Protein disulfide isomerase redox-dependent association with p47(phox): evidence for an organizer role in leukocyte NADPH oxidase activation

Mechanisms of leukocyte NADPH oxidase regulation remain actively investigated. We showed previously that vascular and macrophage oxidase complexes are regulated by the associated redox chaperone PDI. Here, we investigated the occurrence and possible underlying mechanisms of PDI-mediated regulation of neutrophil NADPH oxidase. In a semirecombinant cell-free system, PDI inhibitors scrRNase (100 mu g/mL) or bacitracin (1 mM) near totally suppressed superoxide generation. Exogenously incubated, oxidized PDI increased (by similar to 40%), whereas PDIred diminished (by similar to 60%) superoxide generation. No change occurred after incubation with PDI serine-mutated in all four redox cysteines. Moreover, a mimetic CxxC PDI inhibited superoxide production by similar to 70%. Thus, oxidized PDI supports, whereas reduced PDI down-regulates, intrinsic membrane NADPH oxidase complex activity. In whole neutrophils, immunoprecipitation and colocalization experiments demonstrated PDI association with membrane complex subunits and prominent thiol-mediated interaction with p47(phox) in the cytosol fraction. Upon PMA stimulation, PDI was mobilized from azurophilic granules to cytosol but did not further accumulate in membranes, contrarily to p47(phox). PDI-p47(phox) association in cytosol increased concomitantly to opposite redox switches of both proteins; there was marked reductive shift of cytosol PDI and maintainance of predominantly oxidized PDI in the membrane. Pulldown assays further indicated predominant association between PDIred and p47(phox) in cytosol. Incubation of purified PDI (> 80% reduced) and p47(phox) in vitro promoted their arachidonate-dependent association. Such PDI behavior is consistent with a novel cytosolic regulatory loop for oxidase complex (re) cycling. Altogether, PDI seems to exhibit a supportive effect on NADPH oxidase activity by acting as a redox-dependent enzyme complex organizer. J. Leukoc. Biol. 90: 799-810; 2011.

PR-39, a proline-rich antibacterial peptide that inhibits phagocyte NADPH oxidase activity by binding to Src homology 3 domains of p47 phox.

Reactive oxygen intermediates generated by the phagocyte NADPH oxidase are critically important components of host defense. However, these highly toxic oxidants can cause significant tissue injury during inflammation; thus, it is essential that their generation and inactivation are tightly regulated. We show here that an endogenous proline-arginine (PR)-rich antibacterial peptide, PR-39, inhibits NADPH oxidase activity by blocking assembly of this enzyme through interactions with Src homology 3 domains of a cytosolic component. This neutrophil-derived peptide inhibited oxygen-dependent microbicidal activity of neutrophils in whole cells and in a cell-free assay of NADPH oxidase. Both oxidase inhibitory and direct antimicrobial activities were defined within the amino-terminal 26 residues of PR-39. Oxidase inhibition was attributed to binding of PR-39 to the p47phox cytosolic oxidase component. Its effects involve both a polybasic amino-terminal segment and a proline-rich core region of PR-39 that binds to the p47phox Src homology 3 domains and, thereby, inhibits interaction with the small subunit of cytochrome b558, p22phox. These findings suggest that PR-39, which has been shown to be involved in tissue repair processes, is a multifunctional peptide that can regulate NADPH oxidase production of superoxide anion O2-. thus limiting excessive tissue damage during inflammation.

Mapping sites of interaction of p47-phox and flavocytochrome b with random-sequence peptide phage display libraries.

