Évolution de la nature et de l'efficacité du facteur hyperpolarisant dérivé de l'endothélium (EDHF) au cours du vieillissement associé ou non à l'hypercholestérolémie dans les artères de résistance du muscle squelettique de la souris

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Évolution de la nature et de l'efficacité du facteur hyperpolarisant dérivé de l'endothélium (EDHF) au cours du vieillissement associé ou non à l'hypercholestérolémie dans les artères de résistance du muscle squelettique de la souris

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Upregulation of intermediate calcium-activated potassium channels counterbalance the impaired endothelium-dependent vasodilation in stroke-prone spontaneously hypertensive rats

Endothelial dysfunction has been linked to a decrease in nitric oxide (NO) bioavailability and attenuated endothelium-derived hyperpolarizing factor (EDHF)-mediated relaxation. The small (SK(Ca)) and intermediate (IK(Ca)) calcium-activated potassium channels play a key role in endothelium-dependent relaxation. Because the repressor element 1-silencing transcription factor (REST) negatively regulates IK(Ca) expression, we hypothesized that augmented REST and decreased IK(Ca) expression contributes to impaired endothelium-dependent vasodilation associated with hypertension. Acetylcholine (ACh) responses were slightly decreased in small mesenteric arteries from male stroke-prone spontaneously hypertensive rats (SHRSPs) versus arteries from Wistar Kyoto (WKY) rats. Incubation with N-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME; 100 mu mol/L) and indomethacin (100 mu mol/L) greatly impaired ACh responses in vessels from SHRSP. lberiotoxin (0.1 mu mol/L), which is a selective inhibitor of large-conductance K(Ca) (BK(Ca)) channels, did not modify EDHF-mediated vasodilation in SHRSP or WKY. UCL-1684 (0.1 mu mol/L.), which is a selective inhibitor of SKCa channels, almost abolished EDHF-mediated vasodilation in WKY and decreased relaxation in SHRSP. 1-((2-chlorophenyl)diphenylmethyl)-1H-pyrazole (TRAM-34; 10 mu mol/L) and charybdotoxin (0.1 mu mol/L), which are both IKCa inhibitors, produced a small decrease of EDHF relaxation in WKY but completely abrogated EDHF vasodilation in SHRSP. EDHF-mediated relaxant responses were completely abolished in both groups by simultaneous treatment with UCL-1684 and TRAM-34 or charybdotoxin. Relaxation to SK(Ca)/IK(Ca) channels agonist NS-309 was decreased in SHRSP arteries. The expression of SK(Ca) was decreased, whereas IK(Ca) was increased in SHRSP mesenteric arteries. REST expression was reduced in arteries from SHRSP. Vessels incubated with TRAM-34 (10 mu mol/L) for 24h displayed reduced REST expression and demonstrated no differences in IK(Ca). In conclusion, IK(Ca) channel upregulation, via decreased REST, seems to compensate deficient activity of SK(Ca) channels in the vasculature of spontaneously hypertensive rats. (Translational Research 2009; 154:183-193)

Facilitation of renal autoregulation by angiotensin II is mediated through modulation of nitric oxide

Aims: This study was designed to investigate the influence of angiotensin II (Ang II) and nitric oxide (NO) on autoregulation of renal perfusion. Methods: Autoregulation was investigated in isolated perfused kidneys (IPRK) from Sprague-Dawley rats during stepped increases in perfusion pressure. Results: Ang II (75-200 pM) produced dose-dependent enhancement of autoregulation whereas phenylephrine produced no enhancement and impaired autoregulation of GFR. Enhancement by Ang II was inhibited by the AT(1) antagonist, Losartan, and the superoxide scavenger, Tempol. Under control conditions nitric oxide synthase (NOS) inhibition by 10 muM N-omega-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) facilitated autoregulation in the presence of non-specific cyclooxygenase (COX) inhibition by 10 muM indomethacin. Both COX and combined NOS/COX inhibition reduced the autoregulatory threshold concentration of Ang II. Facilitation by 100 pM Ang II was inhibited by 100 muM frusemide. Methacholine (50 nM) antagonised Ang II-facilitated autoregulation in the presence and absence of NOS/COX inhibition. Infusion of the NO donor, 1 muM sodium nitroprusside, inhibited L-NAME enhancement of autoregulation under control conditions and during Ang II infusion. Conclusions: The results suggest than an excess of NO impairs autoregulation under control conditions in the IPRK and that endogenous and exogenous NO, vasodilatory prostaglandins and endothelium-derived hyperpolarizing factor (EDHF) activity antagonise Ang II-facilitated autoregulation. Ang II also produced a counterregulatory vasodilatory response that included prostaglandin and NO release. We suggest that Ang II facilitates autoregulation by a tubuloglomerular feedback-dependent mechanism through AT(1) receptor-mediated depletion of nitric oxide, probably by stimulating generation of superoxide.

