Role of protein-S-glutathionylation in endothelial dysfunction and atherosclerosis

蛋白质-S-谷胱甘肽化在内皮功能障碍和动脉粥样硬化中的作用

基本信息

  • 批准号:
    9544365
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 41.15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-09-01 至 2019-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Abstract Vascular oxidative stress is strongly implicated in the pathogenesis of virtually all primary risk factors for cardiovascular diseases (CVD), a leading cause of death globally. Classic antioxidants (β-carotene, Vitamin A and E) aimed at scavenging the short-lived free radicals have limited benefits in patients with CVD. Development of different therapeutic approaches combating vascular oxidative stress appears critical. Protein S- glutathionylation (Pr-SSG), the prevalent form of oxidant-induced reversible post-translational modification, recently emerged as an important redox regulatory mechanism in CVD. We found that in endothelial cells (ECs) isolated from patients with type 2 diabetes mellitus, the level of Pr-SSG was significantly elevated. This important finding is further confirmed in a hyperlipidemic mouse model showing markedly increased Pr-SSG concomitant with a down-regulation of Glrx-1, a specific de-glutathionylation enzyme, in aortic atherosclerotic lesions, particularly in ECs. Transgenic overexpression of Glrx-1 in ApoE-/- mouse strain protects against diet-induced aortic endothelial hyper-permeability and attenuates atherosclerosis (AS) development. These exciting preliminary results lead to a central hypothesis of this grant proposal that EC Glrx-1 has a protective role in metabolic stress-induced EC dysfunction and AS. Specific Aim#1 will test in vivo the hypothesis that EC-specific up-regulation of Glrx-1 will attenuate AS progression by improving EC dysfunction caused by metabolic abnormalities using EC specific Glrx-1 transgenic mice with ApoE-/- background. Our redox proteomic and biochemical studies in metabolically stressed ECs identify Rac1 as a specific target of Glrx-1 and demonstrate inhibitory effect of Glrx-1 on proteolytic activation of sterol regulatory element binding proteins (SREBPs), the central players in lipid homeostasis and EC dysfunction. Therefore, specific Aim#2 will test in vitro the novel hypothesis that Glrx-1 improves EC function through redox regulation of Rac1/SREBP signaling, employing comprehensive approaches including primary ECs from Glrx-1 TG and KO mice, pharmacological and genetic means (siRNA and adenovirus encoding Rac1 wild type and redox-resistant mutants), and redox biochemical techniques (Biotin-switch assay and immunodetection of Pr-SSG). Specific Aim#3 will test in vivo the hypothesis that supplementation of vascular ECs with Glrx-1 gene and/or recombinant protein can reverse vascular dysfunction and retard AS employing endothelium-targeted liposomal drug delivery system. We believe that the proposed studies will provide novel information about how Glrx-1 and glutathionylation of Rac1 are involved in EC dysfunction and AS complicated in metabolic disorders, and will seek to establish Glrx-1 as a prospective therapeutic agent for vascular injury in the setting of diabetes.
项目摘要 血管氧化应激与几乎所有主要危险因素的发病机制密切相关 心血管疾病 (CVD),全球主要死亡原因 经典抗氧化剂(β-胡萝卜素、维生素 A)。 E) 旨在清除短命自由基的方法对 CVD 患者的益处有限。 对抗血管氧化应激的不同治疗方法似乎至关重要。 谷胱甘肽化 (Pr-SSG),氧化剂诱导的可逆翻译后修饰的普遍形式, 最近,我们在内皮细胞(EC)中发现了一种重要的氧化还原调节机制。 从 2 型糖尿病患者中分离出来的 Pr-SSG 水平显着升高,这一点很重要。 这一发现在高脂血症小鼠模型中得到进一步证实,该模型显示 Pr-SSG 伴随显着增加 在主动脉粥样硬化病变中,Glrx-1(一种特定的去谷胱甘肽酶)下调, 特别是在 EC 中,ApoE-/- 小鼠品系中 Glrx-1 的转基因过度表达可以防止饮食诱导的影响。 主动脉内皮细胞渗透性过高并减弱动脉粥样硬化 (AS) 的发展。 初步结果得出了该拨款提案的一个中心假设,即 EC Glrx-1 在以下方面具有保护作用: 代谢应激诱导的 EC 功能障碍和 AS 具体目标#1 将在体内测试 EC 特异性的假设。 Glrx-1 的上调将通过改善代谢引起的 EC 功能障碍来减轻 AS 进展 使用具有 ApoE-/- 背景的 EC 特异性 Glrx-1 转基因小鼠的异常。 代谢应激 EC 中的生化研究将 Rac1 确定为 Glrx-1 的特定靶标,并证明 Glrx-1 对甾醇调节元件结合蛋白 (SREBP) 的蛋白水解激活的抑制作用, 因此,特定的 Aim#2 将在体外测试该新型药物。 假设 Glrx-1 通过 Rac1/SREBP 信号传导的氧化还原调节改善 EC 功能,采用 综合方法,包括来自 Glrx-1 TG 和 KO 小鼠的原代 EC、药理学和遗传学 手段(编码 Rac1 野生型和氧化还原抗性突变体的 siRNA 和腺病毒)和氧化还原生化 技术(生物素开关测定和 Pr-SSG 免疫检测)将在体内测试该假设。 补充血管内皮细胞Glrx-1基因和/或重组蛋白可以逆转血管内皮细胞 我们认为,采用内皮靶向脂质体药物递送系统可以改善功能障碍并延缓 AS。 拟议的研究将提供有关 Glrx-1 和 Rac1 谷胱甘肽化如何参与的新信息 EC功能障碍和AS在代谢紊乱中复杂化,并将寻求将Glrx-1建立为前瞻性药物 糖尿病血管损伤的治疗剂。

项目成果

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