Biología del Desarrollo Vascular: Mecanismos en Condiciones Físiológicas y Estrés Flujo

Biology of Vascular Development: Mechanisms in Physiological Conditions and Shear Stress

Iván Rodríguez***; Fernando Romero*****; Marcelo González**** & Ruy Ribeiro de Campos*****

Int. J. Morphol., 33(4):1348-1354, 2015.

RESUMEN:

La vasculogénesis es controlada por una serie de mecanismos que se activan en función del tiempo y del espacio durante el desarrollo embrionario. Múltiples son las vías de señalización implicadas en las etapas del proceso vasculogénico, las que se inician con estímulos angiogénicos desde el mesodermo o desde el endodermo para dar origen a los angioblastos (células progenitoras endoteliales). Proteínas como el factor de crecimiento vascular endotelial (VEGF), factor de crecimiento fibroblastico 2 (FGF2), entre otras, constituyen factores claves en la inducción de este proceso. Posteriormente, los angioblastos deben migrar para dar origen a los vasos primitivos, proceso en el que participan factores atrayentes y repulsivos que orientarán la dirección de su migración. Adicionalmente, los mecanismos de diferenciación arterio-venosa, regulados por la vía de señalización Hedgegog, VEGF y Notch, son determinados antes del inicio de la circulación, lo que sugiere que el destino de la célula endotelial se encuentra genéticamente determinado. Por su parte, los procesos de remodelación y proliferación vascular post natal, son generados a través de la formación de nuevos vasosa partir de vasos pre existentes (angiogénesis). El factor angiogénico que induce los cambios morfológicos y funcionales en las células endoteliales es el VEGFA, las cuales, adquieren la capacidad de direccionar al nuevo vaso en desarrollo. Uno de los principales estímulos físicos que modifica el patrón de crecimiento de los lechos vasculares es el estrés de flujo, el cual, es susceptible de ser modificado por situaciones de estrés como el ejercicio físico. En la presente revisión, se abordan los principales mecanismos implicados en la regulación fisiológica de la vasculogénesis y angiogénesis. Adicionalmente, se discutirán los mecanismos que sustentan la respuesta vascular inducida por estrés de flujo, considerando su rol en el establecimiento de los patrones de crecimiento vascular.

PALABRAS CLAVE: Endotelio; Ejercicio; Neovascularización Fisiológica; Moduladores de la angiogénesis

*Centro de Medicina Molecular, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad San Sebastián, Concepción. Chile.

**Programa de Doctorado en Ciencias Médicas, Facultad de Medicina, Universidad de la Frontera, Temuco, Chile.

***Laboratorio de Neurociencia y Biología de péptidos, CEBIOR-CEGIN, BIOREN, Universidad de la Frontera, Temuco, Chile.

****Laboratorio de Fisiología Vascular, Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad de Concepción, Concepción, Chile.

*****Fisiologia Cardiovascular, Escola Paulista de Medicina, Universidade Federal do São Paulo, São Paulo, Brasi

Biology of Vascular Development: Mechanisms in Physiological Conditions and Shear Stress. Available from: https://www.researchgate.net/publication/284714412_Biology_of_Vascular_Development_Mechanisms_in_Physiological_Conditions_and_Shear_Stress [accessed Dec 1, 2015].

Frontiers Research Topic: Cardiovascular actions of insulin: beyond metabolism regulation

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Cardiovascular actions of insulin: beyond metabolism regulation | Frontiers Research Topic: 

About this Research Topic

Recent findings show the potential role of insulin signaling in cardiovascular health, related with insulin receptors expression in cardiomyocytes and vascular cells. The epidemiological data show a correlation between insulin resistance/diabetes and cardiovascular diseases, highlighting the necessity to bring together the new findings about cellular and molecular mechanism regulated by insulin in cardiovascular health and diseases. This Research Topic will make a review of cardiovascular actions of insulin in different vascular beds and cell types, from molecular approaches to human physiology. 
In this Research Topic we propose to discuss: Vascular relaxation induced by insulin, endothelial function and insulin signaling, regulation of electric properties of cardiomyocytes by insulin, insulin resistance and cardiovascular diseases, placental vascular bed and insulin, oxidative stress in cardiovascular disease and insulin resistance, among others.

http://journal.frontiersin.org/researchtopic/3534/cardiovascular-actions-of-insulin-beyond-metabolism-regulation

Submission Deadlines: 31 October 2015

Image from: Yu et al., 2011. Insulin says NO to cardiovascular disease. Cardiovascular Research, 89: 516-524.

