Modulation of GABA and glutamate release by brain-derived neurotrophic factor : role of adenosine A2A receptors

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Peripheral brain-derived neurotrophic factor levels in alzheimer's disease and mild cognitive impairment: A comprehensive systematic review and meta-analysis

Alzheimer's disease (AD) is becoming a growing global problem, and there is an urgent need to identify reliable blood biomarkers of the risk and progression of this condition. A potential candidate is the brain-derived neurotrophic factor (BDNF), which modulates major trophic effects in the brain. However, findings are apparently inconsistent regarding peripheral blood BDNF levels in AD patients vs. healthy people. We thus performed a systematic review and meta-analysis of the studies that have examined peripheral BDNF levels in patients with AD or mild cognitive impairment (MCI) and healthy controls. We searched articles through PubMed, EMBASE, and hand searching. Over a total pool of 2061 potential articles, 26 met all inclusion criteria (including a total of 1584 AD patients, 556 MCI patients, and 1294 controls). A meta-analysis of BDNF levels between early AD and controls showed statistically significantly higher levels (SMD [95 % CI]: 0.72 [0.31, 1.13]) with no heterogeneity. AD patients with a low (<20) mini-mental state examination (MMSE) score had lower peripheral BDNF levels compared with controls (SMD [95 % CI]: -0.33 [-0.60, -0.05]). However, we found no statistically significant difference in blood (serum/plasma) BDNF levels between all AD patients and controls (standard mean difference, SMD [95 % CI]: -0.16 [-0.4, 0.07]), and there was heterogeneity among studies (P < 0.0001, I 2 = 85.8 %). There were no differences in blood BDNF levels among AD or MCI patients vs. controls by subgroup analyses according to age, sex, and drug use. In conclusion, this meta-analysis shows that peripheral blood BDNF levels seem to be increased in early AD and decreased in AD patients with low MMSE scores respectively compared with their age- and sex-matched healthy referents. At present, however, this could not be concluded from individual studies.

Effect of the effluent released from the canine internal mammary artery after intraluminal and extraluminal perfusion of acetylcholine and adenosine diphosphate

Segments of the canine internal mammary artery (35 mm in length) were suspended in vitro in an organ chamber containing physiological salt solution (95% O(2)/5% CO(2), pH = 7.4, 37 degrees C). Segments were individually cannulated and perfused at 5 ml/minute using a roller pump. Vasorelaxant activity of the effluent from the perfused internal mammary arteries was bioassayed by measuring the decrease in tension induced by the effluent of the coronary artery endothelium-free ring which had been contracted with prostaglandin F(2 alpha) (2 x 10(-6) M). Intraluminal perfusion of adenosine diphosphate (10(-5) M) induced significant increase in relaxant activity in the effluent from the perfused blood vessel. However, when adenosine diphosphate (10(-5) M) was added extraluminally to the internal mammary artery, no change in relaxant activity in the effluent was noted. In contrast, acetylcholine produced significant increase in the relaxant activity on the effluent of the perfused internal mammary artery with both intraluminal and extraluminal perfusion. The intraluminal and extraluminal release of endothelium-derived relaxing factor (EDRF) by acetylcholine (10(-5) M) can be inhibited by site-specific administration of atropine (10(-5) M). These experiments indicate that certain agonists can induce the release of EDRF only by binding to intravascular receptors while other agonists can induce endothelium-dependent vasodilatation by acting on neural side receptors.

Uridine adenosine tetraphosphate-induced contraction is increased in renal but not pulmonary arteries from DOCA-salt hypertensive rats

