Open Access

Pedro Felipe Malacarne

• Aim: The cytochrome P450 reductase (POR) along with the cytochrome P450 enzymes (CYP) are responsible for the metabolism of a multitude of metabolites important for the maintenance of tissue function. Defects in this system have been associated with cardiovascular diseases. These enzymes are known to produce vasoactive lipids that modulate vascular tone. The aim of this study was to identify the consequence of a loss in endothelial POR for vascular function. Methods and Results: To identify the endothelial contribution of the POR/CYP450 system to vascular function, we generated an endothelial-specific, tamoxifen-inducible POR knockout mouse (ecPOR-/-). Under basal condition ecPOR-/- already exhibited endothelial dysfunction in aorta and mesenteric vessels (acetylcholine-dependent relaxation, LogEC50 -7.6M for CTR vs. -7.2M for ecPOR-/- in aorta) and lower nitric oxide levels in the plasma (CTR: 236.8 ±77.4; ecPOR-/- 182.8 ±34.1 nmol/L). This dysfunction was coupled to attenuated eNOS function detected by the heavy arginine assay and decreased eNOS phosphorylation on S1177. Furthermore, insulin-induced phosphorylation of the eNOS activator, AKT, was also attenuated in the aorta from ecPOR-/- mice as compared to control mice. CYP450-dependent EET production was lower in plasma, lung and aorta of ecPOR-/- mice and this was accompanied with increased levels of vasoconstriction prostanoids (lipidomics of aorta, plasma and lung freshly isolated from CTR and ecPOR-/- mice). MACE-RNAseq from these aortas also showed a significant increase in genes annotated to eicosanoid production. In an in vivo angiotensin II model, acute deletion of POR increased the blood pressure as measured by telemetry and tail cuff (137.4 ± 15.9 mmHg in WT; 152.1 ± 7.154 mmHg in ecPOR-/-). In a rescue experiment using the NSAID naproxen, the increase in blood pressure induced by deletion of endothelial POR was abolished. Conclusion: Collectively, in endothelial cells POR regulates eNOS activity and orchestrates the metabolic fate of arachidonic acid towards the vessel dilating EETs and away from deleterious prostanoids. In the absence of POR this endothelial regulation is compromised leading to vascular dysfunction.
• Ziel: Die Cytochrom-P450-Reduktase (POR) ist zusammen mit den Cytochrom-P450-Enzymen (CYP) für den Stoffwechsel einer Vielzahl von Metaboliten verantwortlich, die für die Aufrechterhaltung der Gewebefunktion wichtig sind. Defekte in diesem System werden mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen in Verbindung gebracht. Von diesen Enzymen ist bekannt, dass sie vasoaktive Lipide produzieren, die den Gefäßtonus modulieren. Ziel dieser Studie war es, herauszufinden, inwieweit POR die Funktion des Endothels aufrechterhält und welche Mechanismen dem zugrunde liegen. Methoden und Ergebnisse: Um die vaskuläre Funktion von POR zu ermitteln, haben wir eine endothelspezifische, Tamoxifen-induzierbare POR-Knockout-Maus (ecPOR-/-) erzeugt. Am auffälligsten ist, dass ecPOR-/- bereits unter basalen Bedingungen eine endotheliale Dysfunktion in der Aorta und den Mesenterialgefäßen [Acetylcholin-abhängige Relaxation (LogEC50 -7,6M für CTR vs. -7,2M für ecPOR-/- in der Aorta)] und niedrigere Stickstoffoxidwerte im Plasma (CTR: 236,8 ±77,4; ecPOR-/- 182,8 ±34,1 nmol/L) aufweist. Diese Funktionsstörung war mit einer abgeschwächten eNOS-Funktion gekoppelt, die durch den Assay mit schwerem Arginin und durch eine Abnahme der eNOS-Phosphorylierung von S1177 nachgewiesen wurde, begleitet von einer unveränderten eNOS-Expression. Darüber hinaus wies der eNOS-Aktivator AKT in der Aorta von ecPOR-/- Mäusen im Vergleich zur Kontrollgruppe ebenfalls eine geringere Phosphorylierung auf. Bemerkenswerterweise war die CYP450-abhängige EET-Produktion im Plasma, in der Lunge und in der Aorta der ecPOR-/-- Mäuse geringer, während gleichzeitig die Menge der vasokonstriktorischen Prostanoide anstieg (Lipidomik der Aorta, des Plasmas und der Lunge, die frisch aus CTR- und ecPOR-/-- Mäusen isoliert wurden). MACE-RNAseq aus diesen Aorten zeigte auch einen signifikanten Anstieg von Genen, die für die Eicosanoidproduktion verantwortlich sind. In einem in vivo Angiotensin-II-Modell führte die akute Deletion von POR zu einem Anstieg des Blutdrucks, der mittels Telemetrie und Schwanzmanschette gemessen wurde (137,4 ± 15,9 mmHg bei WT; 152,1 ± 7,154 mmHg bei ecPOR-/-).In einem Rettungsversuch mit dem NSAID Naproxen wurde die durch Prostanoide ausgelöste Funktionsstörung der ecPOR-/-- Mäuse durch Normalisierung des Angiotensin-II-induzierten Blutdruckanstiegs (Telemetrie) aufgehoben. Schlussfolgerung: Insgesamt deutet dies darauf hin, dass POR in Endothelzellen die eNOS-Aktivität reguliert und das metabolische Schicksal der Arachidonsäure in Richtung der gefäßerweiternden EETs und weg von den schädlichen Prostanoiden lenken. Fehlt POR, ist diese endotheliale Regulierung beeinträchtigt, was zu vaskulärer Dysfunktion führt.