Purinergic signaling in pathological pulmonary vascular remodeling

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1468-6
Title: Purinergic signaling in pathological pulmonary vascular remodeling
Alternative title: Puriiniviestintä pahanlaatuisissa keuhkojen verisuonimuutoksissa
Author: Helenius, Mikko
Contributor organization: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Institute of Clinical Medicine
MediCity, University of Turku
Helsingin yliopisto, lääketieteellinen tiedekunta, kliininen laitos
Helsingfors universitet, medicinska fakulteten, institutionen för klinisk medicin
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2015-10-30
Language: eng
Belongs to series: URN:ISSN:2342-‐317X
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1468-6
http://hdl.handle.net/10138/156581
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Irreversible vascular remodeling has a central role in a variety of pathophysiological conditions including pulmonary arterial hypertension (PAH). Hypoxia and inflammation are prominent features in PAH, along with hyperplasia and hypertrophy of vessel wall layers. Although, endothelial cell (EC) dysfunction is thought to drive the multiple forms of vascular remodeling, the origins of this phenomenon are poorly understood. Extracellular ATP and its metabolites are important regulators of vascular tone, permeability, and homeostasis. Yet little is known about their role in pathological vascular remodeling. By using chronic hypoxia and PAH animal models as well as human PAH patient samples, this study was undertaken to evaluate the catalytic activities and expression levels of nucleoside triphosphate diphosphohydrolase-1 (NTPDase1, otherwise known as CD39) and other purine-converting ectoenzymes with a primary focus on vascular EC. For this purpose we employed thin-layer chromatographic enzyme assays with 3H-labelled nucleotide substrates, in combination with various immunoassays and qPCR. In addition we have developed a highly sensitive assay for simultaneous sensing of extracellular ATP and its metabolites and also a novel method for measuring CD39 activity in modeled to in vivo conditions. In functional assays, cells or animals were stimulated through purine signaling pathways and proliferation, apoptosis, permeability, and DNA damage were assayed. Our results clearly demonstrated that the activity of CD39 was downregulated in chronic hypoxia, monocrotaline induced animal models of PAH and in human PAH patients. Attenuated enzyme activities could create a niche in the vasculature where ATP levels were increased and adenosine levels were decreased. Even a small increase in ATP concentration was enough to induce an apoptosis-resistant, hyper-proliferative, and DNA-damageresistant phenotype in ECs of pulmonary origin. The observed effects were at least partly dependent on P2Y11 receptor activation. In addition, we found that low ATP concentrations could induce pulmonary smooth muscle cell proliferation and migration. Interestingly, we found that small apelin peptide could directly restore the downregulated CD39 activity. This study implies that purinergic signaling, ATP mediated cell activation in particular, plays a truly significant role in pathological vascular remodeling, and that it could be used as a therapeutic target. Moreover, purinergic signaling pathways could be used before vascular injury to precondition EC against irradiation or chemotherapy induced DNA damage.Verisuonen seinämän paksuuntuminen ja lopulta suonen umpeutuminen johtaa vakaviin ja vaikeasti hoidettaviin verisuonisaurauksiin. Tätä verisuonten paksuuntumista nähdään erityisesti keuhkoverenpainetaudissa, valtimonkovettumataudissa sekä diabetespotilailla, joilla on usein heikentynyt valtimoverenkierto. Keuhkoverenpainetaudin ainoa parantava hoito on sydämen ja keuhkojen siirto. Keuhkoverenpainetauti voi kehittyä ikään ja sukupuoleen katsomatta mutta yleisin potilasryhmä on keski-ikäiset naiset. Diagnoosin jälkeen keskimääräinen eiliniänodote lääkityksellä on noin kymmenen vuotta. Keuhkoverenpainetauti on perinnöllinen ja yhteydessä tiettyihin toisiin sairauksiin, mutta se voi kehittyä myös satunnaisesti, jolloin puhutaan taudin idiopaattisesta muodosta. Idiopaattisen muodon taustalla olevaa syytä on pitkään tutkittu ja yksi vahvimmista teorioista on toimintahäiriö verisuonia sisäpuolelta päällystävissä endoteelisoluissa. Toiminnan häiriö tuo endoteelisoluille syöpäsolujen kaltaisia ominaisuuksia, jolloin solut jakaantuvat hallitsemattomasti eivätkä kuole saman mekanismin mukaisesti kuin terveet endoteelisolut. Kaikki solut tarvitsevat korkeaenergisiä adenosiniinitrifosfaattimolekyylejä (ATP) erilaisiin solun sisäisiin aineenvaihdunnan prosesseihin sekä DNA:n rakennusaineeksi. Evolutiivisista syistä solut käyttävät ATP:ia myös solujen väliseen viestintään. Solut vapauttavat pieniä määriä ATP:ia solun ulkopuolelle, jossa se voi vaikuttaa sitä vapauttaneeseen soluun sekä naapurisoluihin sitoutumalla sille tarkoitettuihin reseptoreihin. Jotta signaali vaimenisi, kun viesti on välitetty, täytyy solun ulkopuolinen ATP pilkkoa tehokkaasti erilaisten entsyymien toimesta. Tässä väitöskirjatyössä tutkimme solun ulkoisen ATP:n osuutta näissä vakavissa verisuonimuutoksissa. Potilasmateriaalin ja eläinmallien avulla saimme selville, että ATP:ia pilkkovan entsyymi CD39:n pitoisuus on vähentynyt paksuuntuneissa suonissa. Tämä entsyymiaktiivisuuden lasku lisää solun ulkoisen ATP:n määrää sekä pidentää signaalin kestoa, mikä lisää solujen kasvua, liikkuvuutta sekä solukuoleman vastustusta. Uusia hoitomuotoja etsiessämme löysimme mielenkiintoisen ATP-reseptorin (P2Y11), jolla ATP:n vaikutukset voitiin vaimentaa, sekä apeliinipeptidin, jolla ATP:ia pilkkovan CD39:n aktiivisuutta voitiin lisätä. Havaitsimme, että lyhytaikainen endoteelisolujen ATP-aktivointi voisi olla hyödyllistä, sillä ATP suojaa endoteelisoluja syöpähoitojen aiheuttamilta DNA-vaurioilta. Syövästä selvinneillä tavataan usein syöpähoidoista johtuvia vakavia verisuonimuutoksia, mutta tervettä kudosta suojaavilla esikäsittelyillä näitä tapauksia voitaisiin vähentää.
Subject: lastentaudit
Rights: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
roleofpu.pdf 4.613Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record