Novel functions of cardiovascular P2 receptors

Abstract

The aim of the thesis was to examine the expression and function of the extracellular nucleotide P2 receptors in the cardiovascular system. In the cardiovascular system nucleotides are released during shear stress, hypoxia, ischemia, from endothelial cells, smooth muscle cells, aggregating platelets, inflammatory cells and erythrocytes. We demonstrate that ATP, ADP, UTP and UDP induce vascular relaxation in human blood vessels stimulating P2Y1, P2Y2 and P2Y6 receptors on endothelial cells. ADP, acting on the P2Y1 receptor was the most potent vasodilator and the response was mediated via equal amounts of NO, EDHF and prostaglandins. We show that ADP gives contraction in human blood vessels and reveal functional expression of P2Y12 receptors on the VSMC. In vessels having an intact endothelium, ADP induces vasodilatation but a dysfunctional endothelium leads to ADP induced contraction. Stable drugs with antagonistic effects on P2Y12 receptors, affecting both platelets and VSMC, could be of double therapeutic benefit in their prevention of both thrombosis and vasospasm. Increased ATP release has been shown during cardiac ischemia. We found increased levels of UTP in patients with myocardial infarction and the amounts correlated to the ATP level (1:10). ATP, UTP and UDP stimulated potent inotropic effects acting on the heart muscle cells. The pyrimidine effects were mediated via P2Y2/4 and P2Y6 receptors acting via PLC pathways. Expression of P2Y2, P2Y4 and P2Y6 was verified using real-time PCR. ATP induced inotropic effects mediated via two pathways, PLC and adenylyl cyclase pathway, suggesting a P2Y11-like receptor in mouse. Responses to UDP and a P2Y11 agonist were decreased in mice with cardiomyopathy. Antagonists for P2Y2/4, P2Y6 and P2Y11 receptors could be beneficial in the treatment of hypertension and heart failure. Finally, by designing and synthesizing new chemical compounds, two new P2X1 receptor potentiating substances were found. The clinical use of a P2X1 receptor potentiator could be to increase blood pressure in orthostatic hypotension, counteract urinary incontinence, or even male infertility.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Sammanfattning Nukleotider påverkar kärltensionen och hjärtats slagkraft. Då ett blodkärl skadas, då blod koagulerar eller vid minskad syretillförsel till hjärtat frisätts en mängd ämnen från kärlväggar och blodceller. Bland annat frisätts så kallade nukleotider (ATP, ADP, UTP och UDP). Nukleotider har tidigare visats ha viktiga funktioner inuti cellen vid energiomsättning och som byggstenar i DNA. Nu har det även visat sig att nukleotider utanför cellen kan binda till proteiner på cellytan, sk receptorer, som har fickor där nukleotiderna passar in. Dessa nukleotid-receptorer kallas P2-receptorer, och när nukleotiden binder startas en mängd reaktioner inuti cellerna. På blodkärlens väggar och på hjärtmuskelcellernas ytor finns P2-receptorer. Mitt arbete handlar om hur nukleotider genom aktivering av ett flertal olika receptorer kan kontrollera tensionen i blodkärl och hjärtats slagkraft. P2-receptorer och blodkärl Nukleotider kan ge både kärlvidgning och kärlkontraktion. Mekanismerna bakom detta är intressanta eftersom högt blodtryck är vanligt vid hjärtkärlsjukdom och blodtryckssänkande mediciner ofta används. Ett blodkärl är uppbyggt av tre olika lager, ett tunt endotelcellslager innerst, sedan glatta muskelceller och ytterst ett bindvävslager. Nedsatt endotelfunktion i form av en försämrad kärlrelaxation anses vara ett tidigt tecken på åderförkalkning. Nukleotider i blodbanan binder till P2-receptorerna på endotelcellerna och får kärlet att slappna av. Vi studerade mänskliga blodkärl och kunde då bestämma vilka P2 receptorer som ger kärlrelaxation. Vi såg också att detta skedde genom frisättning av tre olika kärlvidgande substanser (NO, EDHF och prostaglandin). Vid höga halter av nukleotider eller om endotelcellslagret är trasigt så binder nukleotiderna istället till P2-receptorer på muskelcellagret och ger då sammandragning av blodkärlet. Vi har upptäckt att nukleotiden ADP har denna dubbla roll och att det är två olika P2-receptortyper som aktiveras beroende på var de sitter. Det finns ett läkemedel, Plavix., som används för att hindra koagulation genom att blockera en ADP-receptor på blodplättar. Vi har funnit att det är den här ADP-receptorn som även finns på de glatta musklerna i kärlväggen och att det är via denna som blodkärlet kontraherar. Den blodförtunnande medicinen kan alltså förbättras och då både förhindra både blodkoagulation och kärlkontraktion. P2-receptorer och hjärtat Vi har mätt mängden UTP i blodet på patienter med hjärtinfarkt och fann att de hade högre halter än normalt. Genom att titta på muskelceller från mushjärtan kunde vi konstatera att nukleotider ger kraftigare hjärtslag. En vanlig behandlig vid hjärtsvikt är adrenalinreceptorblockad (beta-blockerare) eller hämning av angiotensin systemet. Nukleotider visade sig kunna stimulera hjärtat via åtminstone tre olika receptorer, där en verkar via samma signalväg som adrenalin (cAMP) och två via samma signalväg som angiotensin (IP3). Identifieringen av dessa system möjliggör utveckling av nya ”hjärtstärkande” eller hjärtskyddande mediciner. Substansutveckling När man ska studera nukleotidreceptorernas betydelse i kroppen är det viktigt att ha stabila ämnen som endast binder till den receptor man vill studera. I ett av projekten modifierade vi en substans med känd aktivitet mot en P2-receptor, och erhöll en substans som förstärkte den kärlkontraherande effekten av ATP. Denna P2-receptor är viktig vid hastig kärlkontraktion men spelar även en viktig roll i sädesledaren, och en substans som denna skulle kunna utvecklas för behandling av manlig infertilitet. Slutsatser: 1. Vid ischemi så ökas frisättningen av UTP till blodet hos människor. 2. UDP ger relaxation av blodkärl. 3. ADP ger den mest potenta relaxationen av blodkärl. Detta sker genom genom att lika mängder av kvävemonooxid, EDHF och prostaglandiner frisätts. 4. ADP ger kärlkontraktion. Detta sker genom en receptor som man inte tidigare visste fanns på de glatta musklerna i blodkärlsväggen. 5. ATP, UTP och UDP gör att hjärtat slår starkare och vi har identifierat genom vilka receptorer och mekanismer detta sker.

