Mecanismes de regulació de la Lisil Oxidasa i la Fibulina-5 a nivell vascular: modulació per hipòxia

Abstract

El remodelat vascular es un procés crític que present en el desenvolupament de patologies cardiovasculars com l’aterosclerosi i l’aneurisma d’aorta abdominal (AAA). La Lisil Oxidasa (LOX) i la Fibulina-5 (FBLN5) són dues proteïnes de matriu extracel•lular essencials en la formació i manteniment de les fibres elàstiques. Ambdues participen en processos fisiopatològics caracteritzats per l’alteració de l’equilibri síntesi/destrucció de la matriu extracel•lular i han estat involucrades en el remodelat vascular. Estudis en models experimentals han proporcionat indicis sobre la possible vinculació d’aquestes proteïnes en el desenvolupament d’aterosclerosi i d’AAA, si bé existeixen molts aspectes de la biologia d’aquestes proteïnes que haurien de ser analitzats en profunditat.

Un aspecte crític en el remodelat vascular associat a la progressió de la lesió ateroscleròtica és l’aparició de regions d’hipòxia. L’estrès hipòxic és característic d’alguns processos fisiològics, però també de patologies com el càncer, els trastorns isquèmics, la inflamació crònica i l’aterosclerosi. Les cèl•lules endotelials són els sensors primaris d’aquest estrés hipòxic, i la seva adaptació a la hipòxia es produeix a través d’una complexa resposta finament regulada que afecta múltiples aspectes de la seva biologia, com la supervivència cel•lular, el control del to i la permeabilitat vascular, l’angiogènesi i el remodelat de la matriu extracel•lular. No obstant, no s’ha establert si la hipòxia pot regular la expressió de la LOX i la FBLN5 en cèl•lules endotelials ni la repercussió fisiològica que podria tenir. Les investigacions desenvolupades pel nostre grup indiquen que la LOX és un enzim clau en el manteniment de la integritat de l’endoteli i de la funció endotelial. La capacitat d’aquest enzim de controlar l’expressió gènica, en base a la seva activitat al nucli, així com l’activitat de factors de creixement fonamentals en l’homeòstasi vascular com el bFGF i el PDGF, suggereix que aquest enzim controla funcions cel•lulars que poden ser determinants en el desenvolupament de malalties cardiovasculars. En base a aquests antecedents, ens hem plantejat com a hipòtesis de treball que la LOX i la FBLN5 són proteïnes clau en l’homeòstasi vascular, que participen en la resposta adaptativa de les cèl•lules vasculars a la hipòxia, i que contribueixen al desenvolupament de patologies vasculars com l’aterosclerosi i l’aneurisma d’aorta abdominal. Els nostres resultats han demostrat que en artèries coronàries humanes, la LOX s’expressa principalment a l’endoteli i a l’adventícia, i que és la isoforma més expressada en cèl•lules vasculars, juntament amb la LOXL2. En cèl•lules endotelials, l’expressió de LOX i FBLN5 s’incrementa en resposta a hipòxia a través de mecanismes transcripcionals, si bé amb clares diferències entre ambdues proteïnes. Així, el factor HIF-1 juga un paper secundari en la regulació de la LOX per hipòxia en cèl•lules endotelials, una resposta en la que estan involucrades proteïnes de la família Smad i l’estrès oxidatiu. Per contra, HIF-1 és el principal responsable de la inducció de la FBLN5 en cèl•lules endotelials, en les quals hem demostrat que aquesta proteïna contribueix a la resposta adaptativa a l’estrès hipòxic. Finalment, hem observat que la sobre-expressió de LOX en cèl•lules endotelials mitjançant un sistema lentiviral indueix canvis en l’expressió gènica que afecten la senyalització i la comunicació cèl•lula-cèl•lula, d’entre els quals en destaca la inhibició de l’α2-macroglobulina.

Vascular remodeling is a critical process in the development of cardiovascular diseases such as atherosclerosis and abdominal aorta aneurysm (AAA). Lysyl oxidase (LOX) and Fibulin-5 (FBLN5) are two extracellular matrix proteins essential for the elastic fiber development and maintenance, and they both have an active role in physiological processes in which vascular remodeling is involved. By using different animal models, these proteins have been suggested to be involved with atherosclerosis and AAA. A critical aspect of the vascular remodeling in the atherosclerotic lesion is the apparition of hypoxic areas. Endothelial cells are primary sensors to the hypoxic stress, responding to it in a complex but subtly regulated way that affects multiple aspects of its biology. Nevertheless, it has not been established if the hypoxic stimulus can modulate LOX and FBLN5 expression, nor its possible physiological repercussions. Research made in our group shows the importance of LOX in the endothelial activity and vascular function. LOX can control the genetic expression as well as the activity of growth factors essential for the vascular homeostasis, suggesting that this enzyme may control cellular functions essential for the development of cardiovascular diseases. Based on these results, we have considered as working hypothesis that LOX and FBLN5 are key proteins in the vascular homeostasis, that they take part of the vascular response to hypoxia, and that they contribute to the development of vascular diseases like atherosclerosis and the AAA. Our results show that hypoxia transcriptionally induces LOX and FBLN5 in endothelial cells. While HIF-1 plays a secondary role in the regulation of LOX, being also involved in this modulation Smad proteins and oxidative stress, it is the main factor responsible for the FBLN5 induction. We also demonstrate that the modulation of FBLN5 in endothelial cells contributes to their adaptive response to hypoxia. Moreover, we have observed that overexpressing LOX in endothelial cells downregulates α2-macroglobulin expression.