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Erschienen in: Angiogenesis 2/2016

07.03.2016 | Original Paper

Oxidative stress induces loss of pericyte coverage and vascular instability in PGC-1α-deficient mice

verfasst von: Nieves García-Quintans, Cristina Sánchez-Ramos, Ignacio Prieto, Alberto Tierrez, Elvira Arza, Arantzazu Alfranca, Juan Miguel Redondo, María Monsalve

Erschienen in: Angiogenesis | Ausgabe 2/2016

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Abstract

Peroxisome proliferator-activated receptor γ co-activator 1α (PGC-1α) is a regulator of mitochondrial oxidative metabolism and reactive oxygen species (ROS) homeostasis that is known to be inactivated in diabetic subjects. This study aimed to investigate the contribution of PGC-1α inactivation to the development of oxygen-induced retinopathy. We analyzed retinal vascular development in PGC-1α−/− mice. Retinal vasculature of PGC-1α−/− mice showed reduced pericyte coverage, a de-structured vascular plexus, and low perfusion. Exposure of PGC-1α−/− mice to hyperoxia during retinal vascular development exacerbated these vascular abnormalities, with extensive retinal hemorrhaging and highly unstructured areas as compared with wild-type mice. Structural analysis demonstrated a reduction in membrane-bound VE-cadherin, which was suggestive of defective intercellular junctions. Interestingly, PGC-1α−/− retinas showed a constitutive activation of the VEGF-A signaling pathway. This phenotype could be partially reversed by antioxidant administration, indicating that elevated production of ROS in the absence of PGC-1α could be a relevant factor in the alteration of the VEGF-A signaling pathway. Collectively, our findings suggest that PGC-1α control of ROS homeostasis plays an important role in the regulation of de novo angiogenesis and is required for vascular stability.
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Literatur
1.
Zurück zum Zitat Theuma P, Fonseca VA (2003) Novel cardiovascular risk factors and macrovascular and microvascular complications of diabetes. Curr Drug Targets 4(6):477–486CrossRefPubMed Theuma P, Fonseca VA (2003) Novel cardiovascular risk factors and macrovascular and microvascular complications of diabetes. Curr Drug Targets 4(6):477–486CrossRefPubMed
4.
5.
Zurück zum Zitat Mootha VK, Lindgren CM, Eriksson KF, Subramanian A, Sihag S, Lehar J, Puigserver P, Carlsson E, Ridderstrale M, Laurila E, Houstis N, Daly MJ, Patterson N, Mesirov JP, Golub TR, Tamayo P, Spiegelman B, Lander ES, Hirschhorn JN, Altshuler D, Groop LC (2003) PGC-1α-responsive genes involved in oxidative phosphorylation are coordinately downregulated in human diabetes. Nat Genet 34(3):267–273. doi:10.1038/ng1180 CrossRefPubMed Mootha VK, Lindgren CM, Eriksson KF, Subramanian A, Sihag S, Lehar J, Puigserver P, Carlsson E, Ridderstrale M, Laurila E, Houstis N, Daly MJ, Patterson N, Mesirov JP, Golub TR, Tamayo P, Spiegelman B, Lander ES, Hirschhorn JN, Altshuler D, Groop LC (2003) PGC-1α-responsive genes involved in oxidative phosphorylation are coordinately downregulated in human diabetes. Nat Genet 34(3):267–273. doi:10.​1038/​ng1180 CrossRefPubMed
6.