La insulina puede atenuar el daño vascular fetal y placentario, relacionado con el aumento de la glucosa y la diabetes

Comentario de artículo “Insulin reverses D-glucose-increased nitric oxide and reactive oxygen species generation in human umbilical vein endothelial cells”. González et al., 2015 (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25875935)

El ambiente intrauterino en el cual se desarrolla la vida fetal imprime un sello que acompañará al individuo durante toda su vida.

Actualmente, uno de los principales agentes injuriantes en el desarrollo fetal es la Diabetes Gestacional. La Federación Internacional de Diabetes el año 2013, publicó que 21,4 millones de los nacidos vivos ese año estuvo sometido a algún tipo de hiperglicemia en la vida intrauterina, estimando que el 16% de los casos se deben a diabetes gestacional. Este estado altera la fisiología vascular del recién nacido la cual repercutirá en la vida adulta iniciando con una disfunción endotelial, (condición caracterizada por la disminución en la biodisponibilidad de oxido nítrico (NO) llevando finalmente a la alteración de las funciones del endotelio, proceso mediado por  estrés oxidativo).

La delicada regulación en la síntesis de NO, y por lo tanto, la regulación del tono vascular, se ve alterada por elevados niveles de glucosa, la cual aumenta el transporte de L-arginina (sustrato para la síntesis de NO), aumentando así las concentraciones de esta molécula. Eventualmente podría considerarse que este mecanismo protege al endotelio de la disfunción endotelial por aumentar la biodisponibilidad de NO, sin embargo, muy por el contrario, González y cols. nos sugieren en su  investigación que la alta glucosa contribuye al estrés oxidativo, ya que el NO es transformado a peroxinitrito (ONOO-) y activa la función de NADPH oxidasa, contribuyendo aún más a la formación de especies reactivas del oxigeno (ROS).

En este contexto los autores desarrollaron una innovadora investigación utilizando como modelo de estudioCélulas de Vena de Cordón Umbilical Humano (HUVECs), estas células como su nombre lo indica, forman parte de la red vascular del cordón umbilical, y son un excelente modelo para evaluar el efecto de las altas concentraciones de glucosa  en la disfunción endotelial fetal. Particularmente estas células al ser expuesta a altas concentraciones de glucosa, aumentan el transporte de L- arginina.

Considerando que el tono vascular es controlado por la vía L- arginina/NO y que la biodisponibilidad de NO es afectada por el estrés oxidativo producido por las altas concentraciones de glucosa, González y cols. evaluaron el efecto de insulina sobre dicha vía, observado que esta hormona revierte las alteraciones provocadas por las altas concentraciones de glucosa en el transportador de L-arginina (hCAT-1) a través de la modulación de la expresión del gen que codifica para dicha proteína. Como resultado de la modulación de la expresión génica de hCAT-1, se restablece el equilibrio entre la biodisponibilidad de NO y síntesis de ROS, manteniendo el tono de las venas umbilicales y disminuyendo el riesgo de generar disfunción endotelial.

Por lo tanto, la evidencia presentada en la investigación sugiere que insulina posee un rol central en la prevención de la disfunción endotelial feto placentaria, ya que  estaría actuando como un antioxidante en presencia de alta glucosa, previniendo el estrés oxidativo a través de la regulación de la via L- arginina/NO, impidiendo el exceso de formación de NO, y por ende la síntesis ONOO-  además insulina estaría disminuyendo la acción de NADPH oxidasa bloqueando así la producción de ROS y 0₂^.-.

Paulina Fernández Garcés
Estudiante de Doctorado Biología Celular y Molecular
Universidad de Concepción 

Publicado originalmente en http://grivashealth.cl/el-ambiente-de-hiperglicemia-aumenta-el-estres-y-genera-dano-en-vasos-sanguineos/

Nuevo trabajo publicado por el Laboratorio de Fisiología Vascular en Revista Plos One

