Advanced

Cyclic nucleotide signalling systems in vascular smooth muscle cells and immune system cells with special reference to phosphodiesterases PDE3 and PDE4

Ekholm, Dag LU (1998)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Bakgrund: Signalsystem



Alla flercelliga organismer är beroende av informationsöverföring mellan celler. Det behövs signaler från andra celler för att reglera tillväxt, ämnesomsättning m. fl. funktioner i olika vävnader. Oftast överförs signalerna via kemiska ämnen som antingen verkar i hela kroppen (hormoner) eller lokalt. När dessa ämnen når målcellen, binds de till ett speciellt protein, en receptor, oftast på cellytan. För att informationen skall nå de delar av cellen som skall regleras, måste informationen överföras från cellytan till någon del av cellens inre. På 1960-talet upptäckte man att detta oftast sker genom att ett annat kemiskt ämne bildas på cellmembranens insida... (More)
Popular Abstract in Swedish

Bakgrund: Signalsystem



Alla flercelliga organismer är beroende av informationsöverföring mellan celler. Det behövs signaler från andra celler för att reglera tillväxt, ämnesomsättning m. fl. funktioner i olika vävnader. Oftast överförs signalerna via kemiska ämnen som antingen verkar i hela kroppen (hormoner) eller lokalt. När dessa ämnen når målcellen, binds de till ett speciellt protein, en receptor, oftast på cellytan. För att informationen skall nå de delar av cellen som skall regleras, måste informationen överföras från cellytan till någon del av cellens inre. På 1960-talet upptäckte man att detta oftast sker genom att ett annat kemiskt ämne bildas på cellmembranens insida då hormonet binder receptorn; detta ämne sprider sig sedan in i cellen och reglerar andra processer. Uttrycket 2second messenger2 (2andre budbärare2) myntades för dessa ämnen.



De mest kända second messengers kallas cAMP och cGMP och hör till en grupp av ämnen kallade cykliska nukleotider. För att ett ämne skall fungera bra som en second messenger fordras (1) att det lätt kan bildas på ett kontrollerat sätt av lättillgängligt råmaterial i cellen, (2) att det inte sönderfaller eller reagerar spontant, (3) att det lätt kan brytas ned på ett kontrollerat sätt, så att signalen kan avslutas. cAMP och cGMP uppfyller dessa krav. De bildas av enzymer, s.k. cyclaser (AC och GC), som vanligen är kopplade till hormonreceptorer, så att de aktiveras då hormonet binder receptorn, och de bryts ned av enzymer, s.k. fosfodiesteraser (PDE), som också är reglerade på olika sätt. Nivån av cAMP eller cGMP i cellen bestäms naturligtvis av både bildning och nedbrytning. I de flesta fall verkar cAMP och cGMP genom att aktivera enzymer, s.k. kinaser, som fosforylerar (sätter fosfatgrupper på) en mängd olika målproteiner i cellen, vilket på olika sätt ändrar dessas funktion. Andra enzymer, fosfataser, som kan vara reglerade på olika sätt, tar så småningom bort fosfatgruppen och avslutar därigenom signalen.



Dessa signalsystem är centrala i alla vävnader hos alla organismer. cAMP, som är bäst känt, finns redan hos bakterier och upp genom hela djurriket. Ett stort antal hormoner hos människan använder cAMP och cGMP som second messengers. Med tanke på betydelsen av dessa system kan man förstå att cyklaser och PDE har utvecklats till komplicerade maskinerier som kan fininställas på många olika sätt och som varierar mellan olika vävnader.



Denna avhandling studerar några aspekter av fosfodiesteraser i glatt muskel i blodkärl samt i immunsystemet. Den fokuserar på förekomsten av olika PDE-former, regleringen av deras aktivitet, deras funktionella roll, särskilt för celltillväxt i immunsystemet, samt uppbyggnaden (aminosyrasekvensen) för ett glatt-muskel-PDE.



