Identification of the metalloproteinase Adamts1 and Nitric Oxide as new therapeutic targets in aortic diseases

Tesis doctoral presentada por Jorge Oller Pedrosa, Licenciado en Bioquímica y Biología y Máster en Biomedicina Molecular por la Universidad Autónoma de Madrid: Programa de Doctorado en Biociencias Moleculares. Esta tesis ha sido realizada en el Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC).[ES] El principal origen de las enfermedades cardiovasculares es el remodelado vascular patológico. Este proceso es el causante de la degeneración quística de la media, que produce un debilitamiento de la pared aórtica y, por lo tanto, un aumento del riesgo de aneurismas. Un aneurisma es una dilatación localizada de una arteria y puede ser causa de una disección arterial. Algunos desórdenes genéticos, como es el caso del Síndrome de Marfan, tienen predisposición a padecer aneurismas aórticos. Actualmente no existe ningún tratamiento farmacológico para frenar o disminuir el tamaño del aneurisma y prevenir su disección. Trabajos previos indican que las metaloproteasas de matriz extracelular tienen un papel clave durante el proceso de remodelado vascular. Por otra parte, estudios anteriores muestran que la metaloproteasa extracelular Adamts1 podría tener un papel importante en la homeostasis y patología vascular. Sin embargo, el papel específico de Adamts1 en la homeostasis vascular y en el desarrollo de aneurismas aórticos es desconocido. El objetivo principal de este trabajo ha sido determinar, por una parte, los mecanismos y agentes moleculares por los cuales Adamts1 se expresa en la vasculatura y, por otra parte, las funciones de esta metaloproteasa en la homeostasis vascular y en el desarrollo de la patología de aneurismas aórticos. En primer lugar, dilucidamos que diferentes agentes remodeladores como son VEGF, Ang-II, IL1-β y TNF-α, inducen la expresión de Adamts1 de manera diferencial en células vasculares dependiente de estímulo. Esta regulación es debida a una activación diferencial de los factores de transcripción, de tal manera que, la activación de la ruta de señalización de Calcineurina-NFAT por VEGF y de la fosforilación de C/EBPβ por Ang-II, IL1β y TNF-α inducen el aumento de la expresión de Adamts1 en células vasculares in vitro e in vivo. Finalmente, hemos descrito el papel funcional de Adamts1 en la pared vascular. En este caso, hemos observado que los ratones deficientes en Adamts1 poseen características similares al Síndrome de Marfan como son: mayor longitud de huesos largos, hipercifosis, enfisema pulmonar y una mayor incidencia de aneurismas aórticos. Por otra parte, hemos analizado en detalle los mecanismos moleculares en los que esta metaloproteinasa está involucrada en aneurismas. En este caso, hemos comprobado que la deficiencia de Adamts1 produce un aumento de expresión de la óxido nítrico sintasa inducible (NOS2) y un aumento de óxido nítrico (NO). Posteriormente, hemos descrito que tanto el modelo de ratón del Síndrome de Marfan estudiado, como los pacientes con este desorden presentan niveles disminuidos de Adamts1 que correlacionan con niveles aumentados de NOS2 y NO. Además, hemos probado que la actividad de NOS2 sería la responsable de la aortopatía inducida en ambos modelos, tanto en los ratones con Síndrome de Marfan como en los deficientes para Adamts1, ya que inhibidores específicos de NOS2 reducen la dilatación aórtica y la degeneración de la media en ambos modelos de ratón. Por lo tanto, en este trabajo hemos descrito nuevos mecanismos moleculares y dianas terapéuticas que están presentes en enfermedades aórticas, y que hoy en día no tienen tratamiento. Todos estos resultados aportan nuevos mediadores como son ADAMTS1 y NOS2 en enfermedades aórticas, especialmente en el Síndrome de Marfan.[EN] The main cause of cardiovascular diseases is the pathological vascular remodeling. This process is the cause of the cystic medial degeneration of the aortic wall that produces a weakening and, therefore, an increased risk of aneurysms. An aneurysm is a localized dilation of an artery and may be causative of an arterial dissection. Some genetic disorders such as Marfan Syndrome are prone to aortic aneurysms. Currently, there is no pharmacological treatment to slow or decrease the size of the aneurysm and to prevent its dissection. Previous studies indicate that extracellular matrix metalloproteinases play a key role during the vascular remodeling process. Moreover, previous reports show that extracellular metaloprotease Adamts1 could play an important role in homeostasis and vascular pathology. However, the specific role of Adamts1 in vascular homeostasis and in the development of aortic aneurysm is unknown. The main objective of this work was to determine, on one hand, the mechanisms and molecular mediators by which Adamts1 is expressed in the vasculature and, on the other hand, the functions of this metalloprotease in vascular homeostasis and in the development of aortic aneurysm. First, we elucidate that different remodeling agents such as VEGF, Ang-II, IL1-β and TNF-α induce the expression of Adamts1 differentially in stimulus-dependent vascular cells. This regulation is due to a differential activation of transcription factors: VEGF through Calcineurin-NFAT pathway and the phosphorylation of C/EBPβ by Ang-II, IL1β and TNF-α induce a increase in the expression of Adamts1 in vascular cells in vitro and in vivo. Finally, we have described the functional role of Adamts1 in the vascular wall. In this case, we have observed that Adamts1-deficient mice have characteristics similar to Marfan Syndrome such as: longer bone length, hyperkinesis, and pulmonary emphysema and a higher incidence of aortic aneurysms. On the other hand, we have analyzed in detail the molecular mechanisms in which this metalloproteinase is involved in aneurysms. In this case, we have found that Adamts1 deficiency induces an increase of expression of inducible nitric oxide synthase (NOS2) and in Nitric Oxide (NO). Subsequently, we have found that both, mice and patients with Marfan Syndrome have decreased levels of Adamts1 that correlate with increased levels of NOS2 and NO. The activity of NOS2 would be responsible for the induced aortopathy in both models, since specific inhibitors of NOS2 reduce the aortic dilation and the degeneration of the Tunica Media in Marfan and Adamts1-deficient mice. Therefore, in this work we have described new molecular mechanisms and therapeutic targets that are present in aortic diseases, that nowadays have no treatment. All these results provide new mediators targets such as ADAMTS1 and NOS2 in aortic diseases, specifically in Marfan Syndrome.Jorge Oller Pedrosa ha disfrutado de una beca de Formación de Personal Investigador (FPI-MICINN) 2010-2014 BES-2010-034552 asociada al proyecto SAF2009-10708 del Dr. Juan Miguel Redondo.Peer reviewe