Interplay between calcium ions ($Ca^{2+}$) and reactive oxygen species (ROS) delicately controls diverse pathophysiological functions of vascular smooth muscle cells (VSMCs). However, details of the $Ca^{2+}$ and ROS signaling network have been hindered by the absence of a method for dual measurement of $Ca^{2+}$ and ROS. Here, a real-time monitoring system for $Ca^{2+}$ and ROS was established using a genetically encoded hydrogen peroxide indicator, HyPer, and a ratiometric $Ca^{2+}$ indicator, fura-2. For the simultaneous detection of fura-2 and HyPer signals, 540 nm emission filter and 500 nm~ dichroic beamsplitter were combined with conventional exciters. The wide excitation spectrum of HyPer resulted in marginal cross-contamination with fura-2 signal. However, physiological $Ca^{2+}$ transient and hydrogen peroxide were practically measurable in HyPer-expressing, fura-2-loaded VSMCs. Indeed, distinct $Ca^{2+}$ and ROS signals could be successfully detected in serotonin-stimulated VSMCs. The system established in this study is applicable to studies of crosstalk between $Ca^{2+}$ and ROS.
Angiotensin II (Ang II) plays an important role in vascular hypertension. The role of the chemokine CCL5 on Ang II-induced activities in vascular smooth muscle cells (VSMCs) has not been studied. In this study, we elucidated the effect of CCL5 on Ang II-induced 12-lipoxygenase (LO) expression and cell proliferation in spontaneously hypertensive rats (SHR) VSMCs. CCL5 decreased Ang II-induced 12-LO mRNA expression and protein production, and it increased Ang II type 2 ($AT_2$) receptor expression in SHR VSMCs. The inhibitory effect of CCL5 on Ang II-induced 12-LO mRNA expression was mediated through the $AT_2$ receptor. Although treatment of CCL5 alone induced SHR VSMCs proliferation, CCL5 inhibited Ang II-induced VSMCs proliferation and PD123,319, an $AT_2$ receptor antagonist, blocked the inhibitory effect of CCL5 on Ang II-induced VSMCs proliferation. Phosphorylation of p38 was detected in VSMCs treated with Ang II or CCL5 alone. But, decrease of p38 phosphorylation was detected in VSMCs treated with Ang II and CCL5 simultaneously (Ang II/CCL5) and PD123,319 increased p38 phosphorylation in VSMCs treated with Ang II/CCL5. Therefore, these results suggest that the inhibitory effect of CCL5 on Ang II-induced VSMCs proliferation is mediated by the $AT_2$ receptor via p38 inactivation, and CCL5 may play a beneficial role in Ang II-induced vascular hypertension.
Park, Hyun-Joo;Kim, Mi-Kyoung;Kim, Yeon;Kim, Hyung Joon;Bae, Soo-Kyung;Bae, Moon-Kyoung
BMB Reports
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v.54
no.11
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pp.569-574
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2021
Vascular calcification is the heterotopic accumulation of calcium phosphate salts in the vascular tissue and is highly correlated with increased cardiovascular morbidity and mortality. In this study, we found that the expression of neuromedin B (NMB) and NMB receptor is upregulated in phosphate-induced calcification of vascular smooth muscle cells (VSMCs). Silencing of NMB or treatment with NMB receptor antagonist, PD168368, inhibited the phosphate-induced osteogenic differentiation of VSMCs by inhibiting Wnt/β-catenin signaling and VSMC apoptosis. PD168368 also attenuated the arterial calcification in cultured aortic rings and in a rat model of chronic kidney disease. The results of this study suggest that NMB-NMB receptor axis may have potential therapeutic value in the diagnosis and treatment of vascular calcification.
Lim, Leejin;Jo, Juyeong;Yoon, Sang Pil;Jang, Inyoub;Ki, Young-Jae;Choi, Dong-Hyun;Song, Heesang
Natural Product Sciences
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v.26
no.1
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pp.71-78
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2020
The plant Dendropanax morbifera Léveille is effective folk medicines for the treatment of several conditions, such as infectious diseases, skin diseases, and other illnesses. Although the inhibitory effects of D. morbifera on the proliferation and migration of vascular smooth muscle cells (VSMCs) have been shown in our previous study, its effects in vivo remain to be elucidated. In this study, we aimed to investigate the protective effects of the extracts from D. morbifera (EDM) on neointimal hyperplasia of rat carotid artery and explore the underlying mechanisms. We observed that the ratio of intima to media thickness (I/M) was significantly decreased in the EDM-treated groups by ~80% compared to that of the control. The expression of Ki-67 and proliferating cell nuclear antigen was decreased by ~70% in the EDM-treated groups compared to that of the control. In addition, matrix metalloproteinase (MMP)2 and MMP9 significantly reduced in the neointimal layer of the EDM-treated groups. Moreover, the decreased levels of contractile phenotypic markers of VSMCs, such as α-smooth muscle actin, myocardin, and smooth muscle-myosin heavy chain, were successfully restored by EDM treatment. Furthermore, the levels of synthetic phenotypic markers, cellular retinal binding protein 1 and connexin 43 were also restored to normal levels. These results suggest that EDM inhibits vascular neointimal hyperplasia induced by balloon injury in rats via phenotypic modulation of VSMCs. Therefore, EDM may be a potential drug candidate for the prevention of restenosis.