Matsumoto T, Tostes RC, Webb RC. Uridine adenosine tetraphosphate-induced contraction is increased in renal but not pulmonary arteries from DOCA-salt hypertensive rats. Am J Physiol Heart Circ Physiol 301: H409-H417, 2011. First published May 6, 2011; doi:10.1152/ajpheart.00084.2011.-Uridine adenosine tetraphosphate (Up(4)A) was reported as a novel endothelium-derived contracting factor. Up(4)A contains both purine and pyrimidine moieties, which activate purinergic (P2)X and P2Y receptors. However, alterations in the vasoconstrictor responses to Up(4)A in hypertensive states remain unclear. The present study examined the effects of Up(4)A on contraction of isolated renal arteries (RA) and pulmonary arteries (PA) from DOCA-salt rats using isometric tension recording. RA from DOCA-salt rats exhibited increased contraction to Up(4)A versus arteries from control uninephrectomized rats in the absence and presence of N(G)-nitro-L-arginine (nitric oxide synthase inhibitor). On the other hand, the Up(4)A-induced contraction in PA was similar between the two groups. Up(4)A-induced contraction was inhibited by suramin (nonselective P2 antagonist) but not by diinosine pentaphosphate pentasodium salt hydrate (Ip5I; P2X(1) antagonist) in RA from both groups. Furthermore, 2-thiouridine 5`-triphosphate tetrasodium salt (2-Thio-UTP; P2Y(2) agonist)-, uridine-5`-(gamma-thio)-triphosphate trisodium salt (UTP gamma S; P2Y(2)/P2Y(4) agonist)-, and 5-iodouridine-5`-O-diphosphate trisodium salt (MRS 2693; P2Y(6) agonist)-induced contractions were all increased in RA from DOCA-salt rats. Protein expression of P2Y(2)-, P2Y(4)-, and P2Y(6) receptors in RA was similar between the two groups. In DOCA-salt RA, the enhanced Up(4)A-induced contraction was reduced by PD98059, an ERK pathway inhibitor, and Up(4)Astimulated ERK activation was increased. These data are the first to indicate that Up(4)A-induced contraction is enhanced in RA from DOCA-salt rats. Enhanced P2Y receptor signaling and activation of the ERK pathway together represent a likely mechanism mediating the enhanced Up(4)A-induced contraction. Up(4)A might be of relevance in the pathophysiology of vascular tone regulation and renal dysfunction in arterial hypertension.

Neuronal and endothelial nitric oxide synthase gene knockout mice

Targeted disruption of the neuronal nitric oxide synthase (nNOS) and endothelial nitric oxide synthase (eNOS) genes has led to knockout mice that lack these isoforms. These animal models have been useful to study the roles of nitric oxide (NO) in physiologic processes. nNOS knockout mice have enlarged stomachs and defects in the inhibitory junction potential involved in gastrointestinal motility. eNOS knockout mice are hypertensive and lack endothelium-derived relaxing factor activity. When these animals are subjected to models of focal ischemia, the nNOS mutant mice develop smaller infarcts, consistent with a role for nNOS in neurotoxicity following cerebral ischemia. In contrast, eNOS mutant mice develop larger infarcts, and show a more pronounced hemodynamic effect of vascular occlusion. The knockout mice also show that nNOS and eNOS isoforms differentially modulate the release of neurotransmitters in various regions of the brain. eNOS knockout mice respond to vessel injury with greater neointimal proliferation, confirming that reduced NO levels seen in endothelial dysfunction change the vessel response to injury. Furthermore, eNOS mutant mice still show a protective effect of female gender, indicating that the mechanism of this protection cannot be limited to upregulation of eNOS expression. The eNOS mutant mice also prove that eNOS modulates the cardiac contractile response to ß-adrenergic agonists and baseline diastolic relaxation. Atrial natriuretic peptide, upregulated in the hearts of eNOS mutant mice, normalizes cGMP levels and restores normal diastolic relaxation.

Impact du stress oxydant et de l’athérosclérose sur la fonction vasculaire cérébrale au cours du vieillissement