Endothelium-dependent relaxation in response to poly-L-arginine in canine coronary arteries: implications about hyperpolarization as a mechanism of vasodilatation

OBJECTIVE: To study the mechanism by which poly-L-arginine mediates endothelium-dependent relaxation. METHODS: Vascular segments with and without endothelium were suspended in organ chambers filled with control solution maintained at 37ºC and bubbled with 95% O2 / 5% CO2. Used drugs: indomethacin, acetycholine, EGTA, glybenclamide, ouabain, poly-L-arginine, methylene blue, N G-nitro-L-arginine, and verapamil and N G-monomethyl-L-arginine. Prostaglandin F2á and potassium chloride were used to contract the vascular rings. RESULTS: Poly-L-arginine (10-11 to 10-7 M) induced concentration-dependent relaxation in coronary artery segments with endothelium. The relaxation to poly-L-arginine was attenuated by ouabain, but was unaffected by glybenclamide. L-NOARG and oxyhemoglobin caused attenuation, but did not abolish this relaxation. Also, the relaxations was unaffected by methylene blue, verapamil, or the presence of a calcium-free bathing medium. The endothelium-dependent to poly-L-arginine relaxation was abolished only in vessels contracted with potassium chloride (40 mM) in the presence of L-NOARG and indomethacin. CONCLUSION: These experiments indicate that poly-L-arginine induces relaxation independent of nitric oxide.

Régulation de la fonction vasculaire pendant le vieillissement : rôles de l’environnement post-natal et du gène suppresseur de tumeurs p53

La dysfonction endothéliale vasculaire constitue un marqueur précoce des maladies cardiovasculaires car l’endothélium est l’une des premières cibles des facteurs de risque cardiovasculaire. La présence d'un stress chronique engendré par les facteurs de risque cardiovasculaire sollicite les mécanismes de défense endogènes, tels que les enzymes antioxydantes, qui servent au maintien de la fonction endothéliale. L’environnement vasculaire auquel l’endothélium est exposé a un effet direct sur son fonctionnement à long terme. Certaines habitudes de vie sont ainsi associées à une bonne santé cardiovasculaire. Par exemple, la diète méditerranéenne et/ou la pratique régulière de l’exercice physique aident à maintenir une fonction endothéliale adéquate et à réduire l’incidence des maladies cardiovasculaires. D'autre part, certains gènes clés, comme le gène suppresseur de tumeurs p53, régulent plusieurs voies métaboliques importantes pour préserver l’intégrité des cellules endothéliales. Nous posons l’hypothèse que l’environnement vasculaire post-natal influence la mise en place de mécanismes de défenses endogènes tels que les enzymes antioxydantes afin de faire face à des stress plus tard dans la vie. Notre objectif global était d’évaluer les impacts d’interventions post-natales bénéfiques et d’une diminution endogène du gène suppresseur de tumeurs p53, sur la fonction endothéliale vasculaire et sur sa capacité à faire face à un stress métabolique. Dans une première étude, nous avons soumis des souris saines C57Bl/6 dès leur sevrage et jusqu’à l’âge de 9 mois, à un programme d’exercice physique volontaire (course dans une roue) ou à un antioxydant (catéchine), comparé à un groupe de souris sédentaires et sans antioxydant. Puis les interventions ont été stoppées et une diète riche en gras a été introduite, ou non, pour une période de 3 mois; les souris ont été sacrifiées à l'âge de 9 ou 12 mois. Nous avons observé que l’exercice a protégé les cellules endothéliales des effets délétères induits par la diète riche en gras en préservant la fonction endothéliale par le maintien d’un profil rédox sain et en évitant la hausse de l’inflammation. La catéchine a maintenu la fonction endothéliale aortique, mais n’a pas prévenu le profil inflammatoire en présence de la diète riche en gras. Finalement, chez les souris sédentaires, la fonction endothéliale a été détériorée en présence de la diète riche en gras, sans indice d’inflammation vasculaire. Dans une seconde étude, des souris partiellement déficientes en p53 (p53+/-) et contrôles C57Bl/6 ont été exposées à la même diète riche en gras à partir de 3 mois et ce jusqu’à l’âge de 6 mois. Notre raisonnement était basé sur la démonstration que p53 est un régulateur de l’expression des enzymes antioxydantes in vitro. Chez les souris p53+/-, les cellules endothéliales ont été protégées du stress induit par l’hypercholestérolémie engendrée par la diète riche en gras. Cependant, chez les souris p53+/- cette protection pourrait être secondaire à un métabolisme accru des acides biliaires, qui en prévenant la hausse de cholestérol, protègerait indirectement l'endothélium. Nous avons donc pu démontrer l’importance de l’environnement vasculaire sur la fonction endothéliale. La diète riche en gras a stimulé certains mécanismes de défense vasculaires tels que la voie des EDHF et la superoxyde dismutase afin de maintenir la fonction endothéliale malgré les conditions pro-athérosclérotiques. Nous avons observé que l’exercice et la catéchine influencent différemment l’endothélium malgré leurs capacités antioxydantes. Ces études soulignent la sensibilité de l’endothélium aux changements dans l’environnement vasculaire. En accord avec le vieillissement de la population et la progression des maladies cardiovasculaires, la proportion de personnes ayant une dysfonction endothéliale augmente. Ainsi, une meilleure compréhension des mécanismes ou d’interventions qui permettent le maintien de la fonction endothéliale à long terme s’avère utile.

