Effects of elastase and collagenase on the nonlinearity and anisotropy of porcine aorta

We use enzymatic manipulation methods to investigate the individual and combined roles of elastin and collagen on arterial mechanics. Porcine aortic tissues were treated for differing amounts of time using enzymes elastase and collagenase to cause degradation in substrate proteins elastin and collagen and obtain variable tissue architecture. We use equibiaxial mechanical tests to quantify the material properties of control and enzyme treated tissues and histological methods to visualize the underlying tissue microstructure in arterial tissues. Our results show that collagenase treated tissues were more compliant in the longitudinal direction as compared to control tissues. Collagenase treatment also caused a decrease in the tissue nonlinearity as compared to the control samples in the study. A one hour collagenase treatment was sufficient to cause fragmentation and degradation of the adventitial collagen. In contrast, elastase treatment leads to significantly stiffer tissue response associated with fragmented and incomplete elastin networks in the tissue. Thus, elastin in arterial walls distributes tensile stresses whereas collagen serves to reinforce the vessel wall in the circumferential direction and also contributes to tissue anisotropy. A microstructurally motivated strain energy function based on circumferentially oriented medial fibers and helically oriented collagen fibers in the adventitia is useful in describing these experimental results.

O envolvimento do estresse oxidativo e nitrosativo em modelo de doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) induzido por elastase

Esse estudo buscou investigar o papel do estresse oxidativo e nitrosativo no enfisema pulmonar induzido por elastase. Foram utilizados camundongos machos C57BL/6 submetidos a dois modelos de indução do enfisema por elastase pancreática suína (PPE): intratraqueal (i.t.) e intranasal (i.n.). No modelo intratraqueal a PPE foi instilada nas doses de 0,05 U ou 0,5 U/camundongo para avaliação temporal do enfisema 7, 14 e 21 dias após instilação de PPE. Em outra etapa, o papel da iNOS foi avaliado através da sua inibição farmacológica por aminoguanidina (AMG) 1% na água de beber ou pela sua exclusão genética em camundongos deficientes em iNOS que tiveram o enfisema induzido por 0,5 U PPE i.t. após 21 dias. No modelo intranasal a dose de PPE foi 3 U/camundongo para avaliação temporal do enfisema (1, 7, 14 e 21 dias após PPE). O papel do estresse oxidativo e nitrosativo foi avaliado com diferentes tratamentos antioxidantes na água de beber: tempol, apocinina+alopurinol, n-acetilcisteína, vitamina C+E, e aminoguanidina durante os 21 dias de indução do enfisema. Os grupos controles foram submetidos à instilação de salina. Lavado broncoalveolar, imunoensaios, análises bioquímicas de estresse oxidativo e ensaios morfométricos foram realizados nos pulmões dos animais. O enfisema foi histologicamente alcançado em 21 dias após 0,5 U PPE i.t., evidenciado pelo aumento do diâmetro alveolar médio Lm e da densidade de volume dos espaços alveolares - Vvair em comparação ao grupo controle. TNF-α foi aumentado em 7 e 14 dias após 0,5 U PPE comparados ao controle, concomitante com a redução de IL-10 nos mesmos períodos, comparados ao controle. O estresse oxidativo foi observado na fase inicial do enfisema, com aumento dos níveis de nitrito, TBARS e superóxido dismutase no grupo 7 dias após 0,5 U PPE (i.t.) quando comparados ao controle ao passo que no modelo intranasal as alterações típicas do estresse foram vistas no grupo 1 dia após 3 U de PPE. Atividade da glutationa peroxidase foi aumentada em todos os grupos PPE (i.t.). A exposição à 0,5 U PPE induziu o aumento da iNOS, eNOS e nitrotirosina, sendo revertido no grupo PPE+AMG. Os animais tratados com AMG 1% e os deficientes em iNOS tiveram o enfisema atenuado histologicamente, mantendo o Lm e o Vvair semelhantes ao grupo controle. Os grupos tratados com n-acetilcisteína e aminoguanidina no modelo i.n. tiveram redução do Lm quando comparados ao grupo PPE. Esses resultados sugerem que as vias de estresse oxidativo e nitrosativo são disparadas pela produção de óxido nítrico via iNOS no enfisema pulmonar. A modulação da iNOS parece uma estratégia promissora no estabelecimento do enfisema pulmonar

Expedited Solid-Phase Synthesis of Fluorescently Labeled and Biotinylated Aminoalkane Diphenyl Phosphonate Affinity Probes for Chymotrypsin- and Elastase-Like Serine Proteases

In this study, we report on a novel, expedited solid-phase approach for the synthesis of biotinylated and fluorescently tagged irreversible affinity based probes for the chymotrypsin and elastase-like serine proteases. The novel solid-phase biotinylation or fluorescent labeling of the aminoalkane diphenyl phosphonate warhead using commercially available Biotin-PEG-NovaTag or EDANS NovaTag resin permits rapid, facile synthesis of these reagents. We demonstrate the kinetic evaluation and utilization of a number of these irreversible inactivators for chymotrypsin-like (chymotrypsin/human cathepsin G) and elastase-like serine proteases. Encouragingly, these compounds display comparable potency against their target proteases as their N-benzyloxycarbonyl (Cbz)-protected parent compounds, from which they were derived, and function as efficient active site-directed inactivators of their target proteases. We subsequently applied the biotinylated reagents for the sensitive detection of protease species via Western blot, showing that the inactivation of the protease was specifically mediated through the active site serine. Furthermore, we also demonstrate the successful detection of serine protease species with the fluorescently labeled derivatives “in-gel”, thus avoiding the need for downstream Western blotting. Finally, we also show the utility of biotinylated and pegylated affinity probes for the isolation/enrichment of serine protease species, via capture with immobilized streptavidin, and their subsequent identification via de novo sequencing. Given their selectivity of action against the serine proteases, we believe that these reagents can be exploited for the direct, rapid, and selective identification of these enzymes from biological milieu containing multiple protease subclasses.