Zurück zum Zitat Holloway GP, Perry CG, Thrush AB, Heigenhauser GJ, Dyck DJ, Bonen A, Spriet LL (2008) PGC-1α’s relationship with skeletal muscle palmitate oxidation is not present with obesity despite maintained PGC-1α and PGC-1β protein. Am J Physiol Endocrinol Metab 294(6):E1060–1069. doi:10.1152/ajpendo.00726.2007 CrossRefPubMed Holloway GP, Perry CG, Thrush AB, Heigenhauser GJ, Dyck DJ, Bonen A, Spriet LL (2008) PGC-1α’s relationship with skeletal muscle palmitate oxidation is not present with obesity despite maintained PGC-1α and PGC-1β protein. Am J Physiol Endocrinol Metab 294(6):E1060–1069. doi:10.​1152/​ajpendo.​00726.​2007 CrossRefPubMed
8.
Zurück zum Zitat Valle I, Alvarez-Barrientos A, Arza E, Lamas S, Monsalve M (2005) PGC-1α regulates the mitochondrial antioxidant defense system in vascular endothelial cells. Cardiovasc Res 66(3):562–573CrossRefPubMed Valle I, Alvarez-Barrientos A, Arza E, Lamas S, Monsalve M (2005) PGC-1α regulates the mitochondrial antioxidant defense system in vascular endothelial cells. Cardiovasc Res 66(3):562–573CrossRefPubMed
9.
Zurück zum Zitat Borniquel S, Garcia-Quintans N, Valle I, Olmos Y, Wild B, Martinez-Granero F, Soria E, Lamas S, Monsalve M (2010) Inactivation of Foxo3a and subsequent downregulation of PGC-1α mediate nitric oxide-induced endothelial cell migration. Mol Cell Biol 30(16):4035–4044. doi:10.1128/MCB.00175-10 CrossRefPubMedPubMedCentral Borniquel S, Garcia-Quintans N, Valle I, Olmos Y, Wild B, Martinez-Granero F, Soria E, Lamas S, Monsalve M (2010) Inactivation of Foxo3a and subsequent downregulation of PGC-1α mediate nitric oxide-induced endothelial cell migration. Mol Cell Biol 30(16):4035–4044. doi:10.​1128/​MCB.​00175-10 CrossRefPubMedPubMedCentral
10.
11.
Zurück zum Zitat Smith LE, Wesolowski E, McLellan A, Kostyk SK, D’Amato R, Sullivan R, D’Amore PA (1994) Oxygen-induced retinopathy in the mouse. Investig Ophthalmol Vis Sci 35(1):101–111 Smith LE, Wesolowski E, McLellan A, Kostyk SK, D’Amato R, Sullivan R, D’Amore PA (1994) Oxygen-induced retinopathy in the mouse. Investig Ophthalmol Vis Sci 35(1):101–111
12.
Zurück zum Zitat Hinerfeld D, Traini MD, Weinberger RP, Cochran B, Doctrow SR, Harry J, Melov S (2004) Endogenous mitochondrial oxidative stress: neurodegeneration, proteomic analysis, specific respiratory chain defects, and efficacious antioxidant therapy in superoxide dismutase 2 null mice. J Neurochem 88(3):657–667CrossRefPubMed Hinerfeld D, Traini MD, Weinberger RP, Cochran B, Doctrow SR, Harry J, Melov S (2004) Endogenous mitochondrial oxidative stress: neurodegeneration, proteomic analysis, specific respiratory chain defects, and efficacious antioxidant therapy in superoxide dismutase 2 null mice. J Neurochem 88(3):657–667CrossRefPubMed
14.
Zurück zum Zitat Arany Z, Foo SY, Ma Y, Ruas JL, Bommi-Reddy A, Girnun G, Cooper M, Laznik D, Chinsomboon J, Rangwala SM, Baek KH, Rosenzweig A, Spiegelman BM (2008) HIF-independent regulation of VEGF and angiogenesis by the transcriptional coactivator PGC-1α. Nature 451(7181):1008–1012CrossRefPubMed Arany Z, Foo SY, Ma Y, Ruas JL, Bommi-Reddy A, Girnun G, Cooper M, Laznik D, Chinsomboon J, Rangwala SM, Baek KH, Rosenzweig A, Spiegelman BM (2008) HIF-independent regulation of VEGF and angiogenesis by the transcriptional coactivator PGC-1α. Nature 451(7181):1008–1012CrossRefPubMed
16.
Zurück zum Zitat Sawada N, Jiang A, Takizawa F, Safdar A, Manika A, Tesmenitsky Y, Kang KT, Bischoff J, Kalwa H, Sartoretto JL, Kamei Y, Benjamin LE, Watada H, Ogawa Y, Higashikuni Y, Kessinger CW, Jaffer FA, Michel T, Sata M, Croce K, Tanaka R, Arany Z (2014) Endothelial PGC-1α mediates vascular dysfunction in diabetes. Cell Metab 19(2):246–258. doi:10.1016/j.cmet.2013.12.014 CrossRefPubMedPubMedCentral Sawada N, Jiang A, Takizawa F, Safdar A, Manika A, Tesmenitsky Y, Kang KT, Bischoff J, Kalwa H, Sartoretto JL, Kamei Y, Benjamin LE, Watada H, Ogawa Y, Higashikuni Y, Kessinger CW, Jaffer FA, Michel T, Sata M, Croce K, Tanaka R, Arany Z (2014) Endothelial PGC-1α mediates vascular dysfunction in diabetes. Cell Metab 19(2):246–258. doi:10.​1016/​j.​cmet.​2013.​12.​014 CrossRefPubMedPubMedCentral
