Regulation of Kinin receptor Expression in Heart Failure with a Focus on Vascular Endothelium

Accumulating evidence show that kinins, notably bradykinin (BK) and kallidin, have cardioprotective effects. To these include reduction of left ventricular hypertrophy (LVH) and progression of heart failure. The effects are mediated through two G protein-coupled receptors- bradykinin type-2 receptor (BK-2R) and bradykinin type -1 receptor (BK-1R). The widely accepted cardioprotective effects of BK-receptors relate to triggering the production and release of vasodilating nitric oxide (NO) by endothelial cells. They also exert anti-proliferative effects on fibroblasts and anti-hypertrophic effects on myocytes, and thus may play an essential role in the cardioprotective response to myocardial injury. The role for BK-1Rs in HF is based on experimental animal models, where the receptors have been linked to cardioprotective- but also to cardiotoxic -effects. The BK-1Rs are induced under inflammatory and ischemic conditions, shown in animal models; no previous reports, concerning BK-1Rs in human heart failure, have been presented. The expression of BK-2Rs is down-regulated in human end-stage heart failure. Present results showed that, in these patients, the BK-1Rs were up-regulated, suggesting that also BK-1Rs are involved in the pathogenesis of human heart failure. The receptors were localized mainly in the endothelium of intramyocardial coronary vessels, and correlated with the increased TNF-α expression in the myocardial coronary vessels. Moreover, in cultured endothelial cells, TNF-α was a potent trigger of BK-1Rs. These results suggest that cytokines may be responsible for the up-regulation of BK-1Rs in human heart failure. A linear relationship between BK-2R mRNA and protein expression in normal and failing human left ventricles implies that the BK-2Rs are regulated on the transcriptional level, at least in human myocardium. The expression of BK-2Rs correlated positively with age in normal and dilated hearts (IDC). The results suggest that human hearts adapts to age-related changes, by up-regulating the expression of cardioprotective BK-2Rs. Also, in the BK-2R promoter polymorphism -58 T/C, the C-allele was accumulated in cardiomyopathy patients which may partially explain the reduced number of BK-2Rs. Statins reduce the level of plasma cholesterol, but also exert several non-cholesterol-dependent effects. These effects were studied in human coronary arterial endothelial cells (hCAEC) and incubation with lovastatin induced both BK-1 and BK-2Rs in a time and concentration-dependent way. The induced BK-2Rs were functionally active, thus NO production and cGMP signaling was increased. Induction was abrogated by mevalonate, a direct HMG-CoA metabolite. Lovastatin is known to inhibit Rho activation, and by a selective RhoA kinase inhibitor (Y27632), a similar induction of BK-2R expression as with lovastatin. Interestingly a COX-2-inhibitor (NS398) inhibited this lovastatin-induction of BK-2Rs, suggesting that COX-2 inhibitors may affect the endothelial BK-2Rs, in a negative fashion. Hypoxia is a common denominator in HF but also in other cardiovascular diseases. An induction of BK-2Rs in mild hypoxic conditions was shown in cultured hCAECs, which was abolished by a specific BK-2R inhibitor Icatibant. These receptors were functionally active, thus BK increased and Icatibant inhibited the production of NO. In rat myocardium the expression of BK-2R was increased in the endothelium of vessels, forming at the border zone, between the scar tissue and the healthy myocardium. Moreover, in in vitro wound-healing assay, endothelial cells were cultured under hypoxic conditions and BK significantly increased the migration of these cells and as Icatibant inhibited it. These results show, that mild hypoxia triggers a temporal expression of functionally active BK-2Rs in human and rat endothelial cells, supporting a role for BK-2Rs, in hypoxia induced angiogenesis. Our and previous results show, that BK-Rs have an impact on the cardiovascular diseases. In humans, at the end stage of heart failure, the BK-2Rs are down-regulated and BK-1Rs induced. Whether the up-regulation of BK-1Rs, is a compensatory mechanism against the down-regulation of BK-2Rs, or merely reflects the end point of heart failure, remains to bee seen. In a clinical point of view, the up-regulation of BK-2Rs, under hypoxic conditions or statin treatment, suggests that, the induction of BK-2Rs is protective in cardiovascular pathologies and those treatments activating BK-2Rs, might give additional tools in treating heart failure.