Resumen

El tono vascular es controlado por la ruta L-arginina/óxido nítrico (NO), y la biodisponibilidad de NO es fuertemente afectada por el estrés oxidativo inducido por la hiperglicemia. La insulina aumenta la expresión y actividad de los transportadores de aminoácidos catiónicos de tipo 1 (hCAT-1), la síntesis de NO y la vasodilatación; por lo tanto, es probable que exista un rol protector de insulina sobre las alteraciones de la función vascular inducidas por alta D-glucosa. La reactividad vascular a U46619 (mimético de tromboxano A2) y al péptido relacionado al gen de la calcitonina (CGRP) fue determinada en anillos de vena umbilical (miografía de alambre) incubados en D-glucosa normal (5 mM) o alta (25 mM). La expresión y actividad de hCAT-1, NO sintasa endotelial (eNOS), proteínas quinasas activadas por mitógenos de 42 y 44 kDa (p42/44mapk), proteína quinasa B (PKB) fue determinada mediante western blot y qRT-PCR. Los niveles de tetrahidrobiopterina (BH4) fueron determinados por HPLC y el transporte de L-arginina (0-1000 uM) fue medido en respuesta a 5-25 mM de D-glucosa (0-36 horas) en células endoteliales de vena umbilical humana (HUVEC). Los ensayos se realizaron en ausencia o presencia de insulina y/o apocinina (inhibidor de NADPH oxidasa), tempol o Mn(III)TMPyP (mimético de SOD). Alta D-glucosa aumenta la expresión y actividad de hCAT-1 de una manera bifásica (peaks: 6 y 24 horas de incubación). El aumento de la velocidad de transporte inducido por alta D-glucosa fue bloqueado por insulina y se correlaciona con menor expresión de hCAT-1 y actividad del promotor del gen SLC7A1. El aumento del transporte inducido por alta D-glucosa es paralelo al aumento de especies reactivas derivadas del oxígeno (ROS) y anión superóxido (O2•–), junto con mayor contracción inducida por U46619 y menor relajación inducida por CGRP. La insulina y apocinina atenúan la generación de ROS y O2•–, y restauran la reactividad vascular. Insulina, pero no apocinina o tempol, revierte la síntesis de No inducida por alta D-glucosa; sin embargo, tempol y Mn(III)TMPyP revierten la reducción de BH4 inducida por alta D-glucosa. Insulina y tempol bloquean la fosforilación de p42/44mapk aumentada por D-glucosa. La disfunción vascular inducida por D-glucosa es atenuada por insulina a través de la regulación de las rutas L-arginina/NO y O2•–/NADPH oxidasa. Estos hallazgos son de interés para una mejor comprensión de la disfunción vascular en estados de resistencia a la insulina e hiperglicemia fetal.

Abstract

Vascular tone is controlled by the L-arginine/nitric oxide (NO) pathway, and NO bioavailability is strongly affected by hyperglycaemia-induced oxidative stress. Insulin leads to high expression and activity of human cationic amino acid transporter 1 (hCAT-1), NO synthesis and vasodilation; thus, a protective role of insulin on high D-glucose–alterations in endothelial function is likely. Vascular reactivity to U46619 (thromboxane A2 mimetic) and calcitonin gene related peptide (CGRP) was measured in KCl preconstricted human umbilical vein rings (wire myography) incubated in normal (5 mmol/L) or high (25 mmol/L) D-glucose. hCAT-1, endothelial NO synthase (eNOS), 42 and 44 kDa mitogen-activated protein kinases (p42/44mapk), protein kinase B/Akt (Akt) expression and activity were determined by western blotting and qRT-PCR, tetrahydrobiopterin (BH4) level was determined by HPLC, and L-arginine transport (0–1000 μmol/L) was measured in response to 5–25 mmol/L D-glucose (0–36 hours) in passage 2 human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). Assays were in the absence or presence of insulin and/or apocynin (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-oxidase [NADPH oxidase] inhibitor), tempol or Mn(III)TMPyP (SOD mimetics). High D-glucose increased hCAT-1 expression and activity, which was biphasic (peaks: 6 and 24 hours of incubation). High D-glucose–increased maximal transport velocity was blocked by insulin and correlated with lower hCAT-1 expression and SLC7A1 gene promoter activity. High D-glucose–increased transport parallels higher reactive oxygen species (ROS) and superoxide anion (O2•–) generation, and increased U46619-contraction and reduced CGRP-dilation of vein rings. Insulin and apocynin attenuate ROS and O2•– generation, and restored vascular reactivity to U46619 and CGRP. Insulin, but not apocynin or tempol reversed high D-glucose–increased NO synthesis; however, tempol and Mn(III)TMPyP reversed the high D-glucose–reduced BH4 level. Insulin and tempol blocked the high D-glucose–increased p42/44mapk phosphorylation. Vascular dysfunction caused by high D-glucose is likely attenuated by insulin through the L-arginine/NO and O2•–/NADPH oxidase pathways. These findings are of interest for better understanding vascular dysfunction in states of foetal insulin resistance and hyperglycaemia.

http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0122398

Ciencia y Nutrición: Nuevas estrategias para el estudio de los componentes de la dieta y su aplicación en salud humana.