Vascular smooth muscle cells (VSMCs) are a unique cell type that has unusual plasticity controlled by environmental stimuli. As an abnormal increase of VSMC proliferation is associated with various vascular diseases, tight regulation of VSMC phenotypes is essential for maintaining vascular homeostasis. Hypoxia is one environmental stress that stimulates VSMC proliferation. Emerging evidence has indicated that microRNAs (miRNAs) are critical regulators in the hypoxic responses of VSMCs. Therefore, we previously investigated miRNAs modulated by hypoxia in VSMCs and found that miR-1260b is one of the most upregulated miRNAs under hypoxia. However, the mechanism that underlies the regulation of VSMCs via miR-1260b in response to hypoxia has not been explored. Here we demonstrated that hypoxia-induced miR-1260b promotes VSMC proliferation. We also identified growth differentiation factor 11 (GDF11), a member of the TGF-β superfamily, as a novel target of miR-1260b. miR-1260b directly targets the 3'UTR of GDF11. Downregulation of GDF11 inhibited Smad signaling and consequently enhanced the proliferation of VSMCs. Our findings suggest that miR-1260b-mediated GDF11-Smad-dependent signaling is an essential regulatory mechanism in the proliferation of VSMCs, and this axis is modulated by hypoxia to promote abnormal VSMC proliferation. Therefore, our study unveils a novel function of miR-1260b in the pathological proliferation of VSMCs under hypoxia.
Chang Ik Choi;Bon Hyeock Koo;Dongeui Hong;Hyung Joo Kwon;Kwang Lae Hoe;Moo Ho Won;Young Myeong Kim;Hyun Kyo Lim;Sungwoo Ryoo
Molecular Medicine Reports
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v.19
no.5
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pp.3767-3774
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2019
The contractility of vascular smooth muscle cells (VSMCs) controls the lumen diameter of vessels, thus serving a role in regulating blood pressure and organ blood flow. Although arginases are known to have numerous effects in the biological activities of VSMCs, the effects of arginase II on the constriction of VSMCs has not yet been investigated. When conducting a natural products screen for an inhibitor against arginase, the present study identified that a relatively high concentration of resveratrol (RSV) exhibited arginase inhibitory activity. Therefore, the present study investigated whether RSV could regulate VSMCs contractions and the underlying mechanism. Arginase inhibition by RSV led to an increase in the concentration of the substrate L-Arg and an accompanying increase in the cytosol Ca2+ concentration [(Ca2+)c] in VSMCs. The increased [Ca2+]c induced by RSV and L-Arg treatments resulted in CaMKII-dependent MLC20 phosphorylation. The effects of RSV on VSMCs were maintained even when VSMCs were pre-treated with sirtinol, an inhibitor of Sirt proteins. In a vascular tension assay with de-endothelialized aortic vessels, vasoconstrictor responses, which were measured using phenylephrine (PE), were significantly enhanced in the RSV- and L-Arg-treated vessels. Therefore, although arginase inhibition has exhibited beneficial effects in various diseases, care is required when considering administration of an arginase inhibitor to patients with vessels endothelial dysfunction as RSV can induce vessel contraction.