A biologically active peptide in the skin of lampreys (Eudontomyzon danfordi vladykovi). [Translation from: Z.Naturforsch. (B), 26(10), 1021-1023, 1971. ]

In recent years interest in the production and description of kinin-type substances has been greatly intensified. So, for example, bradykinin, phyllokinin, physalaemin, ranatensin and caerulein could be extracted from the skin of amphibians as well as. eledoisin out of the salivary glands of Eledon moschata. An examination of lampreys seemed to us particularly profitable in the search for the incidence of further kinins. Ammocoetes of different sizes and also adults of both sexes of the species Eudontomyzon danfordi vladykovi were studied in this research. This species is found in many tributaries of the Danube. Skin extracts were tested on on isolated rat uterus, rat duodenum, guinea pig ileum and rabbit jejunum, further tests were done in order to determine a peptide character of the biologically active substance.

Helokinestatin: a new bradykinin B2 receptor antagonist decapeptide from lizard venom.

Synthetic bradykinin antagonist peptides/peptoids have been powerful tools for delineating the roles of kinins in both normal physiology and in pathological states. Here, we report the identification of a novel, naturally occurring bradykinin B2 receptor antagonist peptide, helokinestatin, isolated and structurally characterized from the venoms of helodermatid lizards—the Gila monster (Heloderma suspectum) and the Mexican beaded lizard (Heloderma horridum). The primary structure of the peptide was established by a combination of microsequencing and mass spectroscopy as Gly-Pro-Pro-Tyr-Gln-Pro-Leu-Val-Pro-Arg (Mr 1122.62). A synthetic replicate of helokinestatin was found to inhibit bradykinin-induced vasorelaxation of phenylephrine pre-constricted rat tail artery smooth muscle, mediated by the B2 receptor sub-type, in a dose-dependent manner. Natural selection, that generates functional optimization of predatory reptile venom peptides, can potentially provide new insights for drug lead design or for normal physiological or pathophysiological processes.

Contribution des kinines dans le syndrome d'embolie de liquide amniotique : proposition de la lapine gravide comme modèle animal

Le syndrome d’embolie de liquide amniotique (SELA) est une complication rare et souvent catastrophique de l’accouchement chez la femme caractérisée classiquement par une hypotension sévère, un arrêt cardiorespiratoire et une coagulation intra-vasculaire disséminée. Malheureusement, sa physiopathologie est encore mal connue. Le rôle des kinines n’a notamment pas été étudié. L’objectif de notre projet était de développer un modèle animal de SELA et d’étudier le rôle éventuel des kinines dans ce syndrome. Douze lapines en fin de gestation ont été incluses dans l’étude. Pour chacune d’entre-elles, le liquide amniotique était aspiré de chaque sac amniotique après une laparotomie. Six lapines recevaient un bolus de liquide amniotique injecté via la veine auriculaire alors que les six autres recevaient un bolus de saline. Parallèlement, les effets in vitro de liquide amniotique sur la coagulation étaient évalués par thrombelastographie (TEG) et comparés aux effets de la saline. L’injection de liquide amniotique n’a pas permis de reproduire les signes cliniques de SELA, n’a pas entrainé la génération de bradykinine, et n’a pas eu d’effet sur le temps de prothrombine, le temps de thromboplastine partielle activée, et l’activité du facteur VIII de. Une thrombocytopénie sévère et transitoire a cependant été notée 5 minutes après l’injection de liquide amniotique. De plus, en additionnant in vitro de liquide amniotique au sang on a observé un tracé de TEG hypercoagulable comparé à celui obtenu avec la saline. Le modèle n’ayant pas pu reproduire le SELA, le rôle des kinines dans ce syndrome reste à déterminer.

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.

La contribution du récepteur B1 des kinines dans les complications diabétiques chez le rat traité au glucose, un modèle de résistance à l'insuline

Les kinines agissent sur deux types de récepteurs couplés aux protéines G, nommés B1 et B2, lesquels jouent un rôle important dans le contrôle cardiovasculaire, la nociception et l’inflammation. Nous considérons l’hypothèse que le récepteur B1 des kinines est induit et contribue aux complications diabétiques, incluant l’hypertension artérielle, les polyneuropathies sensorielles, l’augmentation du stress oxydatif vasculaire, l’inflammation vasculaire et l’obésité chez le rat traité au D-glucose (10% dans l’eau de boisson) pendant 8 ou 12 semaines. Dans ce modèle de résistance à l’insuline, nous avons évalué les effets d’un traitement pharmacologique d’une semaine avec un antagoniste du récepteur B1 des kinines, le SSR240612 (10 mg/kg/jr). Les résultats montrent que le SSR240612 renverse l’hypertension, l’allodynie tactile et au froid, la production de l’anion superoxyde et la surexpression de plusieurs marqueurs inflammatoires dans l’aorte (iNOS, IL-1β, macrophage (CD68, CD11), ICAM-1, E-selectine, MIF ainsi que le B1R) et dans les adipocytes (iNOS, IL-1β, TNF-α et macrophage CD68). De plus, le SSR240612 corrige la résistance à l’insuline, les anomalies du profil lipidique plasmatique et le gain de poids et de masse adipeuse. Ces données supportent l’implication des kinines dans les complications diabétiques dans un modèle animal de résistance à l’insuline et suggèrent que le récepteur B1 est une cible thérapeutique potentielle dans le diabète et l’obésité.