CURSO INTERNACIONAL DE VERANO “Nuevos Horizontes en Enfermedad Cardiovascular: Desde la Biología Molecular a la Clínica”

PROGRAMA CURSO INTERNACIONAL DE VERANO
“Nuevos Horizontes en Enfermedad Cardiovascular: Desde la Biología Molecular a la Clínica”

LUNES 12 DE ENERO DE 2015

Facultad de Medicina, Universidad de Concepción

Metabolismo lipídico, función endotelial y enfermedad cardiovascular

09:00 – 09:45 Dr. Laurent Martinez, INSERM U1048, Toulouse, Francia. “HDL metabolism and the crucial role of F1-ATPase / P2Y pathway in cardiovascular diseases: basic research”

09:45 – 10:30 Dra. Claudia Radojkovic N, Facultad de Farmacia, Universidad de Concepción. “Regulación de la función endotelial por el receptor F1-ATPasa”

10:30 – 11:00 coffee break.

11:00 – 11:45 Dr. Marcelo González O. Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad de Concepción. “Regulación de la función endotelial por insulina en condiciones fisiológicas
y de estrés oxidativo”

11:45 – 12:30 Dr. Carlos Escudero O. Universidad del Bío Bío, campus Chillán. “Angiogenesis mediada por adenosina en preeclampsia”

Aspectos inflamatorios de la enfermedad cardiovascular

15:00 – 15:45 Prof. Paula Bustos A., M.Sc. Facultad de Farmacia, Universidad de Concepción. “Activación de componentes inflamatorios en obesidad infantil”

15:45 – 16:30 Dr. Claudio Aguayo T. Facultad de Farmacia, Universidad de Concepción.
“Fosfolipasa A2 asociada a lipoproteína (Lp-PLA2): un nuevo biomarcador de inflamación y riesgo cardiovascular”

16:30 – 17:00 coffee break.

17:00 – 17:45 Dr. Jorge Gajardo N. Facultad de Medicina, Universidad de Concepción; Servicio de Salud Concepción. “Inflamación y enfermedad cardiovascular: de la patogénesis a la evidencia
clínica y terapéutica”

MARTES 13 DE ENERO DE 2015

Facultad de Medicina, Universidad de Concepción

Nueva mirada clínica de la enfermedad cardiovascular

09:00 – 09:45 Dr. Laurent Martinez, INSERM U1048, Toulouse, Francia. “F1-ATPase / P2Y pathway in HDL metabolism and cardiovascular diseases: clinical research”

09:45 – 10:30 Dra. Ada Cuevas M. Clínica Las Condes, Santiago de Chile. “Actualizaciones en el manejo de las dislipidemias”

10:30 – 11:00 coffee break.

11:00 – 11:45 Dra. Sylvia Asenjo M. Facultad de Medicina, Universidad de Concepción. “Dislipidemias y riesgo cardiovascular en niños y adolescentes”

11:45 – 12:30 Dr. Luis Pérez P. Facultad de Medicina, Universidad de Concepción; Servicio de Salud Concepción. “Evaluación morfo-funcional de la aterosclerosis coronaria"

Aporte de la genética y nuevos tratamientos en enfermedad cardiovascular

15:00 – 15:45 Dr. Rodrigo Alonso K. Clínica las Condes, Santiago de Chile; Unidad de Lípidos, Medicina Interna de la Fundación Jiménez Díaz, España. “Hipercolesterolemia familiar: aspectos moleculares, clínicos y nuevos tratamientos”

15:45 – 16:30 Dra. Liliana Lamperti F. Facultad de Farmacia, Universidad de Concepción. “El diagnóstico molecular apoyando la detección de riesgo temprano de la enfermedad cardiovascular”

16:30 – 17:00 coffee break.

17:00 – 17:45 Dr. Laurent Martinez, INSERM U1048, Toulouse, Francia. “Translating molecular and genetic discoveries into new therapies for atherosclerosis”

MIÉRCOLES 14 DE ENERO DE 2015
09 - 18 hrs. Curso práctico de genotipificación (cupos: 10 personas).
Dpto. Bioquímica Clínica e Inmunología
Facultad de Farmacia, Universidad de Concepción