Atherosclerosis is a pathologic process occurring within the artery, in which many cell types, including T cell, macrophages, endothelial cells, and smooth muscle cells, interact, and cause chronic inflammation, in response to various inner- or outer-cellular stimuli. Atherosclerosis is characterized by a complex interaction of inflammation, lipid deposition, vascular smooth muscle cell proliferation, endothelial dysfunction, and extracellular matrix remodeling, which will result in the formation of an intimal plaque. Although the regulation and function of vascular smooth muscle cells are important in the progression of atherosclerosis, the roles of smooth muscle cells in regulating vascular inflammation are rarely focused upon, compared to those of endothelial cells or inflammatory cells. Therefore, in this review, we will discuss here how smooth muscle cells contribute or regulate the inflammatory reaction in the progression of atherosclerosis, especially in the context of the activation of various membrane receptors, and how they may regulate vascular inflammation.
Despite the importance of cell fate decisions regulated by epigenetic programming, no experimental model has been available to study transdifferentiation from myoblasts to smooth muscle cells. In the present study, we show that myoblast cells can be induced to transdifferentiate into smooth muscle cells by modulating their epigenetic programming. The DNA methylation inhibitor, zubularine, induced the morphological transformation of C2C12 myoblasts into smooth muscle cells accompanied by de novo synthesis of smooth muscle markers such as smooth muscle ${\alpha}$-actin and transgelin. Furthermore, an increase of p21 and decrease of cyclinD1 mRNA were observed following zebularine treatment, pointing to inhibition of cell cycle progression. This system may provide a useful model for studying the early stages of smooth muscle cell differentiation.
Pyrrolidinedithiocarbamate (PDTC) and N-Acetylcysteine (NAC) are metal and nonmetal-chelating antioxidant which can induce rat and human smooth muscle cell death. When the smooth muscle cells from mouse aorta (MASMC) that we successfully cultured recently was exposed to PDTC and NAC in a normal serum state, the cells were induced to death by these compounds. However, PDTC did not induce the cell death in a serum depleted medium. This data suggests that certain factors in the serum may mediate the cytotoxic effect of PDTC. The metal chelator, Ca-EDTA blocked PDTC-induced cell death, but Cu-, Fe-, and Zn-EDTA did not block the PDTC-induced cell death. This data indicated that copper, iron, and zinc in the serum may lead to the cytotoxic effect of PDTC. Investigation of the intracellular zinc level in PDTC-induced smooth muscle cell death using the zinc probe dye N-(6-methoxy-8-quinolyl)-p-toluenesulfonamide shows that only the muscle-containing layers of the arteries have higher level of zinc. As expected, PDTC increased the intracellular fluorescence level of the zinc. In agreement with these results, the addition of an exogenous metal, zinc, induced the vascular aortic smooth muscle cell death which led to an increased intracellular zinc level. We concluded that PDTC induced mouse aortic smooth muscle cell death required not only zinc level but also intracellular copper and iron level. The mechanism of this antioxidant to induce vascular smooth muscle cell death may provide a new strategy to prevent their proliferation in arteriosclerotic lesions.
Choi, Jong Seob;Piao, Yunxian;Kim, Kyung Hoon;Seo, Tae Seok
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.274.1-274.1
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2013
We report the circumferential alignment of human aortic smooth muscle cells (HASMCs) in an orthogonally micropatterned circular microfluidic channel to form an in vivo-like smooth muscle cell layer. To realize a biomimetic smooth muscle cell layer which is aligned perpendicular to the axis of blood vessel, we first fabricated a half-circular polydimethylsiloxane (PDMS) microchannel by soft lithography using a convex PDMS mold. The orthogonally micro wrinkle patterns were generated inside the half-circular microchannel by stretching-releasing operation under UV irradiation. Upon UV treatment with uniaxial 40 % stretch of a PDMS substrate and releasing process, the microwrinkle patterns perpendicular to the axial direction of the circular microchannel were generated, which could guide the circumferential alignment of HASMCs successfully during cultivation. The analysis of orientation angle, shape index, and contractile protein marker expression indicates that the cultured HASMCs revealed the in vivo-like cell phenotype. Finally, we produced circular microchannels by bonding two half-circular microchannels, and cultured the HASMCs circumferentially with high alignment and viability for 5 days. These results are the first demonstration for constructing an in vivo-like 3D smooth muscle cell layer in the circular microfluidic channel which can provide novel bioassay platforms for in-depth study of HASMC biology and vascular function.