Fosfodiesteraser



Fosfodiesteraserna klassificeras i grupper, mest beroende på hur de regleras. Hos däggdjur finns 9 huvudgrupper, oftast med flera medlemmar i varje. PDE1 bryter ner cGMP och cAMP och aktiveras av kalcium, PDE2 bryter ner cAMP och aktiveras av cGMP, PDE3 bryter ner cAMP och hämmas av cGMP, PDE4 bryter ner cAMP, PDE5 bryter ner cGMP, PDE6 finns bara i näthinnan där det spelar stor roll för synsinnet, PDE7 är tämligen nyupptäckt och föga känt. Helt nyligen har ytterligare två familjer, PDE8 och PDE9, beskrivits. Regleringen av PDE4 och PDE5 är ganska ofullständigt känd. I detta arbete behandlas huvudsakligen PDE3 och PDE4.



PDE3 förekommer i två former, PDE3A-B, som har olika gener. PDE3A finns i hjärta, blodkärl och trombocyter (celler som sätter igång blodkoagulationen), PDE3B finns i fettväv, lever och celler i immunsystemet. PDE4 förekommer i fyra former med olika gener, PDE4A-D. De finns i de flesta undersökta vävnader.



Hjärta och blodkärl, luftvägar



I hjärtat har högt cAMP en stimulerande verkan. När adrenalin binder till sin receptor på hjärtcellernas yta, ökar produktionen av cAMP. cAMP i sin tur ökar inflödet av kalcium i cellen, vilket ökar kraften i hjärtats sammandragningar.



I glatta muskelceller i blodkärlen har cAMP och cGMP motsatt effekt mot i hjärtat. De sänker kalciumkoncentrationen i cellen genom att kalciumjonerna pumpas bort från cellens inre, varvid sammandragningen minskar och blodkärlet vidgas. Blodtrycket sjunker och hjärtats arbete underlättas, eftersom motståndet mot blodflödet då blir mindre.



Båda dessa effekter borde vara gynnsamma behandlingen vid hjärtsvikt. Därför har man arbetat mycket med att försöka utveckla PDE-hämmare som mediciner vid hjärtsvikt. Detta har dock mött svårigheter - bland annat har medlen visat sig kunna framkalla farliga rytmrubbningar. Det finns några få hjärtläkemedel som verkar enligt denna princip och som används i speciella situationer på sjukhus.



Åderförkalkning är genom sina följdsjukdomar, hjärtinfarkt, hjärtsvikt och blodproppar i hjärnan m.m., den främsta dödsorsaken i västerlandet. Trots synnerligen omfattande forskning är det fortfarande ganska oklart vad som sker i kärlväggen. Man tror att en skada på kärlväggen orsakar tillväxt av glatta muskelceller och samtidigt bl. a. inlagring av fettartade ämnen som kolesterol. Först på ett sent stadium förkalkas det skadade blodkärlet. Slutresultatet blir en förträngning av kärlet och dåligt blodflöde. I detta sammanhang är det intressant att notera att höjning av cAMP och cGMP kan hämma tillväxt av glatta muskelceller. I speciella fall tycks detta t. o. m. kunna ha praktisk användning. Efter kranskärlsoperationer har man t. ex. medelst PDE-hämmare kunnat hindra transplanterade blodkärl från att växa igen. Denna tillämpning är fortfarande på experimentstadiet.



Trombocyterna är viktiga för blodets koagulation, t.ex. vid sårskador, men de har också negativa effekter - de kan bidra till att plugga igen förkalkade blodkärl, t. ex. hjärtats kranskärl. Högt cAMP minskar deras tendens att klumpa ihop sig; alltså kan PDE-hämmare, som höjer cAMP, ha gynnsam effekt som läkemedel vid nedsatt blodcirkulation.



I luftvägarna finns också glatt muskulatur som avslappas av både PDE3- och PDE4-hämmare. Denna effekt kan vara gynnsam vid astma, då man får en sammandragning av luftvägarna. Kanske än viktigare är att PDE-hämmare kan minska den inflammation i luftvägarna som finns vid astma (se nedan).



I fettväv spelar PDE3B en central roll för reglering av fettomsättningen. Insulin, som frisätts då blodsockret stiger efter måltid, aktiverar PDE3B i fettcellerna, vilket hämmar nedbrytningen av fett, 2insulinets antilipolytiska effekt2. Fettnedbrytningen stimuleras nämligen av högt cAMP, t. ex. vid fasta. Insulin ökar härigenom upplagringen av fett, och omvänt, vid diabetes (s.k. typ I-diabetes), som orsakas av brist på insulin, får man en onormal och skadlig nedbrytning av fett.