During assembly of the phagocyte NADPH oxidase, cytosolic p47-phox translocates to the plasma membrane and binds to flavocytochrome b, and binding domains for p47-phox have been identified on the C-terminal tails of both flavocytochrome b subunits. In the present report, we further examine the interaction of these two oxidase components by using random-sequence peptide phage display library analysis. Screening p47-phox with the peptide libraries identified five potential sites of interaction with flavocytochrome b, including three previously reported regions of interaction and two additional regions of interaction of p47-phox with gp91-phox and p22-phox. The additional sites were mapped to a domain on the first predicted cytosolic loop of gp91-phox encompassing residues S86TRVRRQL93 and to a domain near the cytosolic C-terminal tail of gp91-phox encompassing residues F450EWFADLL457. The mapping also confirmed a previously reported binding domain on gp91-phox (E554SGPRGVHFIF564) and putative Src homology 3 domain binding sites on p22-phox (P156PRPP160 and G177GPPGGP183). To demonstrate that the additional regions identified were biologically significant, peptides mimicking the gp91-phox sequences F77LRGSSACCSTRVRRQL93 and E451WFADLLQLLESQ463 were synthesized and assayed for their ability to inhibit NADPH oxidase activity. These peptides had EC50 values of 1 microM and 230 microM, respectively, and inhibited activation when added prior to assembly but did not affect activity of the preassembled oxidase. Our data demonstrate the usefulness of phage display library analysis for the identification of biologically relevant sites of protein-protein interaction and show that the binding of p47-phox to flavocytochrome b involves multiple binding sites along the C-terminal tails of both gp91- and p22-phox and other regions of gp91-phox nearer to the N terminus.

Effect of academic psychological stress in post-graduate students: The modulatory role of cortisol on superoxide release by neutrophils

Experimental and clinical evidence shows that neutrophils play an important role in the mechanism of tissue injury in immune complex diseases through the generation of reactive oxygen species. In this study, we examined the influence of academic psychological stress in post-graduate students on the capacity of their blood neutrophils to release superoxide when stimulated by immune complexes bound to nonphagocytosable surfaces and investigated the modulatory effect of cortisol on this immune function. The tests were performed on the day before the final examination. The state-trait anxiety inventory questionnaire was used to examine whether this stressful event caused emotional distress. In our study, the psychological stress not only increased plasma cortisol concentration, but it also provoked a reduction in superoxide release by neutrophils. This decrease in superoxide release was accompanied by diminished mRNA expression for subunit p47(phox) of the phagocyte superoxide-generating nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-oxidase. These inhibitory effects were also observed by in vitro exposure of neutrophils from control volunteers to 10(-7) M hydrocortisone, and could be prevented by the glucocorticoid receptor antagonist RU-486. These results show that in a situation of psychological stress, the increased levels of cortisol could inhibit superoxide release by neutrophils stimulated by IgG immune complexes bound to nonphagocytosable surfaces, which could attenuate the inflammatory state.

Selective inhibition of inducible nitric oxide synthase prevents lipid peroxidation in cartilage from patients with osteoarthritis.

INTRODUCTION: Emerging evidence indicates that nitric oxide (NO), which is increased in osteoarthritic (OA) cartilage, plays a role in 4-hydroxynonenal (HNE) generation through peroxynitrite formation. HNE is considered as the most reactive product of lipid peroxidation (LPO). We have previously reported that HNE levels in synovial fluids are more elevated in knees of OA patients compared to healthy individuals. We also demonstrated that HNE induces a panoply of inflammatory and catabolic mediators known for their implication in OA cartilage degradation. The aim of the present study was to investigate the ability of inducible NO synthase (iNOS) inhibitor, L-NIL (L-N6-(L-Iminoethyl)Lysine), to prevent HNE generation through NO inhibition in human OA chondrocytes. METHOD: Cells and cartilage explants were treated with or without either an NO generator (SIN or interleukin 1beta (IL-1β)) or HNE in absence or presence of L-NIL. Protein expression of both iNOS and free-radical-generating NOX subunit p47 (phox) were investigated by western blot. iNOS mRNA detection was measured by real-time RT-PCR. HNE production was analysed by ELISA, Western blot and immunohistochemistry. S-nitrosylated proteins were evaluated by Western Blot. Prostaglandin E2 (PGE2) and metalloproteinase 13 (MMP-13) levels as well as glutathione S-transferase (GST) activity were each assessed with commercial kits. NO release was determined using improved Griess method. Reactive oxygen species (ROS) generation was revealed using fluorescent microscopy with the use of commercial kits. RESULTS: L-NIL prevented IL-1β-induced NO release, iNOS expression at protein and mRNA levels, S-nitrosylated proteins and HNE in a dose dependent manner after 24h of incubation. Interestingly, we revealed that L-NIL abolished IL-1β-induced NOX component p47phox as well as ROS release. The HNE-induced PGE2 release and both cyclooxygenase-2 (COX-2) and MMP-13 expression were significantly reduced by L-NIL addition. Furthermore, L-NIL blocked the IL-1β induced inactivation of GST, an HNE-metabolizing enzyme. Also, L-NIL prevented HNE induced cell death at cytotoxic levels. CONCLUSION: Altogether, our findings support a beneficial effect of L-NIL in OA by preventing LPO process in NO-dependent and/or independent mechanisms.