Réduction d'expansion volumique au cours de la gestation : conséquence sur la circulation utéro-placentaire.

La grossesse est caractérisée par une augmentation du volume circulant maternel et du débit sanguin afin de subvenir aux besoins croissants du foetus. En diminuant l'expansion volumique maternelle, nous avons développé un modèle de restriction de croissance intra-utérine (RCIU) chez la rate dans lequel on observe une diminution du diamètre des artères utérines arquées ainsi qu'une diminution de la réponse à l'angiotensine II. Nous avons émis l'hypothèse que comparativement aux rates normales, les vaisseaux utérins des rates RCIU présentent une dysfonction des mécanismes de relaxation dépendant de l'endothélium lors de la réponse à des agents vasoactifs. Notre objectif était de caractériser l'influence de l'endothélium sur la régulation de la réactivité des artères utérines radiales dans notre modèle RCIU. À l'aide d'un myographe pressurisé, des courbes de concentration-réponse à des agents vasoactifs (Phényléphrine (Pe), Carbachol (Cbc) et Nitroprussiate de sodium (SNP)) ont été effectuées, en présence ou en absence d'inhibiteurs des voies principales de la relaxation dépendante de l'endothélium (monoxyde d'azote (NO), prostacycline (PGI2) et facteurs hyperpolarisants dépendant de l'endothélium (EDHF)). Nous avons ainsi démontré que les artères utérines radiales des rates RCIU ont un diamètre plus petit que celles des rates contrôles. Une utilisation plus grande du NO dans la réponse dilatatrice au Cbc a été observée chez les rates RCIU. De plus, l'inhibition de la voie de l'EDHF par l'ajout de KCl aux inhibiteurs de la voie du NO (L-NAME) et des PGI2 (Ibuprofène) bloque presque complètement la relaxation au Cbc chez les deux groupes. En conclusion, dans les artères utérines radiales des deux groupes, il y a une participation importante de l'EDHF lors de la dilatation au Cbc. De plus, dans notre modèle RCIU, la voie du NO est activée, probablement afin de compenser la diminution du diamètre des artères et la réduction de la perfusion utérine.

Relation entre CaMKII et les dynamiques calciques endothéliales : impact de l'hypertension arterielle.

