Rongxue Wu

• Integrins are transmembrane receptors transmitting mechanical signals from the extracellular matrix (ECM) to the cytoskeleton (outside-in-signaling). Many molecular defects in the link between cytoskeleton and ECM are known to induce cardiomyopathies. alpha v integrin appears to play a major role in several processes relevant to remodeling, such as binding and activation of matrix metalloproteinases as well as regulation of cell proliferation, migration, and differentiation. We hypothesized that alpha v integrin-mediated signaling is requiredIntegrins are transmembrane receptors transmitting mechanical signals from the extracellular matrix (ECM) to the cytoskeleton (outside-in-signaling). Many molecular defects in the link between cytoskeleton and ECM are known to induce cardiomyopathies. alpha v integrin appears to play a major role in several processes relevant to remodeling, such as binding and activation of matrix metalloproteinases as well as regulation of cell proliferation, migration, and differentiation. We hypothesized that alpha v integrin-mediated signaling is required for the compensatory hypertrophy after aortic banding (AB) and associated with the modulation of ECM protein expression. Mice were treated in vivo with a specific integrin alpha v inhibitor or vehicle via osmotic minipumps starting 1 day prior to aortic banding (AB). At day 2 and day 7 following AB or sham-operation, the mice were examined by echocardiography and hemodynamic analyses were performed. Treatment of alpha v Integrin inhibitor led to a dilated cardiomyopathy and congestive heart failure in AB mice (dilated left ventricle, depressed LV function, and pulmonary congestion), but not to hypertrophy as observed in mice without inhibitor treatment. Investigation of downstream signaling revealed significant activation of the p38 Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPK), the Extracellular signal-Regulated Kinases 1 and 2 (Erk 1/2), Focal Adhesion Kinase (FAK) and tyrosine-phosphorylation of c-Src in mice 7 days after AB. This response was blunted in mice treated with integrin alpha v inhibitor. Microarrays probing for a total of 96 cell adhesion and ECM genes identified various genomic targets of integrin alpha v mediated signalling. 7 days after AB 18 ECM genes were up-regulated more than 2-fold (n=6), e.g. collagen (8.11 ± 2.2), fibronectin (2.32 ± 0.94), secreted protein, acidic and rich in cysteine (SPARC, 3.78 ± 0.12), A disintegrin-like and metalloprotease (reprolysin type) with trombospondin type 1 (Adamts-1, 3.51 ± 0.81) and Tissue inhibitor of metalloproteinase 2 (TIMP2, 2.23 ± 0.98), whereas this up-regulation was abolished in mice that were treatd by integrin alpha v inhibitor via mini pumps. We conclude that signaling downstream of integrin alpha v is mediated by the MAPK, FAK and c-Src pathways leading to an up-regulation of extracelluar matrix components necessary for the compensatory response of the heart under a condition of pressure overload.…
• Integrine sind Transmembranrezeptoren, welche mechanische Signale von der extrazellulären Matrix (ECM) zum Zytoskelett übermitteln ("outside-in-signaling"). Viele molekulare Defekte in der Verbindung zwischen Zytoskelett und ECM erzeugen bekanntermaßen Kardiomyopathien. alpha v Integrin scheint eine Hauptrolle in verschiedenen Prozessen der kardialen Reorganisation zu spielen, wie z.B. Regulation der Zellproliferation, -migration und -differenzierung. Unsere Hypothese war, dass alpha v -Integrin-vermittelte Signale notwendig für dieIntegrine sind Transmembranrezeptoren, welche mechanische Signale von der extrazellulären Matrix (ECM) zum Zytoskelett übermitteln ("outside-in-signaling"). Viele molekulare Defekte in der Verbindung zwischen Zytoskelett und ECM erzeugen bekanntermaßen Kardiomyopathien. alpha v Integrin scheint eine Hauptrolle in verschiedenen Prozessen der kardialen Reorganisation zu spielen, wie z.B. Regulation der Zellproliferation, -migration und -differenzierung. Unsere Hypothese war, dass alpha v -Integrin-vermittelte Signale notwendig für die kompensatorische Hypertrophie nach Aortenkonstriktion sind und assoziiert mit der Modulation der Expression von ECM-Proteinen. Dazu wurden Mäuse mit einem spezifischen alpha v Integrin-Inhibitor behandelt und einer Aortenkonstriktion (AB) unterzogen. Nach zwei Tagen und nach sieben Tagen wurden die Mäuse echokardiographisch untersucht und eingehende hämodynamische Untersuchungen wurden durchgeführt. Die Behandlung mit dem alpha v -Integrin-Inhibitor führte zu einer dilatativen Kardiomyopathie und Herzinsuffizienz in den AB-Mäusen, gekennzeichnet durch einen dilatierten linken Ventrikel, schlechte linksventrikuläre Funktion und einer Lungenstauung, wohingegen die scheinbehandelten Tiere eine kompensatorische Hypertrophie des linken Ventrikels zeigten. Untersuchungen der beteiligten Signalwege zeigten eine Aktivierung des p38 MAP-Kinase-Signalwegs, von ERK 1 und -2, der Focal Adhesion Kinase FAK und Tyrosin-Phosphorylierung von c-Src in den Kontrollherzen, was in den Inhibitor-behandelten Herzen fehlte. mRNA-Expressionsanalysen für 96 Gene mittels "Micro-Arrays" ermittelten verschiedene genomische Ziele des alpha v -Integrin-aktivierten Signalwegs. 18 für ECM-Proteine codierende Gene wurden mehr als 2-fach hochreguliert, z.B. Kollagen (8,11-fach ± 2,2), Fibronectin (2,32 ± 094), SPARC (3,78 ± 0,12), ADAMTS-1 (3,51 ± 0,81) und TIMP2 (2,23 ± 0,98), wohingegen die Aktivierung dieser Gene in Inhibitor-behandelten Tieren aufgehoben war. Wir folgern daraus, dass Signalwege unterhalb von alpha v -Integrin, mediiert durch MAP-Kinasen, FAK und c-Src, zu einer verstärkten Expression von ECM-Komponenten führt, welche für die kompensatorische Antwort auf Druckbelastung nötig sind.…