The platelet-derived growth factor (PDGF) signaling pathway is essential for inducing a dedifferentiated state of vascular smooth muscle cells (VSMCs). Activation of PDGF inhibits smooth muscle cell (SMC)-specific gene expression and increases the rate of proliferation and migration, leading to dedifferentiation of VSMCs. Recently, microRNAs have been shown to play a critical role in the modulation of the VSMC phenotype in response to extracellular signals. However, little is known about microRNAs regulated by PDGF in VSMCs. Herein, we identify microRNA- 15b (miR-15b) as a mediator of VSMC phenotype regulation upon PDGF signaling. We demonstrate that miR-15b is induced by PDGF in pulmonary artery smooth muscle cells and is critical for PDGF-mediated repression of SMC-specific genes. In addition, we show that miR-15b promotes cell proliferation. These results indicate that PDGF signaling regulates SMC-specific gene expression and cell proliferation by modulating the expression of miR-15b to induce a dedifferentiated state in the VSMCs.
Yang, Xiaoping;Zhu, Mei J.;Sreejayan, N.;Ren, J.;Du, Min
Molecules and Cells
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v.20
no.2
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pp.263-270
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2005
Transactivation of EGF-receptor (EGFR) by G-protein coupled receptors (GPCRs) is emerging as an important pathway in cell proliferation, which plays a crucial role in the development of atherosclerotic lesion. Angiotensin II (Ang II) has been identified to have a major role in the formation of atherosclerotic lesions, although the underlying mechanisms remain largely unclear. We hypothesize that Ang II promotes the proliferation and migration of smooth muscle cells through the release of heparin-binding epidermal growth factor like growth factor (HB-EGF), transactivation of EGFR and activation of Akt and Erk 1/2, with matrix metalloproteases (MMPs) playing a dispensable role. Primary rat aortic smooth muscle cells were used in this study. Smooth muscle cells rendered quiescent by serum deprivation for 12 h were treated with Ang II (100 nM) in the presence of either GM6001 ($20{\mu}M$), a specific inhibitor of MMPs or AG1478 ($10{\mu}M$), an inhibitor of EGFR. The levels of phosphorylation of EGFR, Akt and Erk 1/2 were assessed in the cell lysates. Inhibition of MMPs by GM6001 significantly attenuated Ang II-stimulated phosphorylation of EGFR, suggesting that MMPs may be involved in the transactivation of EGFR by Ang II receptor. Furthermore Ang II-stimulated proliferation and migration of smooth muscle cells were significantly blunted by inhibiting MMPs and EGFR and applying HB-EGF neutralization antibody, indicating that MMPs, HB-EGF and EGFR activation is necessary for Ang-II stimulated migration and proliferation of smooth muscle cells. Our results suggest that inhibition of MMPs may represent one of the strategies to counter the mitogenic and motogenic effects of Ang II on smooth muscle cells and thereby prevent the formation and development of atherosclerotic lesions.