L’endothélium vasculaire joue un rôle prépondérant dans la régulation du tonus vasculaire en générant l’oxyde nitrique (NO), la prostacycline (PGI2) et les facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) comme puissants vasodilatateurs. Ces mécanismes requièrent le calcium (Ca2+) à divers niveaux, démontrant l’importance des dynamiques calciques endothéliales. Une perturbation de l’homéostasie calcique est observée dans une dysfonction endothéliale liée à l’hypertension artérielle. Il est impératif d’approfondir nos connaissances sur les signalisations calciques endothéliales impliquées dans le contrôle du tonus vasculaire. Des études récentes ont montré qu’une variation locale de la concentration en Ca2+ libre intracellulaire ([Ca2+]i) est suffisante pour générer une réponse physiologique importante. Les pulsars calciques sont caractérisés par une augmentation de [Ca2+]i spontanée et transitoire spécifiquement localisée au niveau des projections myoendothéliales (PMEs). Ces PMEs sont des sites de communication privilégiés entre les cellules endothéliales (CEs) et les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs). Les pulsars calciques sont impliqués dans le mécanisme de l’EDHF via l’activation des canaux potassiques Ca2+-dépendant de moyenne conductance (KCa3.1 ou IKCa). Les travaux de cette thèse visent à améliorer nos connaissances sur les signalisations calciques locales en caractérisant une nouvelle voie de signalisation pouvant être impliquée dans la régulation du tonus vasculaire en condition physiopathologique. Outre les canaux KCa3.1 peu d’informations sont disponibles sur les cibles sensibles aux pulsars calciques. Une première étude a permis d’identifier la protéine kinase II dépendante du complexe Ca2+/calmoduline (CaMKII) sous ses isoformes α, β et δ dans les CEs d’artères natives de souris comme une cible pouvant être modulée par les pulsars calciques. Des études en immunofluorescence ont permis d’observer la localisation particulière de CaMKII endothéliale dans les PMEs, les sites des pulsars calciques. Une stimulation spécifique des pulsars calciques par la phényléphrine (PE) engendre un recrutement de CaMKII dans les PMEs. Sachant que CaMKII active l’oxyde nitrique synthase endothéliale (NOS3), nous avons évalué l’impact d’une stimulation des pulsars calciques sur la production de NO en présence d’un inhibiteur de CaMKII, le KN-93. Nous avons démontré que la production de NO est en partie dépendante de l’activation de CaMKII par les pulsars calciques. En utilisant un modèle d’hypertension induite par l’infusion chronique de PE, nous avons permis de mettre en évidence une perturbation dans la relation entre les pulsars calciques et CaMKII. Dans une seconde étude nous avons établi deux modèles (normo- et hypertendus) d’infusion chronique à l’angiotensine II (AngII) afin évaluer l’impact des ROS et de l’hypertension sur la voie de signalisation pulsars/CaMKII/NO. Nos résultats ont montré une augmentation des pulsars calciques accompagnée d’un recrutement de CaMKII dans les PMEs. Une stimulation aigue à l’AngII suggère que les ROS modulent les dynamiques calciques et que l’AngII stimule la production de NO. Cette étude propose que ces voies de signalisations impliquent les récepteurs de type 1 et 2 à l’AngII (AT1 et AT2). L’étude des pulsars calciques dépend fortement de la structure native des artères qui permet de conserver la formation des PMEs. La dernière étude présentée dans cette thèse a permis d’établir une relation entre les PMEs et les pulsars calciques dans trois lits vasculaires distincts (artères mésentériques, pulmonaires et coronariennes). Nos résultats ont montré que les paramètres cinétiques des pulsars calciques sont fortement conservés entre les différents lits vasculaires. Toutefois, la fréquence globale ainsi que le nombre de sites actifs des pulsars calciques diffèrent avec une proportion plus élevée dans les artères mésentériques et coronariennes comparativement aux artères pulmonaires. Ces résultats corrèlent avec le nombre plus élevé de PMEs retrouvé dans les artères mésentériques et coronariennes. Ces travaux suggèrent que les pulsars calciques sont fondamentaux pour les artères de résistance. Les études de cette thèse ont mené à l’identification d’une nouvelle voie de signalisation impliquant les pulsars calciques et CaMKII endothéliale dans la stimulation de la production de NO. Cette nouvelle voie de signalisation pourrait être impliquée dans la régulation du tonus vasculaire en condition physiopathologique. Les pulsars calciques semblent être fortement conservés entre les différentes artères de résistances et ce malgré la disparité dans les PMEs, suggérant un rôle prépondérant dans la fonction vasculaire. Ces travaux ouvrent une avenue pour le développement de potentielles cibles thérapeutiques pouvant contrer la dysfonction endothéliale associée à l’hypertension artérielle.