Dans les neurones et les cellules vasculaires cérébrales, les dérivés réactifs de l’oxygène jouent un double rôle puisqu’ils peuvent avoir à la fois des effets bénéfiques, à faibles concentrations, et des effets délétères, à des concentrations élevées. Chez la souris, la circulation cérébrale se distingue des autres lits vasculaires puisque le peroxyde d’hydrogène (H2O2) est le principal médiateur endothélial relaxant endogène. L’objectif de notre première étude a été de caractériser l’implication physiologique du H2O2 dérivé de la eNOS dans la fonction endothéliale cérébrale de la souris. Nous avons voulu identifier les mécanismes impliqués dans la dilatation induite par l’augmentation de débit intra-luminal (flow-mediated dilation, FMD). La FMD est la réponse à un stimulus physiologique endothélial la plus représentative de la situation in vivo. Nous avons démontré que le H2O2, et non le monoxyde d’azote (NO), dérivant de l’activation de la eNOS cérébrale, est le principal médiateur de la FMD. Cependant, nous connaissons très peu de données sur l’évolution de la voie du H2O2 au cours du vieillissement qu’il soit associé ou non aux facteurs de risque pour les maladies cardiovasculaires. Au cours du vieillissement, au niveau périphérique, les facteurs endothéliaux constricteurs ou dilatateurs évoluent en fonction de l’augmentation de stress oxydant. La présence de facteurs de risque pour les maladies cardiovasculaires, telle que l’hypercholestérolémie, pourrait accentuer l’augmentation du stress oxydant et ainsi accélérer la dysfonction endothéliale. Au niveau cérébral, très peu de données sont disponibles. Dans le cadre de notre deuxième étude, nous avons émis l’hypothèse qu’un débalancement des facteurs endothéliaux pourrait être à l’origine (1) de la dysfonction endothéliale cérébrale observée au cours du vieillissement et (2) de la dysfonction endothéliale précoce qui apparaît en présence d’athérosclérose. Nos résultats ont montré que l’augmentation de stress oxydant associée au vieillissement conduit à une libération endogène accrue de TXA2 qui diminue la voie du H2O2 au niveau cérébral et, par conséquent, réduit la dilatation dépendante de l’endothélium. De plus, la présence d’athérosclérose accélère l’apparition de la dysfonction endothéliale cérébrale. Le rôle clé joué par le stress oxydant a été confirmé par un traitement préventif avec l’antioxydant catéchine qui a permis de renverser tous les effets délétères de l’athérosclérose sur les fonctions endothéliales cérébrales. Finalement, la dysfonction endothéliale cérébrale précoce, associée avec l’athérosclérose, pourrait non seulement augmenter l’incidence de développer des accidents vasculaires cérébraux (AVC) mais aussi induire une diminution du débit sanguin cérébral et, ultimement, affecter les fonctions neuronales. Dans le cadre de notre troisième étude, nous avons émis l’hypothèse que l’augmentation de stress oxydant est associée avec une diminution du débit sanguin cérébral et un déclin subséquent des fonctions cognitives. Nous avons utilisé des souris athérosclérotiques âgées de 3 mois que nous avons soumises, ou pas, à un traitement chronique à la catéchine. Nos travaux montrent qu’un traitement préventif avec la catéchine peut prévenir les effets néfastes de l’athérosclérose sur la FMD, le débit sanguin et le déclin des fonctions cognitives qui est normalement associé au vieillissement. Nos résultats ont permis de distinguer l’effet du vieillissement des effets de l’athérosclérose sur les fonctions vasculaires cérébrales. Le traitement préventif avec la catéchine a eu des effets bénéfiques marqués sur la fonction endothéliale cérébrale, le débit sanguin cérébral et les fonctions cognitives, démontrant le rôle clé de l’environnement redox dans la régulation des fonctions cérébrales.

Arterial disease and thrombosis in the antiphospholipid syndrome (APS): A pathogenic role for endothelin-1 (ET-1)

Objective To explore a possible correlation between endothelin 1 (ET-1), the most potent endothelium-derived contracting factor that modulates vascular smooth muscle tone, and arterial disease in patients with the antiphospholipid syndrome (APS). Methods Plasma levels of ET-1 were measured in APS patients with (n = 16) and without (n = 11) arterial thrombosis and in non-APS patients with arterial thrombosis (n = 9). In addition, steady-state prepro-ET-1 messenger RNA (mRNA) levels were determined in endothelial cells treated with a range of human monoclonal anticardiolipin antibodies (aCL) (as anti-β2-glycoprotein I antibodies) by semiquantitative 32P-dCTP-labeled reverse transcription-polymerase chain reaction. Results Compared with healthy controls, markedly increased plasma levels of ET-1 were found in APS patients with arterial thrombosis (2.00 ± 0.87 versus 0.96 ± 0.37 pg/ml; P = 0.0001) but not in other groups. Three human monoclonal aCL induced prepro-ET-1 mRNA levels significantly more than did control monoclonal antibody lacking aCL activity. Conclusion Plasma ET-1 levels correlated significantly with a history of arterial thrombosis in patients with APS. Prepro-ET-1 mRNA was induced by human monoclonal aCL in the in vitro experimental system. The induction of ET-1 by antiphospholipid antibodies might contribute to increased arterial tone, leading to vasospasm and, ultimately, to arterial occlusion.