Upregulation of gp91(phox) Subunit of NAD(P)H Oxidase Contributes to Erectile Dysfunction Caused by Long-term Nitric Oxide Inhibition in Rats: Reversion by Regular Physical Training

OBJECTIVES To test the hypothesis that glyco protein 91phox (gp91(phox)) subunit of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate [NAD(P) H] oxidase is a fundamental target for physical activity to ameliorate erectile dysfunction (ED). Vascular risk factors are reported to contribute to ED. Regular physical exercise prevents cardiovascular diseases by increasing nitric oxide (NO) production and/or decreasing NO inactivation. METHODS Male Wistar rats received the NO synthesis inhibitor N(omega)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) for 4 weeks, after which animals were submitted to a run training program for another 4 weeks. Erectile functions were evaluated by in vitro cavernosal relaxations and intracavernous pressure measurements. Expressions of gp91(phox) subunit and neuronal nitric oxidase synthase in erectile tissue, as well as superoxide dismutase activity and nitrite/nitrate (NO(x)) levels were determined. RESULTS The in vitro acetylcholine-and electrical field stimulation-induced cavernosal relaxations, as well as the increases in intracavernous pressure were markedly reduced in sedentary rats treated with L-NAME. Run training significantly restored the impaired cavernosal relaxations. No alterations in the neuronal nitric oxidase synthase protein expression (and its variant penile neuronal nitric oxidase synthase) were detected. A reduction of NO(x) levels and superoxide dismutase activity was observed in L-NAME-treated animals, which was significantly reversed by physical training. Gene expression of subunit gp91(phox) was enhanced by approximately 2-fold in erectile tissue of L-NAME-treated rats, and that was restored to basal levels by run training. CONCLUSIONS Our study shows that ED seen after long-term L-NAME treatment is associated with gp91(phox) subunit upregulation and decreased NO bioavailability. Exercise training reverses the increased oxidative stress in NO-deficient rats, ameliorating the ED. UROLOGY 75: 961-967, 2010. (C) 2009 Elsevier Inc.

Upregulation of gp91(phox) Subunit of NAD(P)H Oxidase Contributes to Erectile Dysfunction Caused by Long-term Nitric Oxide Inhibition in Rats: Reversion by Regular Physical Training

OBJECTIVES To test the hypothesis that glyco protein 91phox (gp91(phox)) subunit of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate [NAD(P) H] oxidase is a fundamental target for physical activity to ameliorate erectile dysfunction (ED). Vascular risk factors are reported to contribute to ED. Regular physical exercise prevents cardiovascular diseases by increasing nitric oxide (NO) production and/or decreasing NO inactivation.METHODS Male Wistar rats received the NO synthesis inhibitor N(omega)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) for 4 weeks, after which animals were submitted to a run training program for another 4 weeks. Erectile functions were evaluated by in vitro cavernosal relaxations and intracavernous pressure measurements. Expressions of gp91(phox) subunit and neuronal nitric oxidase synthase in erectile tissue, as well as superoxide dismutase activity and nitrite/nitrate (NO(x)) levels were determined.RESULTS The in vitro acetylcholine-and electrical field stimulation-induced cavernosal relaxations, as well as the increases in intracavernous pressure were markedly reduced in sedentary rats treated with L-NAME. Run training significantly restored the impaired cavernosal relaxations. No alterations in the neuronal nitric oxidase synthase protein expression (and its variant penile neuronal nitric oxidase synthase) were detected. A reduction of NO(x) levels and superoxide dismutase activity was observed in L-NAME-treated animals, which was significantly reversed by physical training. Gene expression of subunit gp91(phox) was enhanced by approximately 2-fold in erectile tissue of L-NAME-treated rats, and that was restored to basal levels by run training.CONCLUSIONS Our study shows that ED seen after long-term L-NAME treatment is associated with gp91(phox) subunit upregulation and decreased NO bioavailability. Exercise training reverses the increased oxidative stress in NO-deficient rats, ameliorating the ED. UROLOGY 75: 961-967, 2010. (C) 2009 Elsevier B.V.

