Altered Purinergic Signalling in Endothelial Cells Represents a Novel Mechanism of Pulmonary Vascular Disease
| Title: | Altered Purinergic Signalling in Endothelial Cells Represents a Novel Mechanism of Pulmonary Vascular Disease |
| Author(s): | Komulainen, Anne |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Biosciences |
| Discipline: | Physiology |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2013 |
| Abstract: |
Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a progressive and devastating disease with poorly understood pathogenesis. It is characterized by abnormal remodelling of pulmonary vasculature due to uncontrolled apoptosis and proliferation of endothelial (ECs) and smooth muscle cells (SMCs) in vascular wall. In severe PAH pulmonary ECs exhibit hyperproliferative and apoptosis resistant phenotype contributing to the formation of neointima and development of plexiformic lesions. Structural changes promote occlusion of vascular lumen, and thus, increase in pulmonary vascular resistance. To date we lack efficient therapy to prevent vascular remodelling and restore normal vascular function in PAH.
Purinergic signalling is potential modulator of pulmonary vascular homeostasis. It comprises of extracellular nucleotides, such as ATP, which signal through their receptors on cell membrane. Ectoenzymes with nucleotide hydrolyzing activity have an essential part in controlling homeostasis and physiologic concentration of extracellular nucleotides. Ectoenzyme CD39 plays a crucial role in dephosphorylating ATP, which is a known mediator of inflammation, angiogenesis, thrombosis and vasoconstriction according to previous research.
Aims of this project were to study the role of extracellular ATP in pulmonary endothelial dysfunction during PAH pathogenesis. The goal was to evaluate the significance of ATPases, such as CD39, in the disease process and to identify significant ATP receptors on pulmonary ECs. We utilized a previously unused strategy to monitor ATPase activity in vivo in pulmonary endothelium of rats with PAH. With this strategy we could identify changes in a time-line manner. Our results indicate that ATPase activity is significantly attenuated in ECs during disease process. Similar finding was also observed in human pulmonary EC isolated from PAH patients suggesting that loss of ATPase activity mediated increase of extracellular ATP could play a role in disease pathogenesis. Our in vitro experiments reveal that loss-of CD39 in human pulmonary ECs leads to an apoptosis resistant and hyperproliferative phenotype. We also identify that purinergic receptor P2Y11 is a critical mediator of ATP responses in these ECs. Suppression of ATP mediated P2Y11 response in apoptosis resistant PAH patient ECs restores normal EC phenotype and thus, suggests a novel therapeutic strategy for pulmonary occlusive vasculopathy.
Keuhkovaltimoiden verenpainetauti on kohtalokas ja etenevä keuhkoverisuonten sairaus, jonka syntymekanismeja ja kehitykseen vaikuttavia tekijöitä tunnetaan puutteellisesti. Taudinkuvalle on ominaista keuhkoverisuonten seinämän endoteeli- ja sileälihassolujen häiriintynyt apoptoosi- ja proliferaatioherkkyys, joka johtaa suonenseinämän poikkeavaan paksuuntumiseen ja toiminnan häiriöön. Pitkälle edenneessä taudissa erityisesti pienet valtimot ovat alttiita tukkeumille, koska endoteelisolut ovat muuttuneet apoptoosille vastustuskykyisiksi ja hyperproliferatiivisiksi muodostaen komplekseja pleksiformisia leesioita suonenseinämään. Muutokset valtimon seinämärakenteessa johtavat verisuonen ontelon kaventumiseen ja keuhkoverenpaineen kohoamiseen. Keuhkovaltimoiden verenpainetaudille ei ole tehokasta lääkitystä, joka pysäyttäisi rakenteellisten muutosten kehittymisen verisuonissa.
Puriinisignalointi säätelee verisuonten toimintaa. Yksinkertaistettuna se tarkoittaa endoteelisoluista vapautettuja nukleotideja, kuten ATP:ta, jotka toimivat solun ulkopuolisina signaalimolekyyleinä välittäen soluvasteen solukalvon puriinireseptorien kautta. Solunulkopuoliset ektoentsyymit säätelevät nukleotidien konsentraatiota ja verisuonten homeostasiaa pilkkomalla nukleotideja. Tärkeä merkitys on ATP:ta pilkkovalla ektoentsyymi CD39:llä, sillä solun ulkopuolisen ATP:n tiedetään aiheuttavan suonistossa mm. tulehdusta, angiogeneesia, tromboosien muodostumista sekä vasokonstriktiota.
Projektimme tarkoituksena oli tutkia CD39-aktiivisuuden ja keuhkovaltimoiden verenpainetaudin yhteyttä toisiinsa. Lisäksi halusimme tutkia kohonneen solunulkopuolisen ATP-pitoisuuden vaikutusta keuhkoendoteelisolujen fenotyyppiin. Halusimme myös määrittää reseptorin, joka välittää ATP-signaalin soluun. Tutkimme endoteelisolujen CD39-aktiivisuuden muutoksia aikajanalla uudella in vivo-menetelmällä rottamallissa, jossa keuhkoverenpainetauti oli aiheutettu monokrotaliini-injektiolla. Tutkimme myös tämän entsyymin aktiivisuutta ja ekspressiota terminaalivaiheen potilaiden keuhkoendoteeleissa. Sen lisäksi mallinsimme CD39-vaimennettujen solujen toimintaa siRNA-menetelmällä ja elatusliuokseen lisätyn ATP:n avulla, koska halusimme selvittää alentuneen CD39-aktiivisuuden vaikutusta endoteelisolujen apoptoosiin ja proliferaatioherkkyyteen. Lopuksi tutkimme keuhkoendoteelisolujen P2Y11-reseptorin osallisuutta ATP-signaloinnissa siRNA-menetelmää hyödyntäen.
Havaitsimme CD39-aktiivisuuden alenemisen ja siitä johtuvan solunulkopuolisen ATP-pitoisuuden lisääntymisen olevan yhteydessä keuhkovaltimoiden verenpainetaudin patofysiologiaan. ATP lisää keuhkoendoteelien apoptoosiresistenssiä ja proliferaatioherkkyyttä, mikä on myös tyypillistä endoteelisoluille pitkälle kehittyneessä keuhkovaltimoiden verenpainetaudissa. ATP-vaste välittyy endoteelisoluihin P2Y11-reseptorin kautta. Tutkimuksessani esitetty purinergisen signaloinnin epätasapaino antaa mahdollisuuden jatkotutkimuksille jotka tähtäävät purinergiseen signalointiin kohdennettujen PAH-terapioiden kehittämisen.
|
| Keyword(s): | keuhkovaltimoverenpainetauti verisuonten rakenteen muuttuminen endoteelisolut puriinisignalointi IPAH ATP CD39 P2Y11 vascular remodelling endothelial cells purinergic signalling IPAH ATP CD39 P2Y11 |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Anne KomulainenGradu 040513.pdf | 1.950Mb |