Modulation of endothelial cell KCa3.1 Channels during endothelium-derived hyperpolarizing factor signaling in mesenteric resistance arteries

Arterial hyperpolarization to acetylcholine (ACh) reflects coactivation of KCa3.1 (IKCa) channels and KCa2.3 (SKCa) channels in the endothelium that transfers through myoendothelial gap junctions and diffusible factor(s) to affect smooth muscle relaxation (endothelium-derived hyperpolarizing factor [EDHF] response). However, ACh can differentially activate KCa3.1 and KCa2.3 channels, and we investigated the mechanisms responsible in rat mesenteric arteries. KCa3.1 channel input to EDHF hyperpolarization was enhanced by reducing external [Ca2+]o but blocked either with forskolin to activate protein kinase A or by limiting smooth muscle [Ca2+]i increases stimulated by phenylephrine depolarization. Imaging [Ca2+]i within the endothelial cell projections forming myoendothelial gap junctions revealed increases in cytoplasmic [Ca2+]i during endothelial stimulation with ACh that were unaffected by simultaneous increases in muscle [Ca2+]i evoked by phenylephrine. If gap junctions were uncoupled, KCa3.1 channels became the predominant input to EDHF hyperpolarization, and relaxation was inhibited with ouabain, implicating a crucial link through Na+/K+-ATPase. There was no evidence for an equivalent link through KCa2.3 channels nor between these channels and the putative EDHF pathway involving natriuretic peptide receptor-C. Reconstruction of confocal z-stack images from pressurized arteries revealed KCa2.3 immunostain at endothelial cell borders, including endothelial cell projections, whereas KCa3.1 channels and Na+/K+-ATPase {alpha}2/{alpha}3 subunits were highly concentrated in endothelial cell projections and adjacent to myoendothelial gap junctions. Thus, extracellular [Ca2+]o appears to modify KCa3.1 channel activity through a protein kinase A-dependent mechanism independent of changes in endothelial [Ca2+]i. The resulting hyperpolarization links to arterial relaxation largely through Na+/K+-ATPase, possibly reflecting K+ acting as an EDHF. In contrast, KCa2.3 hyperpolarization appears mainly to affect relaxation through myoendothelial gap junctions. Overall, these data suggest that K+ and myoendothelial coupling evoke EDHF-mediated relaxation through distinct, definable pathways.

Thromboxane A2 inhibition of SKCa after NO synthase block in rat middle cerebral artery

NO/prostanoid independent, EDHF-mediated hyperpolarization and dilation in rat middle cerebral arteries is mediated solely by endothelial cell IK(Ca). However, when the NO-pathway is also active, both SK(Ca) and IK(Ca) contribute to EDHF responses. As the SK(Ca) component can be inhibited by stimulation of thromboxane A(2) (TxA(2)) TP receptors and NO has the potential ability to inhibit thromboxane synthesis, we investigated whether TxA(2) might explain loss of functional input from SK(Ca) during NOS inhibition in cerebral arteries. EXPERIMENTAL APPROACH: Rat middle cerebral arteries were mounted in a wire myograph. Endothelium-dependent responses to the PAR2 agonist, SLIGRL were assessed as simultaneous changes in smooth muscle membrane potential and tension. KEY RESULTS: Responses were obtained in the presence of L-NAME as appropriate. Inhibition of TP receptors with either ICI 192,605 or SQ 29,548, did not affect EDHF mediated hyperpolarization and relaxation, but in their presence neither TRAM-34 nor apamin (to block IK(Ca) and SK(Ca) respectively) individually affected the EDHF response. However, in combination they virtually abolished it. Similar effects were obtained in the presence of the thromboxane synthase inhibitor, furegrelate, which additionally revealed an iberiotoxin-sensitive residual EDHF hyperpolarization and relaxation in the combined presence of TRAM-34 and apamin. CONCLUSIONS AND IMPLICATIONS: In the rat middle cerebral artery, inhibition of NOS leads to a loss of the SK(Ca) component of EDHF responses. Either antagonism of TP receptors or block of thromboxane synthase restores an input through SK(Ca). These data indicate that NO normally enables SK(Ca) activity in rat middle cerebral arteries.