Kim, Soo-Yeon;Kim, Jin-Ho;Lim, Yong;Yoo, Hwan-Soo;Yun, Yeo-Pyo
Proceedings of the PSK Conference
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2003.10b
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pp.108.2-108.2
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2003
Kaempferol, a flavonol compound, has been reported as the anti-oxidant and anti-angiogenic agent and it has been found to inhibit cell growth in vitro. Abnormal proliferation of vascular smooth muscle cells (VSMCs) plays an important role in development of atherosclerosis. In this study, we examined the anti-proliferative effect and its mechanism on rat aortic VSMCs treated by kaempferol. kaempferol significantly inhibited the platelet-derived growth factor (PDGF)-BB-induced proliferation of rat aortic VSMCs in concentration-dependent manner by cell count and [$^3$H]-thymidine incorporation assay. (omitted)
Ryu, Jeong Yeop;Park, Tae Hyun;Lee, Joon Seok;Oh, Eun Jung;Kim, Hyun Mi;Lee, Seok-Jong;Lee, Jongmin;Lee, Sang Yub;Huh, Seung;Kim, Ji Yoon;Im, Saewon;Chung, Ho Yun
Archives of Plastic Surgery
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v.49
no.1
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pp.115-120
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2022
Background In addition to vascular endothelial cells, vascular smooth muscle cells (VSMCs) are subject to continuous shear stress because of blood circulation. The angiogenic properties of VSMCs in extracranial arteriovenous malformations (AVMs) may exceed those of normal blood vessels if the body responds more sensitively to mechanical stimuli. This study was performed to investigate the hypothesis that rapid angiogenesis may be achieved by mechanical shear stress. Methods VSMCs were obtained from six patients who had AVMs and six normal controls. The target genes were set to angiopoietin-2 (AGP2), aquaporin-1 (AQP1), and transforming growth factor-beta receptor 1 (TGFBR1). Reverse-transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) and real-time PCR were implemented to identify the expression levels for target genes. Immunofluorescence was also conducted. Results Under the shear stress condition, mean relative quantity values of AGP2, AQP1, and TGFBR1 in AVM tissues were 1.927±0.528, 1.291±0.031, and 2.284±1.461 when compared with neutral conditions. The expression levels of all three genes in AVMs were higher than those in normal tissue except for AQP1 under shear stress conditions. Immunofluorescence also revealed increased staining of shear stress-induced genes in the normal tissue and in AVM tissue. Conclusions Shear stress made the VSMCs of AVMs more sensitive. Although the pathogenesis of AVMs remains unclear, our study showed that biomechanical stimulation imposed by shear stress may aggravate angiogenesis in AVMs.
Connective tissue growth factor (CTGF) is a novel fibrotic mediator, which is considered to mediate fibrosis through extracellular matrix (ECM) synthesis in diabetic cardiovascular complications. Statins have significant immunomodulatory effects and reduce vascular injury. We therefore examined whether fluvastatin has anti-fibrotic effects in vascular smooth muscle cells (VSMCs) and elucidated its putative transduction signals. We show that advanced glycation end products (AGEs) stimulated CTGF mRNA and protein expression in a time-dependent manner. AGE-induced CTGF expression was mediated via ERK1/2, JNK, and Egr-1 pathways, but not p38; consequently, cell proliferation and migration and ECM accumulation were regulated by CTGF signaling pathway. AGE-stimulated VSMC proliferation, migration, and ECM accumulation were blocked by fluvastatin. However, the inhibitory effect of fluvastatin was restored by administration of CTGF recombinant protein. AGE-induced VSMC proliferation was dependent on cell cycle arrest, thereby increasing G1/G0 phase. Fluvastatin repressed cell cycle regulatory genes cyclin D1 and Cdk4 and augmented cyclin-dependent kinase inhibitors p27 and p21 in AGE-induced VSMCs. Taken together, fluvastatin suppressed AGE-induced VSMC proliferation, migration, and ECM accumulation by targeting CTGF signaling mechanism. These findings might be evidence for CTGF as a potential therapeutic target in diabetic vasculature complication.
Zinc is considered to be involved in maintaining healthy vascular condition. Atherosclerotic calcification of vascular smooth muscle cells (VSMCs) occurs via the mechanism of cell death; therefore, cell viability is a critical factor for preventing VSMC calcification. In this study, we tested whether zinc affected VSMC viability under both normal physiological non-calcifying (0 mM P) and atherosclerotic calcifying conditions (3 and 5 mM P), since VSMC physiological characters change during the VSMC calcification process. The study results showed that an optimal zinc level ($15{\mu}M$) restored the decreased VSMC viability which was induced under low zinc levels (0 and $1{\mu}M$) and calcifying conditions (3 and 5 mM P) at 9 and 15 days culture. This zinc-protecting effect for VSMC viability is more prominent under atherosclerotic calcifying condition (3 and 5 mM P) than normal condition (0 mM P). Also, the increased VSMC viability was consistent with the decreased Ca and P accumulation in VSMC cell layers. The results suggested that zinc could be an effective biomineral for preventing VSMC calcification under atherosclerotic calcifying conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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