Regulation of KCa2.3 andendothelium-dependent hyperpolarization (EDH) in the rat middle cerebral artery: the role of lipoxygenase metabolites and isoprostanes

Background and Purpose. In rat middle cerebral arteries, endothelium-dependent hyperpolarization (EDH) is mediated by activation of calcium-activated potassium(KCa) channels specifically KCa2.3 and KCa3.1. Lipoxygenase (LOX) products function as endothelium-derived hyperpolarizing factors (EDHFs) in rabbit arteries by stimulating KCa2.3. We investigated if LOX products contribute to EDH in rat cerebral arteries. Methods. Arachidonic acid (AA) metabolites produced in middle cerebral arteries were measured using HPLC and LC/MS. Vascular tension and membrane potential responses to SLIGRL were simultaneously recorded using wire myography and intracellular microelectrodes. Results. SLIGRL, an agonist at PAR2 receptors, caused EDH that was inhibited by a combination of KCa2.3 and KCa3.1 blockade. Non-selective LOX-inhibition reduced EDH, whereas inhibition of 12-LOX had no effect. Soluble epoxide hydrolase (sEH) inhibition enhanced the KCa2.3 component of EDH. Following NO synthase (NOS) inhibition, the KCa2.3 component of EDH was absent. Using HPLC, middle cerebral arteries metabolized 14C-AA to 15- and 12-LOX products under control conditions. With NOS inhibition, there was little change in LOX metabolites, but increased F-type isoprostanes. 8-iso-PGF2α inhibited the KCa2.3 component of EDH. Conclusions. LOX metabolites mediate EDH in rat middle cerebral arteries. Inhibition of sEH increases the KCa2.3 component of EDH. Following NOS inhibition,loss of KCa2.3 function is independent of changes in LOX production or sEH inhibition but due to increased isoprostane production and subsequent stimulation of TP receptors. These findings have important implications in diseases associated with loss of NO signaling such as stroke; where inhibition of sEH and/or isoprostane formation may of benefit.

Reactivity of mesenteric and aortic rings from trained rats fed with high caloric diet

A strong association between the benefits of physical exercise on the cardiovascular disease with an improvement of the endothelium-derived relaxing factor production has been consistently shown. The purpose of this study was to evaluate the effect of exercise training associated with high caloric diet in the reactivity of rat mesenteric and aortic rings. Experimental protocol consisted of 4 weeks of high caloric diet consumption previous to 4 weeks of run training (1.2 km/h, 0% grade, in sessions of 60 min, 5 days/week). Concentrations of triglycerides, glucose, insulin and nitrite/nitrate levels were measured and atherogenic index was calculated. Concentration-response curves to acetylcholine (10 nM-100 mu M), sodium nitroprusside (100 pM-100 nM) and phenylephrine (1 nM-3 mu M) were obtained. Exercise training reduced body mass (6%) and triglyceride levels (about 54%), without changes in glucose and insulin concentrations. An improvement of endothelium-dependent relaxation responses to acetylcholine in mesenteric and aortic rings was observed in trained group. No changes were seen for sodium nitroprusside and phenylephrine. In conclusion, our study is the first to show clearly that run training promotes an improvement of the endothelium-dependent relaxing response in aorta and mesenteric rings from rats fed with high caloric diet and that is associated with increase of NO production. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Endothelial dysfunction in DOCA-salt hypertension - Possible involvement of prostaglandin endoperoxides