Immunsystemet



Immunsystemet skyddar kroppen mot invasion av bakterier, virus och andra mikroorganismer samt av flercelliga parasiter. Immunsystemet utgöres av ett stort antal olika celltyper, lymfocyter och många andra, spridda i kroppen, vilka kommunicerar på olika sätt, bl. a. genom att avge signalsubstanser s. k. cytokiner, som påverkar andra celler. Det svåraste problemet för immunsystemet är inte att oskadliggöra bakterier etc, utan att veta vilka celler som är främmande och vilka som är kroppsegna. Därför kan man se immunsystemet som till stor del ett informationsbehandlingssystem och dess utveckling hos individen delvis som en inlärningsprocess. Immunsystemet lär sig först att inte angripa kroppsegna celler, s.k. tolerans, och senare att känna igen och snabbt angripa bakterier etc som det tidigare 2sett2, immunisering. Samtidigt behåller det förmågan att angripa bakterier som det aldrig tidigare träffat på, men denna reaktion är långsammare.



Lymfocyter är de enda celler i immunsystemet som kan känna igen ett specifikt främmande ämne, ett antigen. De indelas i B-lymfocyter, som producerar lösliga antikroppar, och T-lymfocyter, som känner igen antigenet vid cell-cell-kontakt. T-lymfocyter kan antingen vara cytotoxiska (Tc) och angripa t. ex. virusinfekterade celler, eller s. k. 3helper T-cells2 (Th), som verkar enbart genom att känna igen antigen och medelst cytokiner stimulera andra effektorceller, t. ex. makrofager och granulocyter, att angripa antigenet. De celler vi studerar är Th-celler. Somliga sådana (kallade Th1) avger mest vissa 3proinflammatoriska2 cytokiner och har betydelse för försvar mot vissa bakterier, medan andra (Th2) avger cytokiner som stimulerar allergiska reaktioner. Th2-systemet har troligen utvecklats som försvar mot större parasiter, som maskar o. dyl. Tc- och Th-lymfocyter skiljer sig inte beträffande PDE-aktiviteter. Om det finns någon skillnad mellan Th1- och Th2-lymfocyter är inte känt.



Ibland fungerar toleransen otillräckligt, och immunsystemet aktiveras av kroppsegna vävnader eller ämnen. Resultatet blir en inflammation, som med tiden skadar vävnaderna, så att man får en autoimmun sjukdom. Det finns många sådana sjukdomar av stor betydelse - den vanligaste är ledgångsreumatism (reumatoid artrit). I sådana situationer vill man dämpa immunsystemet, vilket man kan göra med olika läkemedel, varav det viktigaste är 3kortison2.



Även i vissa andra situationer vill man dämpa immunreaktioner. Ett exempel är astma. Förutom en sammandragning av glatt muskel i luftvägarna får man en inflammation, som leder till bl. a. svullnad av slemhinnan och ökar andningssvårigheterna. Inflammationen kan startas av allergiska reaktioner eller ibland ha oklar orsak, men underhåller sig själv. Antiinflammatoriska läkemedel har fått allt större betydelse i modern astmabehandling.



Vissa maligna sjukdomar, lymfom och lymfatiska leukemier, utgår från celler i immunsystemet, lymfocyter. De maligna cellerna växer ohejdat, men kan ibland behålla en viss känslighet för normalt reglerande hormoner, t. ex. 3kortison2, som alltså kan bromsa processen. Detta kan användas i behandlingen av sådana sjukdomar. Huruvida cAMP-höjande medel påverkar sådana celler är en intressant fråga.



Aktuella arbeten



Arbete 1



Vascular smooth muscle cyclic nucleotide phosphodiesterase type 3 (PDE3) is regulated through cAMP-mediated phosphorylation and shows sequence homology with cardiac PDE3A.