Cannabinoid 1 receptor promotes cardiac dysfunction, oxidative stress, inflammation, and fibrosis in diabetic cardiomyopathy.

Endocannabinoids and cannabinoid 1 (CB(1)) receptors have been implicated in cardiac dysfunction, inflammation, and cell death associated with various forms of shock, heart failure, and atherosclerosis, in addition to their recognized role in the development of various cardiovascular risk factors in obesity/metabolic syndrome and diabetes. In this study, we explored the role of CB(1) receptors in myocardial dysfunction, inflammation, oxidative/nitrative stress, cell death, and interrelated signaling pathways, using a mouse model of type 1 diabetic cardiomyopathy. Diabetic cardiomyopathy was characterized by increased myocardial endocannabinoid anandamide levels, oxidative/nitrative stress, activation of p38/Jun NH(2)-terminal kinase (JNK) mitogen-activated protein kinases (MAPKs), enhanced inflammation (tumor necrosis factor-α, interleukin-1β, cyclooxygenase 2, intracellular adhesion molecule 1, and vascular cell adhesion molecule 1), increased expression of CB(1), advanced glycation end product (AGE) and angiotensin II type 1 receptors (receptor for advanced glycation end product [RAGE], angiotensin II receptor type 1 [AT(1)R]), p47(phox) NADPH oxidase subunit, β-myosin heavy chain isozyme switch, accumulation of AGE, fibrosis, and decreased expression of sarcoplasmic/endoplasmic reticulum Ca(2+)-ATPase (SERCA2a). Pharmacological inhibition or genetic deletion of CB(1) receptors attenuated the diabetes-induced cardiac dysfunction and the above-mentioned pathological alterations. Activation of CB(1) receptors by endocannabinoids may play an important role in the pathogenesis of diabetic cardiomyopathy by facilitating MAPK activation, AT(1)R expression/signaling, AGE accumulation, oxidative/nitrative stress, inflammation, and fibrosis. Conversely, CB(1) receptor inhibition may be beneficial in the treatment of diabetic cardiovascular complications.

Association of NAD(P)H Oxidase with Glucose-Induced Insulin Secretion by Pancreatic beta-Cells

We previously described the presence of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate reduced form [NAD(P)H] oxidase components in pancreatic beta-cells and its activation by glucose, palmitic acid, and proinflammatory cytokines. In the present study, the importance of the NAD(P)H oxidase complex for pancreatic beta-cell function was examined. Rat pancreatic islets were incubated in the presence of glucose plus diphenyleneiodonium, a NAD(P)H oxidase inhibitor, for 1 h or with the antisense oligonucleotide for p47(PHOX) during 24 h. Reactive oxygen species (ROS) production was determined by a fluorescence assay using 2,7-dichlorodihydrofluorescein diacetate. Insulin secretion, intracellular calcium responses, [U-(14)C] glucose oxidation, and expression of glucose transporter-2, glucokinase and insulin genes were examined. Antisense oligonucleotide reduced p47(PHOX) expression [an important NAD(P)H oxidase cytosolic subunit] and similarly to diphenyleneiodonium also blunted the enzyme activity as indicated by reduction of ROS production. Suppression of NAD(P)H oxidase activity had an inhibitory effect on intracellular calcium responses to glucose and glucose-stimulated insulin secretion by isolated islets. NAD(P)H oxidase inhibition also reduced glucose oxidation and gene expression of glucose transporter-2 and glucokinase. These findings indicate that NAD(P)H oxidase activation plays an important role for ROS production by pancreatic beta-cells during glucose-stimulated insulin secretion. The importance of this enzyme complex for the beta-cell metabolism and the machinery involved in insulin secretion were also shown. (Endocrinology 150: 2197-2201, 2009)