17.
Zurück zum Zitat Lange C, Ehlken C, Stahl A, Martin G, Hansen L, Agostini HT (2009) Kinetics of retinal vaso-obliteration and neovascularisation in the oxygen-induced retinopathy (OIR) mouse model. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 247(9):1205–1211. doi:10.1007/s00417-009-1116-4 CrossRefPubMed Lange C, Ehlken C, Stahl A, Martin G, Hansen L, Agostini HT (2009) Kinetics of retinal vaso-obliteration and neovascularisation in the oxygen-induced retinopathy (OIR) mouse model. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 247(9):1205–1211. doi:10.​1007/​s00417-009-1116-4 CrossRefPubMed
18.
Zurück zum Zitat Kang DH, Lee DJ, Lee KW, Park YS, Lee JY, Lee SH, Koh YJ, Koh GY, Choi C, Yu DY, Kim J, Kang SW (2011) Peroxiredoxin II is an essential antioxidant enzyme that prevents the oxidative inactivation of VEGF receptor-2 in vascular endothelial cells. Mol Cell 44(4):545–558. doi:10.1016/j.molcel.2011.08.040 CrossRefPubMed Kang DH, Lee DJ, Lee KW, Park YS, Lee JY, Lee SH, Koh YJ, Koh GY, Choi C, Yu DY, Kim J, Kang SW (2011) Peroxiredoxin II is an essential antioxidant enzyme that prevents the oxidative inactivation of VEGF receptor-2 in vascular endothelial cells. Mol Cell 44(4):545–558. doi:10.​1016/​j.​molcel.​2011.​08.​040 CrossRefPubMed
19.
Zurück zum Zitat Ushio-Fukai M (2006) Redox signaling in angiogenesis: role of NADPH oxidase. Cardiovasc Res 71(2):226–235CrossRefPubMed Ushio-Fukai M (2006) Redox signaling in angiogenesis: role of NADPH oxidase. Cardiovasc Res 71(2):226–235CrossRefPubMed
24.
Zurück zum Zitat Lin SL, Chang FC, Schrimpf C, Chen YT, Wu CF, Wu VC, Chiang WC, Kuhnert F, Kuo CJ, Chen YM, Wu KD, Tsai TJ, Duffield JS (2011) Targeting endothelium-pericyte cross talk by inhibiting VEGF receptor signaling attenuates kidney microvascular rarefaction and fibrosis. Am J Pathol 178(2):911–923. doi:10.1016/j.ajpath.2010.10.012 CrossRefPubMedPubMedCentral Lin SL, Chang FC, Schrimpf C, Chen YT, Wu CF, Wu VC, Chiang WC, Kuhnert F, Kuo CJ, Chen YM, Wu KD, Tsai TJ, Duffield JS (2011) Targeting endothelium-pericyte cross talk by inhibiting VEGF receptor signaling attenuates kidney microvascular rarefaction and fibrosis. Am J Pathol 178(2):911–923. doi:10.​1016/​j.​ajpath.​2010.​10.​012 CrossRefPubMedPubMedCentral
27.
29.
Zurück zum Zitat Shiojima I, Walsh K (2006) Regulation of cardiac growth and coronary angiogenesis by the Akt/PKB signaling pathway. Genes Dev 20(24):3347–3365CrossRefPubMed Shiojima I, Walsh K (2006) Regulation of cardiac growth and coronary angiogenesis by the Akt/PKB signaling pathway. Genes Dev 20(24):3347–3365CrossRefPubMed
Metadaten
Titel
Oxidative stress induces loss of pericyte coverage and vascular instability in PGC-1α-deficient mice
verfasst von
Nieves García-Quintans
Cristina Sánchez-Ramos
Ignacio Prieto
Alberto Tierrez
Elvira Arza
Arantzazu Alfranca
Juan Miguel Redondo
María Monsalve
Publikationsdatum
07.03.2016
Verlag
Springer Netherlands
Erschienen in
Angiogenesis / Ausgabe 2/2016
Print ISSN: 0969-6970
Elektronische ISSN: 1573-7209
DOI
https://doi.org/10.1007/s10456-016-9502-0

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