Detta arbete handlar om reglering och uppbyggnad av PDE3A i odlade glatta muskelceller från blodkärl. Det är tidigare visat att blodkärl innehåller PDE3 och PDE4 i ungefär lika mängder. Hämmare av PDE3 har en kraftigt kärlvidgande verkan, medan hämmare av PDE4 inte har någon kärlvidgande verkan. Anledningen till detta är inte känd, men kan förmodas ha att göra med att enzymerna är lokaliserade på olika ställen i cellen.



Beträffande PDE3A, som finns i hjärta och blodkärl samt i trombocyter, är DNA-sekvensen (följden av de 4 s.k. baser som bygger upp DNA-molekylen i genen) och därmed aminosyrasekvensen (följden av de 20 aminosyror som bygger upp proteinmolekylen) känd endast från hjärta. PDE3A från hjärta har 1141 aminosyror (motsv. 3423 baser i DNA).



Eftersom PDE3A således tycks vara viktigt för att reglera blodkärlens vidd, ville vi få mer information om regleringen av detta enzym i cellen. Det är väl känt att PDE3B i fettväv fosforyleras och därmed aktiveras som svar på dels insulinstimulering, dels cAMP-höjande stimuli. Det var inte känt om något sådant gäller även PDE3A i blodkärl. Vi studerade PDE3A i odlade glatta muskelceller från aorta och kunde visa att behandling av cellerna med forskolin, ett medel som stimulerar AC och höjer cAMP, leder till dels fosforylering, dels aktivering av PDE3A. Vidare fann vi att cAMP-stimulerat proteinkinas (PKA) kan fosforylera PDE3A i cellhomogenat. Resultaten tyder på att även PDE3A i blodkärl regleras genom fosforylering som svar på hög cAMP-koncentration. Detta kan ha betydelse för regleringen av cAMP-nivån i cellerna: ökningar av cAMP dämpas genom att nedbrytningen också ökar.



För att få mer information om uppbyggnaden av PDE3A i blodkärl bestämde vi DNA-sekvensen. Metoderna kallas screening av cDNA-bibliotek, kloning och sekvenering. Vi fann då flera kloner som motsvarade en sekvens som är identisk med den från hjärta, men lite kortare i ena ändan. Proteinet har 985 aminosyror, alltså 156 färre än hjärt-PDE3A. Vi lät celler producera ett protein från detta DNA (s.k. expression) och fick då ett välfungerande PDE3A.



Det finns studier gjorda på hjärta, som tyder på att det kan finnas två former av PDE3A i hjärta, en kortare, löslig och en längre, membranbunden, av vilka den senare tycks vara viktigast för reglering av hjärtats arbete. Det finns en del arbeten på PDE3A från blodkärl och trombocyter, som tyder på att enzymet är mindre där än vad den kända DNA-sekvensen från hjärta förutsäger, och det är inte membranbundet. Bildningen av ett protein från en gen sker i två steg: först produceras en RNA-kopia (mRNA) av genen (som består av DNA) i cellkärnan; därefter fungerar detta mRNA som mall för uppbyggnad av proteinet i cytoplasman. Att två former av ett protein bildas från samma gen kan tänkas gå till på ett av tre sätt: (1) transkriptionen från DNA till mRNA kan börja på olika ställen i genen, (2) mRNA kan 2redigeras2, s.k. alternativ splicing, så att en del kan klippas bort på ett kontrollerat sätt, eller (3) en del av proteinet självt kan klippas av (proteolys). Splicing förekommer hos många proteiner, bl. a. PDE4, men är inte påvisad hos PDE3. Om någon av dessa mekanismer ligger bakom förekomsten av två former av PDE3A, t. ex. i hjärta, är okänt. Tyvärr lyckades inte heller vi få klarhet i hur de kortare former, som vi hittade i blodkärl, hade uppkommit.



Arbete 2



Protein kinase A-dependent activation of PDE4 (cAMP-specific cyclic nucleotide phosphodiesterase) in cultured bovine vascular smooth muscle cells.



