Ứng suất cắt chất lỏng kéo dài kích hoạt một tập hợp gene tế bào nội mạch riêng biệt, đặc biệt là yếu tố Krüppel-like ở phổi (KLF2)

Blood - Tập 100 - Trang 1689-1698 - 2002
Rob J. Dekker, Simone van Soest, Ruud D. Fontijn, Sonia Salamanca, Philip G. de Groot, Ed VanBavel, Hans Pannekoek, Anton J.G. Horrevoets

Tóm tắt

Tế bào nội mạch biểu hiện một tập hợp lớn các gene dưới ảnh hưởng rõ rệt của các lực cơ học, nhiều gene trong số đó không đặc hiệu cho loại tế bào hay dòng chảy. Chúng tôi đã thiết lập để xác định các gene có phản ứng duy nhất với dòng chảy trong tế bào nội mạch mạch máu người. Phân tích biểu hiện gen thông qua việc sử dụng vi mạch DNA thương mại đã xác định 12 trong số 18.000 gene đã được điều chỉnh ít nhất 5 lần sau 24 giờ dòng chảy laminar ổn định (25 dyne/cm2). Sau 7 ngày tiếp xúc với dòng chảy xung đơn hướng (19 ± 12 dyne/cm2), chỉ 3 trong số 12 gene vẫn duy trì mức độ tăng ít nhất 5 lần. Một vi mạch tùy chỉnh gồm khoảng 300 đoạn gene liên quan đến tế bào mạch đã được xây dựng, và phân tích biểu hiện cho thấy rằng nhiều gene được kích hoạt bởi dòng chảy cũng bị kích thích bởi ít nhất một trong các tác nhân sau: yếu tố hoại tử khối u–α (TNF-α), interleukin-1β (IL-1β), yếu tố tăng trưởng biến đổi-β, yếu tố tăng trưởng nội mạch, hoặc thrombin, điều này chỉ ra vai trò chung hơn trong các phản ứng thích ứng hoặc căng thẳng. Hầu hết các gene được kích hoạt bởi dòng chảy cũng bị kích thích bởi TNF-α nhưng không phải bởi IL-1β, cho thấy sự tham gia của các loại oxy phản ứng. Một bảng gene giới hạn duy nhất cho các văn hóa tiếp xúc với dòng chảy đã được xác định, bao gồm yếu tố Krüppel-like ở phổi (LKLF/KLF2) và cytochrome P450 1B1 (CYP1B1). Trái ngược rõ rệt, cả hai gene này đều bị ức chế đáng kể bởi TNF-α. RNA mRNA LKLF nhưng không phải CYP1B1 chỉ được phát hiện duy nhất trong nội mạch của động mạch chủ khỏe mạnh ở người thông qua hybrid hóa tại chỗ và dường như được điều chỉnh bởi dòng chảy. Đến nay, LKLF là yếu tố phiên mã nội mạch đầu tiên được kích thích duy nhất bởi dòng chảy và do đó có thể nằm ở cơ sở phân tử của trạng thái nội mạch khỏe mạnh, tiếp xúc với dòng chảy.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Friedman, 1975, Calculations of pulsatile flow through a branch: implications for the hemodynamics of atherogenesis., Circ Res., 36, 277, 10.1161/01.RES.36.2.277 Topper, 1999, Blood flow and vascular gene expression: fluid shear stress as a modulator of endothelial phenotype., Mol Med Today., 5, 40, 10.1016/S1357-4310(98)01372-0 DePaola, 1999, Spatial and temporal regulation of gap junction connexin43 in vascular endothelial cells exposed to controlled disturbed flows in vitro., Proc Natl Acad Sci U S A., 96, 3154, 10.1073/pnas.96.6.3154 Davies, 1995, Flow-mediated endothelial mechanotransduction., Physiol Rev., 75, 519, 10.1152/physrev.1995.75.3.519 Ross, 1993, The pathogenesis of atherosclerosis: a perspective for the 1990s., Nature., 362, 801, 10.1038/362801a0 Horrevoets, 1999, Vascular endothelial genes that are responsive to tumor necrosis factor-α in vitro are expressed in atherosclerotic lesions, including inhibitor of apoptosis protein-1, stannin, and two novel genes., Blood., 93, 3418, 10.1182/blood.V93.10.3418.410k23_3418_3431 Topper, 1996, Identification of vascular endothelial genes differentially responsive