Expression du récepteur B1 des kinines dans les membranes synoviales ostéoarthritiques humaines

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Localisation, mécanisme d’induction et rôle physiopathologique du récepteur B1 des kinines dans de modèles expérimentaux de douleur chez le rat

Les kinines sont des peptides neuro- et vaso- actifs impliqués dans les processus hémodynamiques, inflammatoires et douloureux. Leurs effets biologiques sont produits par l’entremise de deux types de récepteurs couplés aux protéines G, soit B1 (B1R) et B2 (B2R). Le B1R est inductible, son expression est augmentée à la suite d’un dommage tissulaire ou de l’exposition à des endotoxines bactériennes (lipopolysaccharide bactérien (LPS)), à des cytokines pro-inflammatoires (interleukine-1β (IL-1β), facteur de nécrose tumorale-α (TNF-α)) ou à des espèces réactives oxygénées (ROS). Les travaux présentés dans cette thèse avaient pour objectif d’élucider et/ou de raffiner les connaissances sur 1) la localisation, 2) le mécanisme d’induction et 3) le rôle physiopathologique du B1R dans des modèles expérimentaux de douleur chez le rat. Nos données ont permis de démontrer pour la première fois que le B1R est augmenté de façon significative dans la moelle épinière du rat diabétique de type 1 où il est localisé sur les fibres sensorielles de type C, les astrocytes et les cellules de la microglie (1er article). Également, l’inhibition de l’activation des cellules de la microglie supprime les neuropathies diabétiques, l’expression de médiateurs pro-inflammatoires ainsi que l’activité pro-nociceptive du B1R (2e et 3e articles). Finalement, nous avons démontré que la stimulation systémique du TRPV1 par la capsaïcine induit une surexpression du B1R au niveau microgliale, via un mécanisme impliquant l’augmentation de la production de ROS et possiblement de cytokines (4e article). Ces données nous permettent de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans l’expression et l’activité du B1R. Aussi, elles nous permettent d’imaginer de nouvelles stratégies pour prévenir l’induction du B1R (inhibition du TRPV1) ou son activité délétère (inhibition de l’activation des cellules de la microglie) dans la douleur inflammatoire et neuropathique. 

Le rôle du récepteur B1 des kinines dans le développement de la rétinopathie diabétique

La rétinopathie diabétique est associée à plusieurs changements pathologiques du lit vasculaire rétinien, incluant l’ouverture de la barrière hémato-rétinienne, l’inflammation vasculaire et la modification du débit sanguin. Récemment, il a été proposé que le récepteur B1 des kinines, qui est surexprimé dans la rétine diabétique, puisse être impliqué dans le développement de ces altérations vasculaires. Ainsi, cette thèse présente les effets de traitements pharmacologiques avec des antagonistes du récepteur B1 sur la perfusion rétinienne, la perméabilité vasculaire, l’infiltration des leucocytes (leucostasie), l’expression de médiateurs de l’inflammation et la production d’anion superoxyde dans la rétine du rat rendu diabétique avec la streptozotocine (STZ). Les résultats obtenus montrent que l’application oculaire (10 µl d’une solution à 1%, deux fois par jour pendant 7 jours) de LF22-0542, un antagoniste hydrosoluble du récepteur B1, bloque significativement l’hyperperméabilité vasculaire, la leucostasie, le stress oxydatif et l’expression génique de médiateurs de l’inflammation (B1R, iNOS, COX-2, VEGF-R2, IL-1β et HIF-1α) dans la rétine chez le rat à 2 semaines de diabète. L’administration orale (3 mg/kg) d’un antagoniste non-peptidique et sélectif pour le récepteur B1, le SSR240612, entraîne une diminution du débit sanguin rétinien 4 jours après l’induction du diabète mais n’a aucun effet sur la réduction de la perfusion rétinienne à 6 semaines. Le récepteur B1 joue donc un rôle protecteur au tout début du diabète en assurant le maintien d’un débit sanguin normal dans la rétine; un effet qui n’est toutefois pas maintenu pendant la progression du diabète. Ces données présentent ainsi la dualité du récepteur B1 avec des effets à la fois protecteurs et délétères. Elles suggèrent aussi un rôle important pour le récepteur B1 dans l’inflammation rétinienne et le développement des altérations vasculaires. Le récepteur B1 pourrait donc représenter une nouvelle cible thérapeutique pour le traitement de la rétinopathie diabétique.

