Altered expression of contractile endothelin receptors in the vascular bed

Abstract

This thesis aims at characterizing the endothelin (ET) receptors in different vascular beds of man and rat. The ET-A receptor was shown to be the only contractile ET receptor present in all vascular regions, with the exception of the rat mesenteric vein where a weak ET-B receptor-mediated contraction was seen. Treatment with antisense oligodeoxynucleotides to the ET-A receptor mRNA during organ culture showed a decrease of the ET-1-induced contraction in the human temporal artery. However, in human omental arteries there was an increase in response to ET-B receptor agonists together with an increase of ET-B receptor mRNA following organ culture. This phenomenon suggests that contraction is due to upregulation of ET-B receptors. The level of expression of contractile ET-B receptors varies among different vascular regions following organ culture; it is most enhanced in small arteries and veins, whereas it is low or absent in large arteries. The upregulation seems to be most pronounced in the mesenteric region. The culture medium components do not induce upregulation of ET-B receptors, since there was no difference between addition of foetal calf serum or buffer solution. However, when the physiological conditions were altered, by the exclusion of energy supply (glucose) or during culture below normal temperature (at 4 °C), the upregulation was attenuated or totally blunted. This indicates that the phenomenon is a metabolically active process. Experiments with and without endothelium or tension did not alter the level of ET-B receptor expression. This suggests that there is no intrinsic mechanisms that keeps the ET-B receptors at low expression levels. ET-B receptors are shown to be upregulated in several vascular diseases. The use of organ culture can be a very useful tool to study both the function and the regulation of contractile ET-B receptors.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Blodkärlen har till uppgift att distribuera syre och näring till kroppens alla celler, samt att borttransportera slaggprodukter som sedan bildas efter nyttjandet. Dessutom förmedlas en rad signalsubstanser till kroppens vävnader via blodcirkulationen. Eftersom mängden cirkulerande blod är begränsad är det viktigt att blodkärlen, bestående av artärer som för blodet från hjärtat och vener som för blodet till hjärtat, inte är helt avslappnade utan har en tonus så att blodet med ett visst flöde kan nå ut till de minsta blodkärlen, kapillärerna, där näringsutbytet sker. Artärerna kan grovt delas upp i två olika grupper med olika funtion; stora som är mera passiva transportörer och små som med sin tonus reglerar blodtrycket. Den största delen av blodvolymen finns vid normala förhållanden i venerna som är tunnväggiga kärl. Det blod som står i venerna kan mobiliseras vid till exempel kraftig ansträngning eller vid blodförlust. Alla blodkärl, förutom kapillärerna, består av i huvudsak tre lager; ett yttre lager, adventitian, som består av bindväv och är kärlets stödjevävnad, ett mellanlager, median, där de glatta muskelcellerna finns, och ett inre lager av endotelceller som är en barriär mellan blodet och vävnaden. Kapillärerna består av ett enkelt skikt av endotelceller för att optimalt näringutbyte skall kunna ske. De glatta muskelcellerna är muskelceller som inte står under inflytande av viljan utan styrs av autonoma nervsignaler samt cirkulerande hormoner som binder till specifika mottagare, receptorer, på cellytan. De glatta muskelcellerna kan antingen dra ihop sig, kontrahera, och på det sättet minska diametern, eller slappna av, dilatera sig, beroende på vilken receptor som aktiveras.