Histone deacetylase inhibitors impair antibacterial defenses of macrophages

Les déacetylases d'histones (HDACs) déacétylent non seulement les histones, ce qui a généralement pour effet d'augmenter la transcription et l'expression génique, mais également d'autres protéines comme par exemple des protéines de choc thermique (HSP90), la tubuline alpha, certains récepteurs aux stéroïdes ainsi que de nombreux facteurs de transcription (NF-kB p65, Sp1, etc.). Ainsi les HDACs participent au contrôle de nombreux processus cellulaires. Les inhibiteurs des HDACs (ou HDACi), de part leur capacité à induire la différenciation cellulaire et l'apoptose, sont parmi les anti-cancéreux les plus prometteurs en cours de développement pour dans le traitement des néoplasies solides et hématologiques. Récemment, l'activité anti-inflammatoire et immuno- modulatrice des HDACi a été mise en évidence et exploitée avec succès pour le traitement de pathologies auto-immunes dans des modèles précliniques. L'effet des HDACi sur la réponse immunitaire innée restant largement inconnu, nous avons entrepris la première étude d'envergure dans ce domaine. Dans un premier article, nous démontrons que les HDACi inhibent l'expression de nombreux gènes (récepteurs aux produits microbiens, cytokines, chimiokines, molécules d'adhésion et co-stimulatrices, facteurs de croissance, etc.) impliqués dans les défenses anti¬infectieuses in vitro. En accord avec ces données, les HDACi augmentent la mortalité d'animaux infectés dans des modèles de pneumonie et de candidose bénignes. De manière congruente, les HDACi protègent les animaux de mortalité induite par choc toxique et septique en inhibant la réponse inflammatoire exubérante qui caractérise ces pathologies (Roger T. et al., Blood 2011). Afin de caractériser plus en détails l'influence des HDACi sur la réponse immunitaire innée, nous avons également analysé l'impact de deux HDACi, l'acide valproïque (VPA) et la trichostatin A (TSA), sur les principaux mécanismes de défenses antimicrobiennes des macrophages. Dans un second article (Mombelli et al., Journal of Infectious Diseases 2011), nous rapportons que la VPA et la TSA diminuent la capacité des macrophages à phagocyter et à détruire les bactéries Gram-positives Staphylococcus aureus et Gram-négatives Escherichia coli. En accord avec ces données, les HDACi inhibent l'expression de molécules impliquées dans la phagocytose comme les récepteurs éboueurs (Msr 1 et CD14) et de type lectine (Dectin 1), ainsi que les récepteurs aux opsonines (intégrines). Par ailleurs, les HDACi interfèrent avec l'expression de différentes sous unités de la NADPH oxydase (gp91p"ox, p22 phox, p47 phox, p40 phox, p67 phox et Rac2) et de l'oxyde nitrique (NO) synthétase inductible (iNOS), qui sont responsables de la production de dérivés oxygénés (ROS) et nitrogénés (NO) essentiels à la destruction des microorganismes dans le phagolysosome. En résumé, cette étude décrit des mécanismes par lesquels les HDACi diminuent la capacité d'ingérer et de détruire les bactéries, et ainsi augmentent la susceptibilité aux infections. Globalement, nos données indiquent que les HDACi sont de puissants anti¬inflammatoires qui pourraient favoriser la survenue d'infections chez les patients cancéreux traités avec ces drogues, comme semble par ailleurs le suggérer des études cliniques rapportées dans la littérature. Nous proposons un suivi clinique infectieux strict chez les patients traités avec ces agents.

Xanthine oxidase inhibitor allopurinol attenuates the development of diabetic cardiomyopathy.

In this study, we investigated the effect of the xanthine oxidase (XO) inhibitor, allopurinol (ALP), on cardiac dysfunction, oxidative-nitrosative stress, apoptosis, poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) activity and fibrosis associated with diabetic cardiomyopathy in mice. Diabetes was induced in C57/BL6 mice by injection of streptozotocin. Control and diabetic animals were treated with ALP or placebo. Left ventricular systolic and diastolic functions were measured by pressure-volume system 10 weeks after established diabetes. Myocardial XO, p22(phox), p40(phox), p47(phox), gp91(phox), iNOS, eNOS mRNA and/or protein levels, ROS and nitrotyrosine (NT) formation, caspase3/7 and PARP activity, chromatin fragmentation and various markers of fibrosis (collagen-1, TGF-beta, CTGF, fibronectin) were measured using molecular biology and biochemistry methods or immunohistochemistry. Diabetes was characterized by increased myocardial, liver and serum XO activity (but not expression), increased myocardial ROS generation, p22(phox), p40(phox), p47(phox), p91(phox) mRNA expression, iNOS (but not eNOS) expression, NT generation, caspase 3/7 and PARP activity/expression, chromatin fragmentation and fibrosis (enhanced accumulation of collagen, TGF-beta, CTGF and fibronectin), and declined systolic and diastolic myocardial performance. ALP attenuated the diabetes-induced increased myocardial, liver and serum XO activity, myocardial ROS, NT generation, iNOS expression, apoptosis, PARP activity and fibrosis, which were accompanied by improved systolic (measured by the evaluation of both load-dependent and independent indices of myocardial contractility) and diastolic performance of the hearts of treated diabetic animals. Thus, XO inhibition with ALP improves type 1 diabetes-induced cardiac dysfunction by decreasing oxidative/nitrosative stress and fibrosis, which may have important clinical implications for the treatment and prevention of diabetic cardiomyopathy and vascular dysfunction.