• author: Wihlborg, Anna-Karin
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Novak, Ivana
• organization: Cardiology
• publishing date: 2004
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cardiac and Cardiovascular Systems
• keywords: Cardiovascular system, Kardiovaskulära systemet, mRNA, EDHF, UTP, UDP, ADP, ATP, P2 receptor, contraction, dilatation, endothelial cells, Heart, VSMC
• pages: 145 pages
• defense location: Segerfalksalen
• defense date: 2004-11-19 09:00:00
• ISBN: 91-628-6279-0
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: I. Anna-Karin Wihlborg, Malin Malmsjö, Atli Eyjolfsson, Ronny Gustafsson, Kenneth Jacobson and David Erlinge. Extracellular nucleotides induce vasodilatation in human arteries via prostaglandins, nitric oxide and endothelium-derived hyperpolarising factor. British Journal of Pharmacology, 138:1451-8, 2003. Article: II. Anna-Karin Wihlborg, Lingwei Wang, Oscar Östberg Braun, Atli Eyjolfsson, Ronny Gustafsson, Tomas Gudbjartsson and David Erlinge The ADP receptor P2Y12 is expressed in vascular smooth muscle cells and stimulates contraction in human blood vessels. ArteriosclerosisThrombosis and Vascular Biology, 24:1810-15, 2004 Article: III. Anna-Karin Wihlborg* and Johanna Balogh*, Catharina Borna, Joshi Bhalchandra, Eduardo Lazarowski, Kenneth A Jacobson, Anders Arner and David Erlinge Uridine nucleotides have positive inotropic effects in mouse cardiomyocytes with increased levels during myocardial infarction in man. Manuscript Article: IV. Johanna Balogh* and Anna-Karin Wihlborg*, Henrik Isacksson, Joshi Bhalchandra, Kenneth A Jacobson, Anders Arner and David Erlinge Phospholipase C and cAMP-dependent positive inotropic effects of ATP in mouse cardiac myocytes via P2Y11-like receptors. Submitted manuscript Article: V. Anna-Karin Wihlborg, Johnny Slätt, Xiangyang Sun, Xiao-He Zhao, Jan Bergman, Thomas Hedner and David Erlinge 2,2-Nitrophenylisatogen potentiates P2X1 receptor mediated vascular contraction and blood pressure elevation. Drug Development Research, 59:82-87, 2003.
• id: 3e690107-11e5-412f-a3d1-b928f107eaca (old id 467443)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:41:57
• date last changed: 2018-11-21 21:00:16