a third day included no fat as a control. The fats were emulsified into chocolate drinks and given as a bolus (approximately 10 g fat) at baseline followed by smaller amounts (approximately 3 g fat) every 30 min throughout the 6 h study day. An intravenous heparin infusion was initiated 2 h after the bolus, which resulted in a three- to fourfold increase in circulating NEFA level from baseline. Mean arterial stiffness as measured by digital volume pulse was higher during the consumption of SFA (P,0·001) but not MUFA (P¼0·089) compared with the control. Overall insulin and gastric inhibitory peptide response was greater during the consumption of both fats compared with the control (P,0·001); there was a second insulin peak in response to MUFA unlike SFA. Consumption of SFA resulted in higher levels of soluble intercellular adhesion molecule-1 (sI-CAM) at 330 min than that of MUFA or control (P#0·048). There was no effect of the test drinks on glucose, total nitrite, plasminogen activator inhibitor-1 or endothelin-1 concentrations. The present study indicates a potential negative impact of elevated NEFA derived from the consumption of SFA on arterial stiffness and sI-CAM levels. More studies are needed to fully investigate the impact of NEFA composition on risk factors for CVD.

Nuclear Dbf2-related protein kinases (NDRs) in isolated cardiac myocytes and the myocardium: activation by cellular stresses and by phosphoprotein serine-/threonine-phosphatase inhibitors

The nuclear Dbf2-related protein kinases 1 and 2 (NDR1/2) are closely-related AGC family kinases that are strongly conserved through evolution. In mammals, they are activated inter alia by phosphorylation of an hydrophobic domain threonine-residue [NDR1(Thr-444)/NDR2(Thr-442)] by an extrinsic protein kinase followed by autophosphorylation of a catalytic domain serine-residue [NDR1(Ser-281)/NDR2(Ser-282)]. We examined NDR1/2 expression and regulation in primary cultures of neonatal rat cardiac myocytes and in perfused adult rat hearts. In myocytes, transcripts for NDR2, but not NDR1, were induced by the hypertrophic agonist, endothelin-1. NDR1(Thr-444) and NDR2(Thr-442) were rapidly phosphorylated (maximal in 15-30 min) in myocytes exposed to some phosphoprotein Ser-/Thr-phosphatase 1/2 inhibitors (calyculin A, okadaic acid) and, to a lesser extent, by hyperosmotic shock, low concentrations of H(2)O(2), or chelerythrine. In myocytes adenovirally-transduced to express FLAG-NDR2 (which exhibited a mainly-cytoplasmic localisation), the same agents increased FLAG-NDR2 activity as assessed by in vitro protein kinase assays, indicative of FLAG-NDR2(Ser-282/Thr-442) phosphorylation. Calyculin A-induced phosphorylation of NDR1(Thr-444)/NDR2(Thr-442) and activation of FLAG-NDR2 were inhibited by staurosporine, but not by other protein kinase inhibitors tested. In ex vivo rat hearts, NDR1(Thr-444)/NDR2(Thr-442) were phosphorylated in response to ischaemia-reperfusion or calyculin A. From a pathological viewpoint, we conclude that activities of NDR1 and NDR2 are responsive to cytotoxic stresses in heart preparations and this may represent a previously-unidentified response to myocardial ischaemia in vivo.

Glycogen synthase kinases 3α and 3β in cardiac myocytes: regulation and consequences of their inhibition

Inhibition of glycogen synthase kinase 3β (GSK3β) as a consequence of its phosphorylation by protein kinase B/Akt (PKB/Akt) has been implicated in cardiac myocyte hypertrophy in response to endothelin-1 or phenylephrine. We examined the regulation of GSK3α (which we show to constitute a significant proportion of the myocyte GSK3 pool) and GSK3β in cardiac myocytes. Although endothelin increases phosphorylation of GSK3 and decreases its activity, the response is less than that induced by insulin (which does not promote cardiac myocyte hypertrophy). GSK3 phosphorylation induced by endothelin requires signalling through the extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) cascade and not the PKB/Akt pathway, whereas the reverse is true for insulin. Cardiac myocyte hypertrophy involves changes in morphology, and in gene and protein expression. The potent GSK3 inhibitor 1-azakenpaullone increases myocyte area as a consequence of increased cell length whereas phenylephrine increases both length and width. Azakenpaullone or insulin promotes AP1 transcription factor binding to an AP1 consensus oligonucleotide, but this was significantly less than that induced by endothelin and derived principally from increased binding of JunB protein, the expression of which was increased. Azakenpaullone promotes significant changes in gene expression (assessed by Affymetrix microarrays), but the overall response is less than with endothelin and there is little overlap between the genes identified. Thus, although GSK3 may contribute to cardiac myocyte hypertrophy in some respects (and presumably plays an important role in myocyte metabolism), it does not appear to contribute as significantly to the response induced by endothelin as has been maintained.

Regulation of mitogen-activated protein kinase cascade in adult rat heart preparations in vitro.