to fluid mechanical stimuli: cyclooxygenase-2, manganese superoxide dismutase, and endothelial cell nitric oxide synthase are selectively up-regulated by steady laminar shear stress., Proc Natl Acad Sci U S A., 93, 10417, 10.1073/pnas.93.19.10417 Garcia-Cardena, 2001, Biomechanical activation of vascular endothelium as a determinant of its functional phenotype., Proc Natl Acad Sci U S A., 98, 4478, 10.1073/pnas.071052598 Sampath, 1995, Shear stress-mediated changes in the expression of leukocyte adhesion receptors on human umbilical vein endothelial cells in vitro., Ann Biomed Eng., 23, 247, 10.1007/BF02584426 Inoue, 1996, Shear stress modulates expression of Cu/Zn superoxide dismutase in human aortic endothelial cells., Circ Res., 79, 32, 10.1161/01.RES.79.1.32 Jaffe, 1973, Culture of human endothelial cells derived from umbilical veins: identification by morphologic and immunologic criteria., J Clin Invest., 52, 2745, 10.1172/JCI107470 Sakariassen, 1983, A perfusion chamber developed to investigate platelet interaction in flowing blood with human vessel wall cells, their extracellular matrix, and purified components., J Lab Clin Med., 102, 522 Ott, 1995, Chronic in vitro flow promotes ultrastructural differentiation of endothelial cells., Endothelium., 3, 21, 10.3109/10623329509024655 Drayson, 2001, Cell proliferation and CD11b expression are controlled independently during HL-60 cell differentiation initiated by 1,25alpha-dihydroxyvitamin D(3) or all-trans-retinoic acid., Exp Cell Res., 266, 126, 10.1006/excr.2001.5200 Fontijn, 2001, The human kinesin-like protein RB6K is under tight cell cycle control and is essential for cytokinesis., Mol Cell Biol., 21, 2944, 10.1128/MCB.21.8.2944-2955.2001 Van Gelder, 1990, Amplified RNA synthesized from limited quantities of heterogeneous cDNA., Proc Natl Acad Sci U S A., 87, 1663, 10.1073/pnas.87.5.1663 Davies, 1995, Flow-mediated endothelial mechanotransduction., Physiol Rev., 75, 519, 10.1152/physrev.1995.75.3.519 de Vries, 2000, Differential display identification of 40 genes with altered expression in activated human smooth muscle cells: local expression in atherosclerotic lesions of smags, smooth muscle activation-specific genes., J Biol Chem., 275, 23939, 10.1074/jbc.M910099199 Shalon, 1996, A DNA microarray system for analyzing complex DNA samples using two-color fluorescent probe hybridization., Genome Res., 6, 639, 10.1101/gr.6.7.639 Eisen, 1998, Cluster analysis and display of genome-wide expression patterns., Proc Natl Acad Sci U S A., 95, 14863, 10.1073/pnas.95.25.14863 Moorman, 2001, Sensitive nonradioactive detection of mRNA in tissue sections: novel application of the whole-mount in situ hybridization protocol., J Histochem Cytochem., 49, 1, 10.1177/002215540104900101 Lennon, 1996, The I.M.A.G.E. Consortium: an integrated molecular analysis of genomes and their expression., Genomics., 33, 151, 10.1006/geno.1996.0177 Caplan, 1973, Increased endothelial cell turnover in areas of in vivo Evans Blue uptake in the pig aorta., Atherosclerosis., 17, 401, 10.1016/0021-9150(73)90031-2 Baron, 1999, Cytochrome P450 1B1: a major P450 isoenzyme in human blood monocytes and macrophage subsets., Biochem Pharmacol., 56, 1105, 10.1016/S0006-2952(98)00105-1 Murray, 1997, Tumor-specific expression of cytochrome P450 