Förståelsen av betydelsen av det tunna lager av endotelceller har på de senaste 20 åren ökat markant då man upptäckt att dessa celler kan utsöndra både kontraherande och dilaterande substanser för att lokalt kunna påverka blodkärlets tonus. En nyupptäckt substans, endothelin (ET), som utsöndras från endotelcellerna har visat sig vara den substans som vid de lägsta koncentrationerna ger upphov till kontraktion. Denna kontraktion är både stark och ihållande. Det har visat sig att en viss kontinuerlig utsöndring av ET upprätthåller en del av blodkärlens tonus. Dessutom har man funnit att ET nivån i blodet är ökad vid flera hjärtkärlsjukdomar. I föreliggande avhandling har receptorerna för ET på de glatta muskelcellerna studerats. De två receptorer man funnit hos däggdjur kallas ET-A och ET-B receptorer. Det är i de flesta fall ET-A receptorer som medierar kontraktionen av blodkärl, men man har också sett att antalet kontraktila ET-B receptorer ökar vid vissa hjärtkärlsjukdomar. Under basala förhållanden ser man att alla kärl, från både människa och råtta, som man tar ut och direkt spänner upp i en liten behållare med fysiologisk lösning, uppvisar en stark ET-A medierad kontraktion. Ingen eller, i vissa fall mycket liten, kontraktion beror på ET-B receptor påverkan. Genom att låta blodkärlet ligga helt passivt under näringsriktiga förhållanden under en viss tid, organ odling, kunde den ET-inducerade kontraktionen kärlet minskas genom att blockera den genetiska signalen som ger upphov till syntesen av ET-A receptorer. Vid odlingen upptäcktes det att en annan ET receptor uppreglerades spontant. Detta innebär att det i de glatta muskelcellerna, förutom den tidigare förekommande ET-A receptorn, tillkommit en till receptor med liknande kontraktil effekt. Denna receptor kunde farmakologisk karakteriseras som en ET-B receptor. Samtidigt med den ökade effekten av ET-B receptorn kom en ökning av genutryck av denna receptor. Den ET-B medierade kontraktion kunde helt slås ut genom att blockera genuttrycket. Därvid kan man sluta sig till att den ökade effekten av ET-B receptorn beror på en uppreglering av receptor genom nysyntes av genutryck. Uppregleringen var olika stor i blodkärl från olika delar av kroppen. I stora artärer var det inte mycket ET-B receptor medierad effekt, medan denna var påtaglig i små artärer och vener samt framför allt i de blodkärl som distribuerar blodet till tarmarna. Detta indikerar, förutom att fenomenet är beroende på vissa grundläggande skillnader i uppsättningen av glatta muskelceller i de olika kärlregionerna, att den uppdykande ET-B receptorn har störst betydelse i de kärl som reglerar blodtrycket. Förändringar av näringsammansättningen i odlingslösningen påverkade inte uppkomsten av ET-B receptorer, förutom om man tog bort sockret då en reducerad uppreglering kunde ses. Dessutom, då kärlen inkuberades i kylskåp kunde ingen effekt av ET-B receptorn ses. Dessa fynd antyder att uppregleringen är en aktiv process som kräver både energi och normala, fysiologiska betingelser. Man skulle kunna tänka sig att endotelcellerna eller avsaknaden av tonus under odlingen påverkade uppregleringen av ET-B receptorer, men detta kunde inte visas utan processen sker oavsett om blodkärlet har tonus eller ej. Avslutningsvis bör det sägas att det är oklart huruvida den uppdykande ET-B receptorn under de här nämnda experimentella betingelser har något med den som ses vid olika sjukdomar. Dock så ger detta system med odling av kärl möjlighet att studera vilken funktion som ET-B receptor har, samt vilka faktorer som gör att den uppregleras.

• author: Adner, Mikael
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Saxena, Pramod R., Department of Pharmacology, Erasmus University
• organization: Clinical and Experimental Allergy Research (research group)
• publishing date: 1998
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Other Clinical Medicine
• keywords: Cardiovascular system, upregulation, transcriptional regulation, smooth muscle cells, plasticity, organ culture, Endothelin, receptor, Kardiovaskulära systemet
• pages: 111 pages
• defense location: Lund University Hospital, Lecture room 2
• defense date: 1998-03-27 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MEMA--1049--SE
• ISBN: 91-628-2890-8
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 650ceb1e-1abe-435f-b5c1-606e173c28e8 (old id 38457)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:46:09
• date last changed: 2018-11-21 21:00:40