Detta arbete handlar om regleringen av PDE4 i odlade glatta muskelceller från blodkärl. Ett enzym kan regleras på två sätt: en långsam reglering genom att genen regleras, så att en större eller mindre mängd av enzymet bildas, och en snabb reglering genom t. ex. fosforylering, som ändrar aktiviteten inom några minuter. Det är känt från andra celler att högt cAMP kan orsaka att någon av generna för PDE4 slås på, så att mer enzym bildas. Detta ger en ganska långsam ökning av enzymaktiviteten. Däremot var snabb reglering av PDE4 inte säkert känd när vi fann att behandling av glatta muskelceller med forskolin (som stimulerar AC och därigenom höjer cAMP) gav en 3-5-dubbling av PDE4-aktiviteten på mindre än 15 min. Detta är för snabbt för att kunna förklaras av genreglering. Vi kunde vidare visa att cAMP-stimulerat proteinkinas (PKA) aktiverade PDE4 i cellhomogenat med ungefär samma tidsförlopp som forskolineffekten på celler har, vilket tyder på att det rör sig om samma mekanism. Aktiveringen i celler hämmades inte av medel som hämmar proteinsyntesen, vilket tyder på att det rör sig om en modifikation av befintligt enzym, inte om en nysyntes av enzym. Aktiveringen kvarstod också efter partiell rening av PDE4, vilket tyder på att det rör sig om en kemisk förändring av enzymmolekylerna, inte t. ex. en lös bindning till ett annat protein. Om celler stimulerades med forskolin och sedan homogeniserades, försvann aktiveringen av PDE4 efter en tid, men återkom efter behandling med PKA. Nedgången i aktivitet beror troligen på att ett fosfatas tog bort fosfatgrupperna från PDE4-molekylerna.



Tillsammans stöder resultaten antagandet att PDE4 fosforyleras och snabbt aktiveras som svar på högt cAMP i blodkärl. Man har nu funnit samma reglermekanism i odlade celler från sköldkörtel, och man vet nu också att ett av de fyra PDE4-slagen, PDE4D, kan regleras genom fosforylering. Det kan nämnas att PDE4D undergår alternativ mRNA-splicing, vilket resulterar i fyra olika former, varav bara en (kallad PDE4D3) regleras genom fosforylering.



Arbete 3



Differential expression of cAMP cyclic nucleotide phosphodiesterase PDE3 and PDE4 activities in human T-cell clones specific for myelin basic protein.



Detta arbete handlar om PDE3 och PDE4 i lymfocyter, särskilt T-lymfocyter, som spelar en viktig roll vid sjukdomen multipel skleros (MS). Vid MS angrips nervvävnad i hjärna och ryggmärg fläckvis av en autoimmun process. Lymfocyter ansamlas i vävnaden, denna skadas och man får en kronisk sjukdom med förlamningar, känselrubbningar m.m. som följd. De inblandade lymfocyterna reagerar oftast mot ett protein vid namn MBP som finns rikligt i nervskidor. Vad som sätter igång denna process är okänt.



Man kan odla sådana T-lymfocyter och man kan även framställa rena kloner, d.v.s. cellkulturer där alla cellerna kommer från en enda ursprungscell och alltså är genetiskt identiska. Märkligt nog har man i djurförsök funnit att PDE4-hämmaren rolipram kraftigt motverkar den autoimmuna processen i en MS-liknande sjukdom hos djur. Därför var vi intresserade av att närmare studera förekomst och reglering av PDE i MBP-reaktiva T-cellkloner.



Vi fann att alla T-cellklonerna hade både PDE3 och PDE4, men i varierande proportion. Klonerna tycks alltså vara individuella i sitt PDE-mönster. Vi fann vidare med molekylärbiologiska metoder att T-cellklonerna har PDE3B (inte 3A) samt PDE4A-D. T-cellklonerna producerar också olika cytokiner, som påverkar andra celler i immunsystemet, i varierande proportioner. Även klonernas cytokinmönster tycks vara individuella, men vi hittade inget samband mellan cytokinmönstret och PDE-mönstret. De flesta klonerna var Th1-liknande, endast få av Th2-typ. Vi fann ingen skillnad mellan Th1 och Th2-kloner beträffande PDE-aktiviteter.