The effects of the arachidonic acid metabolism inhibitors on the acetylcholine responses of aortae from control (CR) and deoxycorticosterone acetate (DOCA)-salt hypertensive (HR) rats were investigated. The acetylcholine decreased response observed in HR [relaxation (%): CR 95.5 +/- 2.7, n = 4; HR 52.0 +/- 6.3, n = 5, p < 0.05] was restored by the cyclooxygenase inhibitor piroxicam [relaxation (%): CR 99.8 +/- 0.2, n = 4; HR 86.0 +/- 4.0, n = 5] and by the thromboxane synthetase inhibitor and the thrombox ane A(2)/prostaglandin H-2 receptor antagonist ridogrel [relaxation (%): CR 92.1 +/- 4.4, n = 7; HR 93.1 +/- 2.0, n = 7] but not by the inhibitors of thromboxane synthetase, prostacyclin synthetase, cytochrome P-450 monooxygenase, and lipoxygenase. So, endoperoxide intermediates seem to be involved in the decreased endothelium-dependent relaxation to acetylcholine in DOCA-salt hypertension. (C) 1999 Elsevier B.V. All rights reserved.

Efeitos da exposição à sílica sobre a responsividade vascular e de vias aéreas de ratos

Silicosis, a common type of pneumoconiosis, is an occupational lung disease caused by inhalation of silica dust often with mining activity and thus reaches the miners. The fine and ultrafine silica particles deposited in the alveolar epithelium may lead to the development of progressive massive fibrosis. An increased reactive oxygen species (ROS) production has been proposed to explain the mechanism for induction of pulmonary fibrosis in silicosis. In this situation, alveolar macrophages are activated to phagocytes silica particles deposited in the alveoli. The activated macrophages secrete large amounts of ROS that in turn induce synthesis of fibrotic factors. In addition, the activity of antioxidant enzymes is impaired, which results in increased lipid peroxidation, as well as generating a local inflammatory process. Diffuse pulmonary fibrosis progresses with interstitial collagen deposition. Interstitial collagen overlies small pulmonary arteries and arterioles and thus it is associated with pulmonary hypertension in pulmonary fibrotic diseases. In addition, cytokines and silica particles passing through the respiratory membrane can reach the bloodstream. In this context, the increase in the generation of ROS in the circulation may lead to a reduction in the bioavailability of nitric oxide, an important endothelium-derived relaxing factor. A deficiency in the nitric oxide bioavailability can result in vascular endothelial dysfunction. Moreover, pro-inflammatory cytokines could contribute to the impairment of endothelial function. In the airways, pro-inflammatory cytokines can reduce the smooth muscle responsiveness to β- adrenergic agonists as isoproterenol. Thus, the aim of this study was to evaluate the effect of silica dust instillation in the function of the pulmonary artery, aorta and trachea of rats with acute silicosis. For this purpose, male Wistar rats were anesthetized... (Complete abstract click electronic access below)

Ethinylestradiol does not enhance the expression of nitric oxide synthase in bovine endothelial cells but increases the release of bioactive nitric oxide by inhibiting superoxide anion production.

Estradiol is known to exert a protective effect against the development of atherosclerosis, but the mechanism by which this protection is mediated is unclear. Since animal studies strongly suggest that production of endothelium-derived relaxing factor is enhanced by estradiol, we have examined the effect of estrogens on nitric oxide (NO) synthase (NOS) activity, protein, and mRNA in cultured bovine aortic endothelial cells. In reporter cells rich in guanylate cyclase, it has been observed that long-term treatment (> or = 24 hr) with ethinylestradiol (EE2) dose-dependently increased guanylate cyclase-activating factor activity in the conditioned medium of endothelial cells. However, conversion of L-[14C]arginine to L-[14C]citrulline by endothelial cell homogenate or quantification of nitrite and nitrate released by intact cells in the conditioned medium did not reveal any change in NOS activity induced by EE2 treatment. Similarly, Western and Northern blot analyses did not reveal any change in the endothelial NOS protein and mRNA content in response to EE2. However, EE2 dose- and time-dependently decreased superoxide anion production in the conditioned medium of endothelial cells with an EC50 value (0.1 nM) close to that which increased guanylate cyclase-activating factor activity (0.5 nM). Both of these effects were completely prevented by the antiestrogens tamoxifen and RU54876. Thus, endothelium exposure to estrogens appears to induce a receptor-mediated antioxidant effect that enhances the biological activity of endothelium-derived NO. These effects could account at least in part for the vascular protective properties of these hormones.

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

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

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

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