L’impact de l’inhibition de la iNOS et de la kininase I dans les effets délétères du récepteur B1 des kinines dans le diabète de type 2

Les kinines sont des peptides vasoactifs et des neuromédiateurs centraux impliqués dans un bon nombre de processus biologiques et inflammatoires. Elles agissent sur deux types de récepteurs (R) couplés aux protéines G, le RB2 constitutif et le RB1 qui est induit par le stress oxydatif et les cytokines pro-inflammatoires via le facteur de transcription nucléaire, le NF-kB. Le RB1 est un puissant activateur de la iNOS et il augmente son expression chez le rat insulino-résistant. Dans ce modèle de rats soumis à une diète riche en D-glucose, un traitement d’une semaine avec un antagoniste non peptidique du RB1, le SSR240612, renverse la plupart des complications diabétiques. Ces travaux nous mènent à émettre l’hypothèse que la iNOS contribue aux effets délétères du RB1 chez le rat insulino-résistant. Nous avons donc évalué les effets d’un traitement prolongé d’une semaine soit avec le 1400W (1 mg/kg x 2 fois/jour), un inhibiteur sélectif de la iNOS, ou avec le Mergetpa (1mg/kg x 2 fois/jour), un inhibiteur non sélectif de la carboxypeptidase M (CPM) qui supprime la formation d’agonistes du RB1. Ces deux traitements devraient reproduire les effets bénéfiques de l’antagoniste du RB1 (SSR240612). En effet, le 1400W et le Mergetpa corrigent l’hyperglycémie, la résistance à l’insuline (l’indice HOMA), l’allodynie au froid et l’expression de plusieurs marqueurs de l’inflammation (Cox-2, iNOS, RB1, IL-1, anion superoxyde). Ces résultats confirment la contribution de la iNOS dans les effets délétères du RB1 chez le rat insulino-résistant. Dans un autre volet, ce mémoire vise à mieux comprendre l’impact de l’inhibition du RB1 par le SSR240612 (10 μg/g/jour) combiné ou pas avec le Pioglitazone (1.6 mg/g/jour) (un anti-diabétique de la famille des thiazolidinediones, le TZD) dans un modèle de diabète de type 2 associé à l’obésité chez la souris C57BL/6J soumise à une diète riche vi en gras pendant vingt semaines. Un traitement pendant deux semaines avec le TZD corrige l’intolérance au glucose et réduit les taux plasmatiques d’insuline alors que le SSR n’a pas d’effet. Les traitements combinés du TZD avec le SSR corrigent davantage la perte de la sensibilité à l’insuline et réduisent les taux plasmatiques de leptine. Les résultats obtenus suggèrent que le SSR n’apporte pas l’effet bénéfique souhaité, dans ce modèle avancé de diabète de type 2, contrairement au modèle des rats insulino-résistants (pré-diabétiques).

Le rôle du récepteur B1 des kinines dans l'insulite et dans les complications du diabète de type 1 dans un modèle de choc spectique