The regulation of mitogen-activated protein kinase (MAPK) and MAPK kinase (MEK) was studied in freshly isolated adult rat heart preparations. In contrast to the situation in ventricular myocytes cultured from neonatal rat hearts, stimulation of MAPK activity by 1 mumol/L phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) was not consistently detectable in crude extracts. After fast protein liquid chromatography, MAPK isoforms p42MAPK and p44MAPK and two peaks of MEK were shown to be activated > 10-fold in perfused hearts or ventricular myocytes exposed to 1 mumol/L PMA for 5 minutes. The identities of MAPK or MEK were confirmed by immunoblotting and, for MAPK, by the "in-gel" myelin basic protein phosphorylation assay. In retrogradely perfused hearts, high coronary perfusion pressure (120 mm Hg for 5 minutes), norepinephrine (50 mumol/L for 5 minutes), or isoproterenol (50 mumol/L for 5 minutes) stimulated MAPK and MEK approximately 2- to 5-fold. In isolated myocytes, endothelin 1 (100 nmol/L for 5 minutes) also stimulated MAPK, but stimulation by norepinephrine or isoproterenol was difficult to detect. Immunoblotting showed that the relative abundances of MAPK and MEK protein in ventricles declined to < 20% of their postpartal abundances after 50 days. This may explain the difficulties encountered in assaying the activity of MAPK in crude extracts from adult hearts. We conclude that potentially hypertrophic agonists and interventions stimulate the MAPK cascade in adult rats and suggest that the MAPK cascade may be an important intracellular signaling pathway in this response.

Activation of the mitogen-activated protein kinase cascade by pertussis toxin-sensitive and -insensitive pathways in cultured ventricular cardiomyocytes.

The involvement of pertussis toxin (PTX)-sensitive and -insensitive pathways in the activation of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascade was examined in ventricular cardiomyocytes cultured from neonatal rats. A number of agonists that activate heterotrimeric G-protein-coupled receptors stimulated MAPK activity after exposure for 5 min. These included foetal calf serum (FCS), endothelin-1 (these two being the most effective of the agonists examined), phenylephrine, endothelin-3, lysophosphatidic acid, carbachol, isoprenaline and angiotensin II. Activation of MAPK and MAPK kinase (MEK) by carbachol returned to control levels within 30-60 min, whereas activation by FCS was more sustained. FPLC on Mono Q showed that carbachol and FCS activated two peaks of MEK and two peaks of MAPK (p42MAPK and p44MAPK). Pretreatment of cells with PTX for 24 h inhibited the activation of MAPK by carbachol, FCS and lysophosphatidic acid, but not that by endothelin-1, phenylephrine or isoprenaline. Involvement of G-proteins in the activation of the cardiac MAPK cascade was demonstrated by the sustained (PTX-insensitive) activation of MAPK (and MEK) after exposure of cells to AlF4-. AlF4- activated PtdIns hydrolysis, as did endothelin-1, endothelin-3, phenylephrine and FCS. In contrast, the effect of lysophosphatidic acid on PtdIns hydrolysis was small and carbachol was without significant effect even after prolonged exposure. We conclude that PTX-sensitive (i.e. Gi/G(o)-linked) and PTX-insensitive (i.e. Gq/Gs-linked) pathways of MAPK activation exist in neonatal ventricular myocytes. FCS may stimulate the MAPK cascade through both pathways.

Stimulation of phosphatidylinositol hydrolysis, protein kinase C translocation, and mitogen-activated protein kinase activity by bradykinin in rat ventricular myocytes: dissociation from the hypertrophic response.

In ventricular myocytes cultured from neonatal rat hearts, bradykinin (BK), kallidin or BK(1-8) [(Des-Arg9)BK] stimulated PtdinsP2 hydrolysis by 3-4-fold. EC50 values were 6 nM (BK), 2 nM (kallidin), and 14 microM [BK(1-8)]. BK or kallidin stimulated the rapid (less than 30 s) translocation of more than 80% of the novel protein kinase C (PKC) isoforms nPKC-delta and nPKC-epsilon from the soluble to the particulate fraction. EC50 values for nPKC-delta translocation by BK or kallidin were 10 and 2 nM respectively. EC50 values for nPKC-epsilon translocation by BK or kallidin were 2 and 0.6 nM respectively. EC50 values for the translocation of nPKC-delta and nPKC-epsilon by BK(1-8) were more than 5 microM. The classical PKC, cPKC-alpha, and the atypical PKC, nPKC-zeta, did not translocate. BK caused activation and phosphorylation of p42-mitogen-activated protein kinase (MAPK) (maximal at 3-5 min, 30-35% of p42-MAPK phosphorylated). p44-MAPK was similarly activated. EC50 values for p42/p44-MAPK activation by BK were less than 1 nM whereas values for BK(1-8) were more than 10 microM. The order of potency [BK approximately equal to kallidin > BK (1-8)] for the stimulation of PtdInsP2 hydrolysis, nPKC-delta and nPKC-epsilon translocation, and p42/p44-MAPK activities suggests involvement of the B2 BK receptor subtype. In addition, stimulation of all three processes by BK was inhibited by the B2BK receptor-selective antagonist HOE140 but not by the B1-selective antagonist Leu8BK(1-8). Exposure of cells to phorbol 12-myristate 13-acetate for 24 h inhibited subsequent activation of p42/p44-MAPK by BK suggesting participation of nPKC (and possibly cPKC) isoforms in the activation process. Thus, like hypertrophic agents such as endothelin-1 (ET-1) and phenylephrine (PE), BK activates PtdInsP2 hydrolysis, translocates nPKC-delta, and nPKC-epsilon, and activates p42/p44-MAPK. However, in comparison with ET-1 and PE, BK was only weakly hypertrophic as assessed by cell morphology and patterns of gene expression. This difference could not be attributed to dissimilarities between the duration of activation of p42/p44-MAPK by BK or ET-1. Thus activation of these signalling pathways alone may be insufficient to induce a powerful hypertrophic response.