Hydrogen sulfide inhibits the calcification and osteoblastic differentiation of vascular smooth muscle cells

Osteoblastic differentiation of vascular smooth muscle cells (VSMCs) is involved in the pathogenesis of vascular calcification. Hydrogen sulfide (H2S) is a gas endogenously produced by cystathionine γ-lyase in VSMC. Here we determined whether H2S plays a role in phosphate-induced osteoblastic transformation and mineralization of VSMC. Hydrogen sulfide was found to inhibit calcium deposition in the extracellular matrix and to suppress the induction of the genes involved in osteoblastic transformation of VSMC: alkaline phosphatase, osteocalcin, and Cbfa1. Moreover, phosphate uptake and phosphate-triggered upregulation of the sodium-dependent phosphate cotransporter (Pit-1) were also prevented by H2S. Reduction of endogenous production of H2S by inhibition of cystathionine γ-lyase activity resulted in increased osteoblastic transformation and mineralization. Low plasma levels of H2S, associated with decreased cystathionine γ-lyase enzyme activity, were found in patients with chronic kidney disease receiving hemodialysis. Thus, H2S is a potent inhibitor of phosphate-induced calcification and osteoblastic differentiation of VSMC. This mechanism might contribute to accelerated vascular calcification in chronic kidney disease

Ethanol increases phosphate-mediated mineralization and osteoblastic transformation of vascular smooth muscle cells

Vascular calcification is implicated in the pathogenesis of atherosclerosis, diabetes and chronic kidney disease. Human vascular smooth muscle cells (HSMCs) undergo mineralization in response to elevated levels of inorganic phosphate (Pi) in an active and well-regulated process. This process involves increased activity of alkaline phosphatase and increased expression of core binding factor α-1 (CBF-α1), a bone-specific transcription factor, with the subsequent induction of osteocalcin. It has been shown that heavy alcohol consumption is associated with greater calcification in coronary arteries. The goal of our study was to examine whether ethanol alters mineralization of HSMCs provoked by high Pi. Exposure of HSMCs to ethanol increased extracellular matrix calcification in a dose responsive manner, providing a significant additional calcium deposition at concentrations of ≥60 mmol/l. HSMC calcification was accompanied by further enhancement in alkaline phosphatase activity. Ethanol also provoked a significant increase in the synthesis of osteocalcin. Moreover, in cells challenged with ethanol the expression of CBF-α1, a transcription factor involved in the regulation of osteoblastic transformation of HSMCs, was elevated. The observed effects of ethanol were not due to alterations of phosphate uptake by HSMCs. We conclude that ethanol enhances Pi-mediated human vascular smooth muscle calcification and transition of these cells into osteoblast-like cells

A harmadik szinapszis. Molekuláris kölcsönhatások az elhaló sejtek és az azokat eltávolító makrofágok, dendritikus sejtek között. = The third synapsis. Molecular interactions between dying cells and macrophages or dendritic cells.