Då T-cellerna stimuleras med antigen (MBP) börjar de tillväxa och dela sig. Vi fann att aktiviteten av både PDE3 och PDE4 samtidigt ökar, är högst ca 2-3 dagar efter stimulering och sjunker sedan igen. Detta verkar logiskt, eftersom hög PDE-aktivitet bör hänga samman med sänkning av cAMP, som är hämmande på tillväxten. Stimuleringen med antigen leder alltså till att bromsen släpper. Vi studerade vidare hur specifika hämmare av PDE3 och PDE4 påverkar tillväxten hos antigenstimulerade T-cellskloner. PDE4-hämmare hade ofta större effekt än PDE3-hämmare, men kombinationen av PDE3- och PDE4-hämmare hade alltid större effekt än hämning av endast det ena enzymet. Vi fann inget samband mellan känsligheten för olika hämmare och proportionen PDE4/PDE3 vid jämförelse av olika T-cellkloner.



Arbete 4



cAMP cyclic nucleotide phosphodiesterase PDE3 and PDE4 in normal, malignant and HTLV-I-transformed human lymphocytes.



I detta arbete fortsätter vi att studera sambandet mellan PDE-aktiviteter och tillväxt hos lymfocyter. Eftersom antigenstimulering ökar PDE-aktiviteter och celltillväxt, ville vi studera PDE i lymfocytlinjer som växer mycket snabbt av en annan anledning, nämligen infektion med ett virus. Vissa virus kan orsaka s.k. malign transformation av celler, d.v.s. det tillväxtreglerande maskineriet rubbas, så att man får en ohämmad tillväxt. Hos människa är några få sådana virus kända, fler finns hos djur. Ett sådant virus är HTLV-I, som förekommer i bl. a. Sydamerika, Afrika och Japan. Smittsamheten är låg, och många bärare är symtomfria, men några insjuknar efter lång tid som bärare i en allvarlig akut T-cellsleukemi/lymfom (ATLL). Det finns cellinjer från sådana patienter och även cellinjer som är framställda genom infektion av odlade lymfocyter. Vi studerade PDE-aktiviteter hos ett antal sådana cellinjer och jämförde dem med normala T-celler och med maligna T-cellinjer som inte är HTLV-I-infekterade. De olika HTLV-I-infekterade cellinjerna visade sig vara individuella: några uttryckte extremt mycket PDE4, andra mer måttliga PDE-nivåer. När vi jämförde cellinjerna fann vi emellertid att de virusinfekterade cellinjerna generellt hade högre kvot PDE4/PDE3, d.v.s. det verkar som om viruset tenderar att höja PDE4. Vi undersökte vidare med molekylärbiologiska metoder om något av de fyra PDE4-slagen PDE4A-D var särskilt ökat, men fann inga tecken på detta. Däremot uttryckte flera virusinfekterade cellinjer PDE3A och 3B, medan icke-infekterade T-celler bara uttrycker 3B. Eftersom man kan misstänka att viruset aktiverar någon signalkedja som påverkar PDE-aktiviteten, provade vi hämmare av olika kinaser för att försöka inringa denna. Vi hittade ett medel, kallat herbimycin A, som visade sig ha en långsam, men kraftig effekt på PDE-aktiviteten i både normala och virusinfekterade celler - både PDE3 och PDE4 minskade till 10-20% av sin ursprungliga aktivitet på 8 timmar, och tillväxten minskade också kraftigt. Herbimycin hämmar inte PDE direkt, utan effekten måste ske via någon reglermekanism i cellen. Man vet att herbimycin A hämmar viktiga kinaser, s.k. src-kinaser, som bl.a. påverkar celltillväxten, men varför det påverkar PDE-aktiviteten vet vi inte. Slutligen undersökte vi effekten av PDE3- och PDE4-hämmare på HTLV-I-infekterade celler. Det visade sig bl.a. att PDE4-hämmaren rolipram dramatiskt hämmade tillväxten av vissa cellinjer, men hade mindre eller ingen effekt på andra. En praktisk slutsats kan vara att man kan pröva PDE4-hämmare på odlade celler från ATLL-patienter; i de fall där dessa är känsliga för hämmaren kan den kanske användas för behandling.