Purpose: The vascular smooth muscle cells (VSMCs) in mature animals have implicated to play a major role in the progression of cardiovascular diseases such as atherosclerosis. This study aimed at optimizing the protocol in culturing primary VSMCs (pVSMCs) from rat thoracic aorta and investigating the effect of cellular zinc (Zn) deficiency on cell proliferation of the isolated pVSMCs. Methods: The thoracic aorta from 7-month-old Sprague Dawley rats was isolated, minced and digested by the enzymatic process of collagenase I and elastase, and then inoculated with the culture Dulbecco Modified Eagle Medium (DMEM) at 37℃ in an incubator. The primary cell culture morphology was observed using phase-contrast microscopy and cellular Zn was depleted using Chelex-100 resin (extracellular zinc depletion only) or 3 µM N,N,N',N'-tetrakis(2-pyridinylmethyl)-1,2-ethanediamine (TPEN) (extracellular and intracellular zinc depletion). Western blot analysis was used for the detection of SM22α and calponin as smooth muscle cell marker proteins and von Willebrand factor as endothelial cell marker protein to detect the culture purity. Cell proliferation by Zn depletion (1 day) was measured by MTT assay. Results: A primary culture protocol for pVSMCs from rat thoracic aorta was developed and optimized. Isolated cultures exhibited hill and valley morphology as the major characteristics of pVSMCs and expressed the smooth muscle cell protein markers, SM22α and calponin, while the endothelial marker von Willebrand factor was hardly detected. Zn deprivation for 1 day culture decreased rat primary vascular smooth muscle cell proliferation and this pattern was more prominent under severe Zn depletion (3 µM TPEN), while less prominent under mild Zn depletion (Chelexing). Conclusion: Our results suggest that cellular Zn deprivation decreased pVSMC proliferation and this may be involved in phenotypic modulation of pVSMC in the aorta.
The differentiation of mouse embryonic stem(ES) cell into smooth muscle cells(SMC) may play a major role in cardiovascular development and under pathophysiological conditions. Therefore, in the present study, we have examined the differentiation of ES cells and its related gene expression. SMC differentiation was indicated by cellular morphology and time-dependent induction of dibutyryl adenosine 3,5-cyclic monophosphate(DBcAMP)and retinoic acid(RA) on smooth muscle ${\alpha}$-actin($SM{\alpha}A$), smooth muscle myosin heavy chain(SMMHC) gene expression. The control was undifferentiated ES cells(protein expressions represent 50-60kDaOct-4). The results of this study show that morphology of embryoid body and confirmation of $SM{\alpha}A$ expression by immunocytochemistry. Moreover, SMMHC and desmin expression was significantly increased by time dependent manner(5, 7, 15 days), in contrast to $SM{\alpha}A$ expression was slightly decreased on 15days. In conclusion, DBcAMP and RA stimulate mouse ES cells differentiation into SMC and enhanced $SM{\alpha}A$, SMMHC and desmin expression.
Endothelial cells play a key role in pathological processes such as cancer cell metastasis, atherosclerosis, and diabetic retinopathy. Vascular smooth muscle cells directly involve in the formation of atheroma in atherosclerosis. Some kinds of the endothelial cells are simply harvested from the umbilical veins, the tunica intima of aortic walls, the retina using various enzymes solutions. Those purely isolated cells provide a powerful tool in vitro studies of the endothelial cell related diseases. In this context, the cultured smooth muscle cells after the isolation from the tunica media of aortic walls are also used for elucidating the pathogenesis of atherosclerosis. Here, I briefly introduce articles that include the isolation of human umbilical vein endothelial cells(HUVEC), aortic endothelial and smooth muscle cells, retinal microvascular endothelial cells(RMEC), as well as the diseases' applications of these cells.
Cell growth and DNA synthesis were studied from a cultured early- and late- pas- sage mouse aorta smooth muscle cell (MASMC) because the proliferation of vascular smooth muscle cell (VSMC) is a key factor in development of atherosclerosis. In this study, the cells were cultured in fetal bovine serum (FBS) and stimulated by growth factors such as thrombin and platelet-derived growth factor-BB (PDGF-BB). Compared to the number of early-passage MASMC (passage 3 to 9) the number of late-passage MASMC (passage 30 to 40) in a normal serum state was increased 2 fold at Day 1, 3 and 6 in culture, respectively. Incorporation of $[^3H]$ thymidine into DNA induced by serum, PDGF and thrombin in late-passage MASMC was greater than those in early-passage MASMC. We also examined whether intracellular zinc levels would be an aging factor or not. The intracellular zinc level in early- and late-passage MASMC was monitored by using the zinc probe dye N-(6-methoxy-8-quinolyl)-p-toluenesulfonamide. It is interested that late-passage MASMC increased the intracellular fluorescence level of zinc, more than the early passage MASMC did. The alterations of intracellular zinc level occur concurrently with changes in MASMC proliferation rate during aging. This data suggest that the age-associated changes in zinc concentrations may provide a new in vitro model for the study of smooth muscle cell differentiation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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