Role of superoxide, nitric oxide, and peroxynitrite in doxorubicin-induced cell death in vivo and in vitro.

Doxorubicin (DOX) is a potent available antitumor agent; however, its clinical use is limited because of its cardiotoxicity. Cell death is a key component in DOX-induced cardiotoxicity, but its mechanisms are elusive. Here, we explore the role of superoxide, nitric oxide (NO), and peroxynitrite in DOX-induced cell death using both in vivo and in vitro models of cardiotoxicity. Western blot analysis, real-time PCR, immunohistochemistry, flow cytometry, fluorescent microscopy, and biochemical assays were used to determine the markers of apoptosis/necrosis and sources of NO and superoxide and their production. Left ventricular function was measured by a pressure-volume system. We demonstrated increases in myocardial apoptosis (caspase-3 cleavage/activity, cytochrome c release, and TUNEL), inducible NO synthase (iNOS) expression, mitochondrial superoxide generation, 3-nitrotyrosine (NT) formation, matrix metalloproteinase (MMP)-2/MMP-9 gene expression, poly(ADP-ribose) polymerase activation [without major changes in NAD(P)H oxidase isoform 1, NAD(P)H oxidase isoform 2, p22(phox), p40(phox), p47(phox), p67(phox), xanthine oxidase, endothelial NOS, and neuronal NOS expression] and decreases in myocardial contractility, catalase, and glutathione peroxidase activities 5 days after DOX treatment to mice. All these effects of DOX were markedly attenuated by peroxynitrite scavengers. Doxorubicin dose dependently increased mitochondrial superoxide and NT generation and apoptosis/necrosis in cardiac-derived H9c2 cells. DOX- or peroxynitrite-induced apoptosis/necrosis positively correlated with intracellular NT formation and could be abolished by peroxynitrite scavengers. DOX-induced cell death and NT formation were also attenuated by selective iNOS inhibitors or in iNOS knockout mice. Various NO donors when coadministered with DOX but not alone dramatically enhanced DOX-induced cell death with concomitant increased NT formation. DOX-induced cell death was also attenuated by cell-permeable SOD but not by cell-permeable catalase, the xanthine oxidase inhibitor allopurinol, or the NADPH oxidase inhibitors apocynine or diphenylene iodonium. Thus, peroxynitrite is a major trigger of DOX-induced cell death both in vivo and in vivo, and the modulation of the pathways leading to its generation or its effective neutralization can be of significant therapeutic benefit.

Rôle du système rénine-angiotensine intrarénal dans l’hypertension et les dommages rénaux chez les souris transgéniques diabétiques