Avslutning



Dessa arbeten har kanske bidragit till kunskapen om förekomst och reglering av fosfodiesteraser i hjärt-kärlsystemet och i immunsystemet och av deras funktionella roll. cAMP- och cGMP-baserade signalsystem är utan tvivel centrala i dessa och andra vävnader. Arbetena har grundforskningskaraktär och tillåter åtminstone en säker slutsats, nämligen att mycket återstår att göra. Särskilt ser vi fram mot förståelsen av de olika formerna av PDE3A i hjärta och kärl, samt av den roll som PDE spelar i immunsystemet, där kanske PDE3s roll är särskilt förbryllande. Från praktisk synpunkt är PDE-området av stort intresse inom läkemedelsutvecklingen på alla de nämnda områdena, men särskilt 3hett2 just nu är kanske PDE4-hämmare som antiinflammatoriska medel vid astma. Områdets storlek och vikt visas av att en Medline-sökning (datorsökning) på 3phosphodiesterase2 gav vid handen att 7389 artiklar som behandlar PDE har publicerats under de senaste 5 åren. (Less)
Abstract
The cyclic nucleotide signalling systems are important in vascular smooth muscle and in the immune system, and are of interest from a pharmacological point of view. Drugs which interfere with the cyclic nucleotide levels have profound effects on heart, blood vessels and airways and have actual or potential use in several important diseases, such as heart failure, hypertension, arteriosclerosis, asthma and autoimmune diseases. In this work, cyclic nucleotide phosphodiesterases (PDEs) (which degrade cyclic nucleotides) are studied. Inhibitors of the PDE isoenzymes PDE3 have vasorelaxing and positive inotropic effects, whereas PDE4-inhibitors have a suppressing effect in the immune system.



The present studies focus on the... (More)
The cyclic nucleotide signalling systems are important in vascular smooth muscle and in the immune system, and are of interest from a pharmacological point of view. Drugs which interfere with the cyclic nucleotide levels have profound effects on heart, blood vessels and airways and have actual or potential use in several important diseases, such as heart failure, hypertension, arteriosclerosis, asthma and autoimmune diseases. In this work, cyclic nucleotide phosphodiesterases (PDEs) (which degrade cyclic nucleotides) are studied. Inhibitors of the PDE isoenzymes PDE3 have vasorelaxing and positive inotropic effects, whereas PDE4-inhibitors have a suppressing effect in the immune system.



