Remodeling of G protein coupled receptors signaling pathways in essential hypertension

Abstract

Hypertension (HT) is the most common modifiable risk factor for cardiovascular disease, Strategies to control HT have a limited success, so there is an unmet need for identification of more efficient treatments for HT. A better understanding of the mechanisms regulating blood pressure, using genetic, molecular and physiological approaches, could identify novel pathways that can be potential drug targets, so that we can treat HT with a mechanistic-driven approach. We have use a mice model of essential HT (BPN, blood pressure normal, and BPH, blood pressure high) to explore the changes in the contractile responses of mesenteric arteries to agonists acting through G protein-coupled receptors (GPCR). Microarrays of vascular smooth muscle cells (VSMCs) from BPN and BPH mice provided differential expression of several elements in GPCR signaling pathways, and some of the most significant changes were functionally investigated. We found an increased expression of the purinergic receptor P2Y6 the, which correlates with augmented UTP-induced contractions in BPH arteries. Moreover, we described here that the upregulation of P2Y6R affects the contractile responses to angiotensin II (AgII), favoring the formation of heterodimers with the AgII receptors ATR1. ATR1 desensitization in the P2Y6R-ATR1 complexes is decreased, and this can contribute to the increased contractile responses to AgII in HT arteries. In spite of this increased response, we found reduced circulating AgII levels and less hypotensive effect in response to treatment with the ATR1 blocker losartan, indicating that overstimulation of the renin-angiotensin aldosterone system (RAAS) does not contribute to HT in BPH. Our data suggest that P2Y6R levels may represent a molecular switch to induce HT, so that this receptor may become a promising target for the treatment of HT. We also characterize the variations in α-adrenergic signaling pathways in HT. The α1-adrenergic agonist Phenylephrine (Phe) elicited larger contractions in BPH vessels, so we investigated the potential mechanisms involved in this enhanced response. We explored the contribution of Ca2+ release from intracellular stores or the activation of L-type Ca2+ channels (LTCC), Ca2+ activated Cl- channels and the transient receptor potential cation channels (TRPC3/6). Although some of these elements show changes in the BPH vessels, none of them recapitulates the increased contractile response. The contribution of phospholipase C (PLCβ) or rho-associated protein kinase (ROCK) to Phe-induced contraction was also decreased in BPH vessels, suggesting the presence of an additional mechanism activated by Phe and distinct from PLCβ or ROCK signaling pathways in BPH Overall, we found that the increased contractile responses to GPCRs agonist in HT is the result of a complex dysregulation of multiple molecular components rather than caused by changes in single elements. This pattern is in clear agreement with the multifactorial nature of the disease. Another important conclusion derived from the complex nature of this disease is the need to explore the effect of every molecular element in the proper context, considering the likely concomitant changes of its partners in the pathway.

La hipertensión (HT) es el factor de riesgo modificable más común de la enfermedad cardiovascular. Las estrategias para controlar la HT tienen un éxito limitado, por lo que existe una necesidad clara de identificar tratamientos más eficientes. Una mejor comprensión de los mecanismos que regulan la presión arterial, utilizando enfoques genéticos, moleculares y fisiológicos, podría identificar nuevas vías que pueden representar potenciales dianas farmacológicas, que permitan un tratamiento de la hipertensión arterial con un enfoque basado en el mecanismo causal. Hemos utilizado un modelo de ratón con HT esencial (BPN, presión arterial normal y BPH, presión arterial alta) para explorar los cambios en las respuestas contráctiles de las arterias mesentéricas a los agonistas que actúan a través de los receptores acoplados a proteína G (GPCR). Los microarrays de células del músculo liso vascular (VSMC) de ratones BPN y BPH nos han permitido detectar la expresión diferencial de varios elementos en las vías de señalización de GPCR, y algunos de los cambios más significativos se investigaron funcionalmente. Encontramos una mayor expresión del receptor purinérgico P2Y6, que se correlaciona con un aumento de la contracción inducida por UTP en las arterias BPH. Además, hemos confirmado que este aumento de P2Y6R afecta las respuestas contráctiles a la angiotensina II (AgII), favoreciendo la formación de heterodímeros con los receptores de AgII (ATR1). La desensibilización de ATR1 en los complejos P2Y6R-ATR1 disminuye, y esto puede contribuir al aumento de las respuestas contráctiles a AgII en las arterias hipertensas. A pesar de este aumento de la respuesta contráctil a AgII, encontramos niveles circulantes reducidos de AgII y menos efecto hipotensor en respuesta al tratamiento con el bloqueante de ATR1 losartán, sugiriendo que la sobreestimulación del sistema renina-angiotensina aldosterona (RAAS) no contribuye a la HT de los ratones BPH. Además, nuestros datos sugieren que los niveles de P2Y6R pueden representar un interruptor molecular para inducir la HT, por lo que este receptor podría representar una diana prometedora para el tratamiento de la HT Hemos caracterizado también los cambios en las vías de señalización α-adrenérgicas en nuestro modelo de HT. El agonista adrenérgico α1 fenilefrina (Phe) provocó una respuesta contráctil aumentada en las arterias BPH, por lo que investigamos los mecanismos potencialmente involucrados en el aumento de la respuesta. Exploramos la contribución de la liberación de Ca2+ de los depósitos intracelulares o la activación de los canales de Ca2+ tipo L (LTCC), los canales de Cl- activados por Ca2+ y los canales catiónicos de la familia TRPC (transient receptor potential) TRPC3 y TRPC6. Aunque algunos de estos elementos muestran cambios en los vasos de BPH, ninguno de ellos recapitula el aumento de la respuesta contráctil. Por otro lado, la contribución de la fosfolipasa C (PLCβ) o la proteína quinasa asociada a rho (ROCK) a la contracción inducida por Phe también disminuyó en los vasos de BPH, lo que sugiere la presencia de un mecanismo adicional activado por Phe y distinto de las vías de señalización de PLCβ o ROCK en BPH. En general, encontramos que el aumento de las respuestas contráctiles inducidas por agonistas acoplados a GPCR en la HT es el resultado de una disregulación compleja de múltiples componentes moleculares, y no está causado por cambios en un único elemento. Este patrón está claramente de acuerdo con la naturaleza multifactorial de la enfermedad. Otra conclusión importante derivada de la compleja naturaleza de esta enfermedad es la necesidad de explorar el efecto de cada elemento molecular en el contexto adecuado, considerando los probables cambios concomitantes del resto de los elementos de la vía de señalización.