Possible role for K+ in endothelium-derived hyperpolarizing factor–linked dilatation in rat middle cerebral artery

Background and Purpose— Endothelium-derived hyperpolarizing factor (EDHF) and K+ are vasodilators in the cerebral circulation. Recently, K+ has been suggested to contribute to EDHF-mediated responses in peripheral vessels. The EDHF response to the protease-activated receptor 2 ligand SLIGRL was characterized in cerebral arteries and used to assess whether K+ contributes as an EDHF. Methods— Rat middle cerebral arteries were mounted in either a wire or pressure myograph. Concentration-response curves to SLIGRL and K+ were constructed in the presence and absence of a variety of blocking agents. In some experiments, changes in tension and smooth muscle cell membrane potential were recorded simultaneously. Results— SLIGRL (0.02 to 20 μmol/L) stimulated concentration and endothelium-dependent relaxation. In the presence of NG-nitro-L-arginine methyl ester, relaxation to SLIGRL was associated with hyperpolarization and sensitivity to a specific inhibitor of IKCa, 1-[(2-chlorophenyl)diphenylmethyl]-1H-pyrazole (1μmol/L), reflecting activation of EDHF. Combined inhibition of KIR with Ba2+ (30μmol/L) and Na+/K+-ATPase with ouabain (1 μmol/L) markedly attenuated the relaxation to EDHF. Raising extracellular [K+] to 15 mmol/L also stimulated smooth muscle relaxation and hyperpolarization, which was also attenuated by combined application of Ba2+ and ouabain. Conclusions— SLIGRL evokes EDHF-mediated relaxation in the rat middle cerebral artery, underpinned by hyperpolarization of the smooth muscle. The profile of blockade of EDHF-mediated hyperpolarization and relaxation supports a pivotal role for IKCa channels. Furthermore, similar inhibition of responses to EDHF and exogenous K+ with Ba2+ and ouabain suggests that K+ may contribute as an EDHF in the middle cerebral artery.

Cannabinoid-induced mesenteric vasodilation through an endothelial site distinct from CB1 or CB2 receptors

Cannabinoids, including the endogenous ligand arachidonyl ethanolamide (anandamide), elicit not only neurobehavioral but also cardiovascular effects. Two cannabinoid receptors, CB1 and CB2, have been cloned, and studies with the selective CB1 receptor antagonist SR141716A have implicated peripherally located CB1 receptors in the hypotensive action of cannabinoids. In rat mesenteric arteries, anandamide-induced vasodilation is inhibited by SR141716A, but other potent CB1 receptor agonists, such as HU-210, do not cause vasodilation, which implicates an as-yet-unidentified receptor in this effect. Here we show that “abnormal cannabidiol” (Abn-cbd) is a neurobehaviorally inactive cannabinoid that does not bind to CB1 receptors, yet causes SR141716A-sensitive hypotension and mesenteric vasodilation in wild-type mice and in mice lacking CB1 receptors or both CB1 and CB2 receptors. Hypotension by Abn-cbd is also inhibited by cannabidiol (20 μg/g), which does not influence anandamide- or HU-210-induced hypotension. In the rat mesenteric arterial bed, Abn-cbd-induced vasodilation is unaffected by blockade of endothelial NO synthase, cyclooxygenase, or capsaicin receptors, but it is abolished by endothelial denudation. Mesenteric vasodilation by Abn-cbd, but not by acetylcholine, sodium nitroprusside, or capsaicine, is blocked by SR141716A (1 μM) or by cannabidiol (10 μM). Abn-cbd-induced vasodilation is also blocked in the presence of charybdotoxin (100 nM) plus apamin (100 nM), a combination of K+-channel toxins reported to block the release of an endothelium-derived hyperpolarizing factor (EDHF). These findings suggest that Abn-cbd and cannabidiol are a selective agonist and antagonist, respectively, of an as-yet-unidentified endothelial receptor for anandamide, activation of which elicits NO-independent mesenteric vasodilation, possibly by means of the release of EDHF.