The present studies focus on the expression and regulation of PDE3 and PDE4 in vascular smooth muscle cells and immune system cells and their importance for regulation of proliferation in immune system cells. In vascular smooth muscle cells, PDE3 was found to be phosphorylated and activated in in vivo response to elevated cAMP. It could also be phosphorylated in vitro by cAMP-dependent protein kinase (PKA). Activity of PDE4 in vascular smooth muscle cells increased 3-5-fold within 15 min in response to elevated cAMP. The data support activation by PKA-dependent phosphorylation of both PDE3 and PDE4 in vascular smooth muscle cells. A PDE3A from a vascular smooth muscle cDNA library was cloned and sequenced. The sequence was the same as the cardiac PDE3A, except for a 51 truncation. Thus, the vascular PDE3A is coded by the same gene as the cardiac. Expression yielded an active PDE with similar characteristics as the vascular smooth muscle enzyme. If the truncation reflects presence of an alternative form of PDE3A is not known. Autoreactive T- lymphocyte clones all expressed PDE3 and PDE4 with individual PDE4 / PDE3 ratios. PDE3B and 4A-D were detected in all clones. Antigen stimulation induced a marked increase in both PDE3- and PDE4-activities, which was maximal after 2-3 days (a few days before proliferation peak). Both PDE3- and PDE4-inhibitors inhibited antigen-stimulated proliferation. The combination was usually more effective than each inhibitor alone. T-cells transformed with human T-lymphotropic virus - 1 (HTLV-1) in general exhibited increased PDE4 / PDE3 ratios and, in some cell lines, strongly increased PDE4 activity. The effect of isoenzyme-specific PDE-inhibitors on the proliferation of these cells varied between different cell lines, but in some HTLV-I-positive cell lines, a PDE4-inhibitor strongly inhibited proliferation. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Professor Døskeland, Stein Ove, Institutt for anatomi og cellebiologi, Universitetet i Bergen, Bergen, Norge
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
HTLV-I, multiple sclerosis, proliferation, phosphorylation, T-lymphocytes, vascular smooth muscle, cloning, protein kinase A, cGMP, cAMP, PDE4, Phosphodiesterase, PDE3, cilostamide, rolipram, Histology, cytochemistry, histochemistry, tissue culture, Histologi, cytokemi, histokemi, vävnadskultur
pages
192 pages
publisher
Department of Cell and Molecular Biology, Lund University
defense location
Lecture Hall A, Kemicentrum
defense date
1998-09-15 13:00
external identifiers
  • other:ISRN: LUMEDW / MECM / 98 / 1017 SE
ISBN
91-628-3117-8
language
English
LU publication?
yes
id
a1b60fd9-5686-43f1-9b4b-1bb39da90a03 (old id 38823)
date added to LUP
2007-06-20 14:53:40
date last changed
2016-09-19 08:45:12
@phdthesis{a1b60fd9-5686-43f1-9b4b-1bb39da90a03,
  abstract     = {The cyclic nucleotide signalling systems are important in vascular smooth muscle and in the immune system, and are of interest from a pharmacological point of view. Drugs which interfere with the cyclic nucleotide levels have profound effects on heart, blood vessels and airways and have actual or potential use in several important diseases, such as heart failure, hypertension, arteriosclerosis, asthma and autoimmune diseases. In this work, cyclic nucleotide phosphodiesterases (PDEs) (which degrade cyclic nucleotides) are studied. Inhibitors of the PDE isoenzymes PDE3 have vasorelaxing and positive inotropic effects, whereas PDE4-inhibitors have a suppressing effect in the immune system.<br/><br>
<br/><br>
The present studies focus on the expression and regulation of PDE3 and PDE4 in vascular smooth muscle cells and immune system cells and their importance for regulation of proliferation in immune system cells. In vascular smooth muscle cells, PDE3 was found to be phosphorylated and activated in in vivo response to elevated cAMP. It could also be phosphorylated in vitro by cAMP-dependent protein kinase (PKA). Activity of PDE4 in vascular smooth muscle cells increased 3-5-fold within 15 min in response to elevated cAMP. The data support activation by PKA-dependent phosphorylation of both PDE3 and PDE4 in vascular smooth muscle cells. A PDE3A from a vascular smooth muscle cDNA library was cloned and sequenced. The sequence was the same as the cardiac PDE3A, except for a 51 truncation. Thus, the vascular PDE3A is coded by the same gene as the cardiac. Expression yielded an active PDE with similar characteristics as the vascular smooth muscle enzyme. If the truncation reflects presence of an alternative form of PDE3A is not known. Autoreactive T- lymphocyte clones all expressed PDE3 and PDE4 with individual PDE4 / PDE3 ratios. PDE3B and 4A-D were detected in all clones. Antigen stimulation induced a marked increase in both PDE3- and PDE4-activities, which was maximal after 2-3 days (a few days before proliferation peak). Both PDE3- and PDE4-inhibitors inhibited antigen-stimulated proliferation. The combination was usually more effective than each inhibitor alone. T-cells transformed with human T-lymphotropic virus - 1 (HTLV-1) in general exhibited increased PDE4 / PDE3 ratios and, in some cell lines, strongly increased PDE4 activity. The effect of isoenzyme-specific PDE-inhibitors on the proliferation of these cells varied between different cell lines, but in some HTLV-I-positive cell lines, a PDE4-inhibitor strongly inhibited proliferation.},
  author       = {Ekholm, Dag},
  isbn         = {91-628-3117-8},
  keyword      = {HTLV-I,multiple sclerosis,proliferation,phosphorylation,T-lymphocytes,vascular smooth muscle,cloning,protein kinase A,cGMP,cAMP,PDE4,Phosphodiesterase,PDE3,cilostamide,rolipram,Histology,cytochemistry,histochemistry,tissue culture,Histologi,cytokemi,histokemi,vävnadskultur},
  language     = {eng},
  pages        = {192},
  publisher    = {Department of Cell and Molecular Biology, Lund University},
  school       = {Lund University},
  title        = {Cyclic nucleotide signalling systems in vascular smooth muscle cells and immune system cells with special reference to phosphodiesterases PDE3 and PDE4},
  year         = {1998},
}