A tudományos iskola keretében új interdiszciplináris kutatási terület megteremtésére került sor az apoptótikus sejtek és az azokat eltávolító sejtek közötti harmadi szinapszis tanulmányozására. Megállapítottuk, hogy a transzglutamináz 2 (TG2) enzim szerepet játszik az apoptotikus sejtek eltávolításában, az enzim hiányában autoimmun kórkép alakúl ki. A TG2 bejuthat a sejmagba, sejtbiokémiai hatása összefügg génkifejeződés befolyásolásával. Alzheimer kórban a TG2 résztvesz kovalensen összekötött fehérje aggregátumok létrehozásában. A TG2 védőhatást fejt ki a sejtelhalással szemben májsejtekben és szívizomsejtekben G fehérje, ill. protein diszulfid izomeráz aktivitásával. A PPAR? szerepet játszik az apoptótikus sejteket eltávolító fagocitáló képesség kialakításában fokozva fagocitózis gének kifejeződését. A PPAR?, a retinoid receptor és az LXR receptor szignál utak összekapcsolódnak a makrofágok koleszterol szintjének szabályozásában. A PPAR? aktiváció hatására a dendritikus sejekből fokozott fagocitózisra, hatékony lipid prezentációra és iNKT aktivitásra képes alpopuláció alakul. Apopto-fagocita Taqman Low Density Array-t fejleszttünkl 94 gén mennyiségi kifejeződése vizsgálatára. Az autofágiával elhaló sejtek eltávolítása szintén fagocitózissal történik, specifikus gének indukálódnak. A dendritikus sejtek kölcsönhatása apoptótikus vagy nekrotikus sejtekkel alkalmas az immunválasz finom szabályozására. | In the supported Research School a new interdisciplinary research area has been developed to study the third synapse formed between apoptotic cells and those which engolfe them. It has been established that the transglutaminase 2 (TG2) enzyme plays an important role in the clearance of apoptotic cells, the lack of this enzyme leads to autoimmune disease. TG2 can enter the nucleus and its cell biochemical effects are related to modulation of gene expression and modification of the cytoskeleton. In Alzheimer's disease TG2 participates in the formation of covalently cross-linked protein aggregates. TG2 can protect hepatocytes and cardiomyocytes against apoptosis through its G protein and protein disulphide isomerase activities. PPARγ contributes to the development of phagocytic capacity of macrophages by inducing specific phagocytic genes. The PPARγ, rretinoid and LXR receptor signal pathways are interlinked in regulating cholesterol content of cells. Activation of PPARγ in dendritic cells leads to the development of a subpopulation with increased phagocytic capacity, effective lipid presentation and iNKT activity. An apopto-phagocytic Taqman Low Density array has been developed for quantitative measuring of 94 genes in parallel. Cells dying by autophagy are removed by the same mechanism as apoptotic cells while specific phagocytic genes are induced. Dendritic cells interacting with apoptotic cells can fine tune the immune system

Az etanol elősegíti a humán aortából származó simaizomsejtek vaszkuláris kalcifikációját Az alkoholfogyasztásért felelős gének meghatározása Quantitative Trait Locus térképezési eljárással

Munkánkban bizonyítékot szolgáltattunk arra vonatkozóan, hogy az etanol magas koncentrációban hozzájárulhat a vaszkuláris simaizomsejtek oszteoblasztszerű sejtekké történő átalakulásához, és az extracelluláris mátrix kalcifikációjához. A mineralizáció együtt jár az emelkedett alkalikus foszfatáz aktivitással és az oszteokalcin szintézis szignifikáns emelkedésével. Ezen túlmenően az etanol megemeli a Cbfa-1 expresszióját, mely transzkripciós faktor a humán simaizomsejtek oszteoblasztos transzformációjának szabályozásában játszik szerepet. Az alkoholfogyasztásban szerepet játszó új QTL-eket azonosítottunk az egér 6-os és 12-es kromoszómáján genom-széles szignifikanciával. Az Eac1 és az Eac6-os lókusz a már korábban azonosított alkoholpreferenciában szerepet játszó QTL-ekkel átfedést mutat. A metabotropic glutamate receptor type 7 gén a megváltozott alkoholpreferenciában szerepet játszó ígéretes kandidátus génként szolgálhat. We provide evidence that exposure of vascular human smooth muscle cells to ethanol at high concentration might contribute to vascular calcification. Accumulations of calcium and phosphate occurs forming hydroxyapatite in the extracellular matrix of smooth muscle cells as a response to exposure to ethanol. Phenotype change of the cells towards osteoblast is the main characteristic of such a transition. Mineralization is accompanied with enhancement of osteoblast specific gene products including alkaline phosphatase and a significant increase in the synthesis of osteocalcin occurs. Moreover, ethanol enhances the expression of Cbfa-1, a transcription factor involved in the regulation of osteoblastic transformation of human vascular smooth muscle cells. Our results may provoke clinical studies and preventive measures in the field of high alcohol consumption and vascular calcification. In our studies we identified new QTLs in mice for alcohol consumption with genome-wide significance on chrs. 6 and 12. Eac1 and Eac6 overlap previously reported QTLs for alcohol preference and alcohol acceptance, respectively. Metabotropic glutamate receptor type 7 gene was shown to serve a promising candidate that might be implicated in altered alcohol preference.d