Les kinines sont des peptides vasoactifs et des neuromédiateurs centraux impliqués dans le contrôle cardiovasculaire, la douleur et l’inflammation. Leurs actions sont relayées par deux types de récepteurs couplés aux protéines G : le récepteur B2 (RB2), constitutif, et le récepteur B1 (RB1), inductible en présence de lésions tissulaires, de cytokines pro-inflammatoires, d’endotoxines bactériennes et dans certaines pathologies tel que le diabète. Le diabète sucré augmente à l’échelle mondiale et son étiologie est complexe; il aggrave les infections sévères et augmente la mortalité par hyperbactériémie résistante à un contrôle thérapeutique et une prise en charge en soins intensifs. Les décès surviennent dans la grande majorité des cas à la suite de l'apparition d'une coagulation intra- vasculaire disséminée (CIVD). Ce projet a pour but d’étudier le rôle du RB1 dans la CIVD dans un modèle de diabète de type 1 induit par la streptozotocine (STZ) (Article 1) et dans l’insulite (Article 2). La CIVD est produite par l’injection de lipopolysaccharide (LPS, 2 mg/kg, i.p.), 4 jours après le traitement à la STZ (65 mg/kg, i.p.). Dans le premier article, nous avons montré une augmentation significative de l'œdème et de la perméabilité vasculaire par le bleu d’Évans dans le rein, le poumon, le coeur et le foie chez les rats traités au LPS et/ou à la STZ, une situation qui favorise une hémoconcentration et le développement d'un état d'hypercoagulabilité. Nous avons aussi montré la présence d'indices de thrombus et de lésions tissulaires dans l'étude histologique ainsi qu’une augmentation de l'expression du RB1 dans le coeur, le rein et les plaquettes sanguines. Un traitement avec l’antagoniste du RB1, le SSR240612, a corrigé l’apparition de ces anomalies et a rendu normale la glycémie chez les rats STZ et l’hyperthermie induite par le LPS. De même, le SSR240612 a nettement amélioré la survie des animaux. Les bénéfices du SSR240612 ont été reproduits par l’inhibition de la iNOS avec le 1400W et de la COX-2 avec l’acide niflumique, suggérant que les médiateurs de ces enzymes pro-inflammatoires agissent en aval du RB1.Dans le deuxième article, le rat STZ est traité du jour 4 au jour 7 avec le SSR240612 (10 mg/kg/jr per os). Cet antagoniste du RB1 bloque l’infiltration du pancréas par les macrophages et les lymphocytes TCD4+ qui sont porteurs du RB1. L’antagoniste prévient aussi l’augmentation de l’expression de la iNOS, du TNF-α, du RB1 et du TRPV1 dans le pancréas des rats diabétiques. Le traitement avec l’antagoniste du RB1 a limité la perte des cellules β des îlots de Langerhans et a corrigé l’hypoinsulinémie et l’hyperglycémie. Ces deux études mettent en lumière un rôle important du RB1 dans la létalité associée au choc septique, à la thrombose et à l’insulite. Par conséquent, le RB1 représente une cible thérapeutique prometteuse dans le traitement du diabète et de ses complications.

Two new bradykinin-related peptides from the venom of the social wasp Protopolybia exigua (Saussure)

Two bradykinin-related peptides (Protopolybiakinin-I and Protopolybiakinin-II) were isolated from the venom of the social wasp Protopolybia exigua by RP-HPLC, and sequenced by Edman degradation method. Peptide sequences of Protopolybiakinin-I and Protopolybiakinin-II were DKNKKPIRVGGRRPPGFTR-OH and DKNKKPIWMAGFPGFTPIR-OH, respectively. Synthetic peptides with identical sequences to the bradykinin-related peptides and their biological functions were characterized. Protopolybiakinin-I caused less potent constriction of the isolated rat ileum muscles than bradykinin (BK). In addition, it caused degranulation of mast cells which was seven times more potent than BK. This peptide causes algesic effects due to the direct activation of B-2-receptors. Protopolybiakinin-II is not an agonist of rat ileum muscle and had no algesic effects. However, Protopolybiakinin-II was found to be 10 times more potent as a mast cell degranulator than BK. The amino acid sequence of Protopolybiakinin-I is the longest among the known wasp kinins. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Isolation and sequence determination of peptides in the venom of the spider wasp (Cyphononyx dorsalis) guided by matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight (MALDI-TOF) mass spectrometry

Micro-scale (sub-pmol) isolation and sequence determination of three peptides from the venom of the solitary spider wasp Cyphononyx dorsalis is described. We isolated two novel peptides Cd-125 and Cd-146 and a known peptide Thr(6)-bradykinin from only two venom sacs of solitary spider wasp Cyphononyx dorsalis without bioassay-guided fractionation. but instead guided by MALDI-TOF MS. The MALDI-TOF MS analysis of each fraction showed the purity and molecular weight of the components, which led to the isolation of the peptides virtually without loss of sample amount. The sequences of the novel peptides Cd-125 (Asp-Thr-Ala-Arg-Leu-Lys-Trp-His) and Cd-146 (Ser-Glu-Thr-Gly-Asn-Thr-Val-Thr-Val-Lys-Gly-Phe-Ser-Pro-Leu-Arg) were determined by Edman degradation together with mass spectrometry. and finally corroborated by solid-phase synthesis. The known peptide Thr(6)-bradykinin (Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Thr-Pro-Phe-Arg) was identified by comparison with the synthetic authentic specimen. This is the first example for any kinins to be found in Pompilidae wasp venoms. The procedure reported here can be applicable to studies on many other components of solitary wasp venoms with limited sample availability. (C) 2001 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

Altered Glucose Homeostasis and Hepatic Function in Obese Mice Deficient for Both Kinin Receptor Genes

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