Plusieurs expériences et études cliniques ont démontré que l’activation du système rénine-angiotensine (RAS) peut induire l’hypertension, un facteur de risque majeur pour les maladies cardiovasculaires et rénales. L’angiotensinogène (Agt) est l’unique substrat du RAS. Cependant, il n’a pas encore été démontré si l’activation du RAS intrarénal peut à elle seule induire des dommages rénaux, indépendamment de l’hypertension systémique, et ainsi jouer un rôle prépondérant dans la progression de la néphropathie diabétique. Afin d’explorer le rôle du RAS intrarénal dans les dommages rénaux, un diabète a été induit par l’injection de streptozotocin chez des souris transgéniques (Tg) surexprimant l’Agt de rat dans les cellules des tubules proximaux du rein (RPTC). Les souris Tg diabétiques ont été traitées soit avec des inhibiteurs du RAS (perindopril et losartan), de l’insuline ou une combinaison des deux pour 4 semaines avant d’être euthanasiées. Pour une autre étude, des souris Tg non-diabétiques ont été traitées soit avec des inhibiteurs du RAS, l’hydralazine (vasodilatateur) ou l’apocynine (inhibiteur de la NADPH oxydase) pour une période de 8 semaines avant l’euthanasie. Des souris non-Tg ont été utilisées comme contrôles. Des cellules immortalisées de tubule proximal de rat (IRPTC) transfectées de manière stable avec un plasmide contenant l’Agt ou un plasmide contrôle ont été employées comme modèle in vitro. Nos résultats ont démontré que les souris Tg présentaient une augmentation significative de la pression systolique, l’albuminurie, l’apoptose des RPTC et l’expression de gènes pro-apoptotiques par rapport aux souris non-Tg. Les mêmes changements ont été observés chez les souris Tg diabétiques par rapport aux souris non-Tg diabétiques. L’insuline et/ou les inhibiteurs du RAS ont permis d’atténuer ces changements, sauf l’hypertension qui n’était réduite que par les inhibiteurs du RAS. Chez les IRPTC transfectées avec l’Agt in vitro, les hautes concentrations de glucose augmentent l’apoptose et l’activité de la caspase-3 par rapport aux cellules contrôles et l’insuline et/ou les inhibiteurs du RAS empêchent ces augmentations. En plus des changements physiologiques, les RPTC des souris Tg présentent aussi une augmentation significative de la production des espèces réactive de l’oxygène (ROS) et de l’activité de la NADPH oxydase, ainsi qu’une augmentation de l’expression du facteur de croissance transformant-beta 1 (TGF-β1), de l’inhibiteur activateur du plasminogène de type 1 (PAI-1), des protéines de la matrice extracellulaire, du collagène de type IV et de la sousunité p47 de la NADPH oxydase. Le traitement des souris Tg avec l’apocynine et le perindopril a permis d’améliorer tous ces changements, sauf l’hypertension qui n’était pas corrigée par l’apocynine. D’autre part, l’hydralazine a prévenu l’hypertension, sans modifier l’albuminurie, l’apoptose des RPTC ou l’expression des gènes pro-apoptotiques. Ces résultats montrent bien que l’activation du RAS intrarénal et l’hyperglycémie agissent de concert pour induire l’albuminurie et l’apoptose des RPTC, indépendamment de l’hypertension systémique. La génération des ROS via l’activation de la NADPH oxydase induit en partie l’action du RAS intrarénal sur l’apoptose des RPTC, la fibrose tubulo-interstitielle et l’albuminurie chez les souris Tg. D’autre part, une expérience en cours a tenté d’encore mieux délimiter les effets de l’activation du RAS intrarénal, tout en éliminant la néphrotoxicité du STZ. Pour cette étude, les souris Tg surexprimant l’Agt de rat dans leurs RPTC ont été croisées aux souris Ins2Akita, un modèle spontané de diabète de type I, afin de générer des souris Akita-rAgt-Tg. Les résultats préliminaires indiquent que le RAS intrarénal est activé dans les souris Akita et que la combinaison avec l’hyperglycémie induit du stress du réticulum endoplasmique (ER) dans les RPTC in vivo. Le stress du ER contribue à l’apoptose des RPTC observée dans le diabète, à tout le moins dans le modèle Akita. Le traitement avec des inhibiteurs du RAS permet d’atténuer certains des dommanges rénaux observés dans les souris Akita-rAgt-Tg.

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

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

Angiotensin II induces superoxide generation via NAD(P)H oxidase activation in isolated rat pancreatic islets

Angiotensin II (Ang II) controls blood pressure, electrolyte balance, cell growth and vascular remodeling. Ang II activates NAD(P)H oxidase in several tissues with important function in the control of insulin secretion. Considering the concomitant occurrence of hypertension, insulin resistance and pancreatic B cell secretion impairment in the development of type II diabetes the aim of the present study was to evaluate the effect of ANG II on NAD(P)H oxidase activation in isolated pancreatic islets. We found that ANGII-induced superoxide generation via NAD(P)H oxidase activation and increased protein and mRNA levels of NAD(P)H oxidase subunits (p47(PHOX) and gp91(PHOX)). (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.