CYP1B1., Cancer Res., 57, 3026 Murray, 2001, Regulation, function, and tissue-specific expression of cytochrome P450 CYP1B1., Annu Rev Pharmacol Toxicol., 41, 297, 10.1146/annurev.pharmtox.41.1.297 Weinbaum, 1994, A model for the excitation of osteocytes by mechanical loading-induced bone fluid shear stresses., J Biomech., 27, 339, 10.1016/0021-9290(94)90010-8 Resnick, 1993, Platelet-derived growth factor-B chain promoter contains a cis-acting fluid shear-stress-responsive element., Proc Natl Acad Sci U S A., 90, 4591, 10.1073/pnas.90.10.4591 Nagel, 1999, Vascular endothelial cells respond to spatial gradients in fluid shear stress by enhanced activation of transcription factors., Arterioscler Thromb Vasc Biol., 19, 1825, 10.1161/01.ATV.19.8.1825 Bao, 1999, Temporal gradient in shear but not steady shear stress induces PDGF-A and MCP-1 expression in endothelial cells: role of NO, NF-κB, and egr-1., Arterioscler Thromb Vasc Biol., 19, 996, 10.1161/01.ATV.19.4.996 Lan, 1994, Stimulation of transcription factors NF-κB and AP1 in endothelial cells subjected to shear stress., Biochem Biophys Res Commun., 201, 950, 10.1006/bbrc.1994.1794 Barchowsky, 1995, Oxidant-sensitive and phosphorylation-dependent activation of NF-κB and AP-1 in endothelial cells., Am J Physiol., 269, L829 Hsieh, 1998, Increase of reactive oxygen species (ROS) in endothelial cells by shear flow and involvement of ROS in shear-induced c-fos expression., J Cell Physiol., 175, 156, 10.1002/(SICI)1097-4652(199805)175:2<156::AID-JCP5>3.0.CO;2-N Baeuerle, 1994, Function and activation of NF-κB in the immune system., Annu Rev Immunol., 12, 141, 10.1146/annurev.iy.12.040194.001041 Schmidt, 1995, The roles of hydrogen peroxide and superoxide as messengers in the activation of transcription factor NF-κB., Chem Biol., 2, 13, 10.1016/1074-5521(95)90076-4 Silacci, 2001, Flow pulsatility is a critical determinant of oxidative stress in endothelial cells., Hypertension., 38, 1162, 10.1161/hy1101.095993 Li, 1995, Dilated cardiomyopathy and neonatal lethality in mutant mice lacking manganese superoxide dismutase., Nat Genet., 11, 376, 10.1038/ng1295-376 Noria, 1999, Transient and steady-state effects of shear stress on endothelial cell adherens junctions., Circ Res., 85, 504, 10.1161/01.RES.85.6.504 Kuo, 1997, LKLF: a transcriptional regulator of single-positive T cell quiescence and survival., Science., 277, 1986, 10.1126/science.277.5334.1986 Kuo, 1997, The LKLF transcription factor is required for normal tunica media formation and blood vessel stabilization during murine embryogenesis., Genes Dev., 11, 2996, 10.1101/gad.11.22.2996 Buters, 1999, Cytochrome P450 CYP1B1 determines susceptibility to 7,12-dimethylbenz(a)anthracene-induced lymphomas., Proc Natl Acad Sci U S A., 96, 1977, 10.1073/pnas.96.5.1977 Philipsen, 1999, A tale of three fingers: the family of mammalian Sp/XKLF transcription factors., Nucleic Acids Res., 27, 2991, 10.1093/nar/27.15.2991 Adam, 2000, Positive- and negative-acting Krüppel-like transcription factors bind a transforming growth factor-β control element required for expression of the smooth muscle cell differentiation marker SM22α in vivo., J Biol Chem., 275, 37798, 10.1074/jbc.M006323200 McPherson, 2001, A physical map of the human genome., Nature., 409, 934, 10.1038/35057157