Renal endothelial dysfunction and impaired autoregulation after ischemia-reperfusion injury result from excess nitric oxide

Endothelial dysfunction in ischemic acute renal failure (IARF) has been attributed to both direct endothelial injury and to altered endothelial nitric oxide synthase ( eNOS) activity, with either maximal upregulation of eNOS or inhibition of eNOS by excess nitric oxide ( NO) derived from iNOS. We investigated renal endothelial dysfunction in kidneys from Sprague-Dawley rats by assessing autoregulation and endothelium-dependent vasorelaxation 24 h after unilateral ( U) or bilateral ( B) renal artery occlusion for 30 (U30, B30) or 60 min (U60, B60) and in sham-operated controls. Although renal failure was induced in all degrees of ischemia, neither endothelial dysfunction nor altered facilitation of autoregulation by 75 pM angiotensin II was detected in U30, U60, or B30 kidneys. Baseline and angiotensin II-facilitated autoregulation were impaired, methacholine EC50 was increased, and endothelium-derived hyperpolarizing factor ( EDHF) activity was preserved in B60 kidneys. Increasing angiotensin II concentration restored autoregulation and increased renal vascular resistance ( RVR) in B60 kidneys; this facilitated autoregulation, and the increase in RVR was abolished by 100 mu M furosemide. Autoregulation was enhanced by N-omega-nitro-L-arginine methyl ester. Peri-ischemic inhibition of inducible NOS ameliorated renal failure but did not prevent endothelial dysfunction or impaired autoregulation. There was no significant structural injury to the afferent arterioles with ischemia. These results suggest that tubuloglomerular feedback is preserved in IARF but that excess NO and probably EDHF produce endothelial dysfunction and antagonize autoregulation. The threshold for injury-producing, detectable endothelial dysfunction was higher than for the loss of glomerular filtration rate. Arteriolar endothelial dysfunction after prolonged IARF is predominantly functional rather than structural.

Theoretical investigations of intercellular communication in the microcirculation: Conducted responses, myoendothelial projections and endothelium derived hyperpolarizing factor

The contractile state of microcirculatory vessels is a major determinant of the blood pressure of the whole systemic circulation. Continuous bi-directional communication exists between the endothelial cells (ECs) and smooth muscle cells (SMCs) that regulates calcium (Ca2+) dynamics in these cells. This study presents theoretical approaches to understand some of the important and currently unresolved microcirculatory phenomena. ^ Agonist induced events at local sites have been shown to spread long distances in the microcirculation. We have developed a multicellular computational model by integrating detailed single EC and SMC models with gap junction and nitric oxide (NO) coupling to understand the mechanisms behind this effect. Simulations suggest that spreading vasodilation mainly occurs through Ca 2+ independent passive conduction of hyperpolarization in RMAs. Model predicts a superior role for intercellular diffusion of inositol (1,4,5)-trisphosphate (IP3) than Ca2+ in modulating the spreading response. ^ Endothelial derived signals are initiated even during vasoconstriction of stimulated SMCs by the movement of Ca2+ and/or IP3 into the EC which provide hyperpolarizing feedback to SMCs to counter the ongoing constriction. Myoendothelial projections (MPs) present in the ECs have been recently proposed to play a role in myoendothelial feedback. We have developed two models using compartmental and 2D finite element methods to examine the role of these MPs by adding a sub compartment in the EC to simulate MP with localization of intermediate conductance calcium activated potassium channels (IKCa) and IP3 receptors (IP 3R). Both models predicted IP3 mediated high Ca2+ gradients in the MP after SMC stimulation with limited global spread. This Ca 2+ transient generated a hyperpolarizing feedback of ∼ 2–3mV. ^ Endothelium derived hyperpolarizing factor (EDHF) is the dominant form of endothelial control of SMC constriction in the microcirculation. A number of factors have been proposed for the role of EDHF but no single pathway is agreed upon. We have examined the potential of myoendothelial gap junctions (MEGJs) and potassium (K+) accumulation as EDHF using two models (compartmental and 2D finite element). An extra compartment is added in SMC to simulate micro domains (MD) which have NaKα2 isoform sodium potassium pumps. Simulations predict that MEGJ coupling is much stronger in producing EDHF than alone K+ accumulation. On the contrary, K+ accumulation can alter other important parameters (EC V m, IKCa current) and inhibit its own release as well as EDHF conduction via MEGJs. The models developed in this study are essential building blocks for future models and provide important insights to the current understanding of myoendothelial feedback and EDHF.^

Étude de la réactivité vasculaire des microvaisseaux coronaires porcins dans l'hypertrophie ventriculaire gauche

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.