Autophagy is a lysosomal catabolic process by which cells degrade or recycle their contents to maintain cellular homeostasis, adapt to stress, and respond to disease. Impairment of autophagy in endothelial cells studied under static conditions results in oxidant stress and impaired nitric oxide (NO) bioavailability. We tested the hypothesis that vascular autophagy is also important for induction of NO production caused by exposure of endothelial cells to shear stress (i.e., 3 h × ≈20 dyn/cm(2)). Atg3 is a requisite autophagy pathway mediator. Control cells treated with non-targeting control siRNA showed increased autophagy, reactive oxygen species (ROS) production, endothelial NO synthase (eNOS) phosphorylation, and NO production upon exposure to shear stress (p < 0.05 for all). In contrast, cells with >85% knockdown of Atg3 protein expression (via Atg3 siRNA) exhibited a profound impairment of eNOS phosphorylation, and were incapable of increasing NO in response to shear stress. Moreover, ROS accumulation and inflammatory cytokine production (MCP-1 and IL-8) were exaggerated (all p < 0.05) in response to shear stress. These findings reveal that autophagy not only plays a critical role in maintaining NO bioavailability, but may also be a key regulator of oxidant-antioxidant balance and inflammatory-anti-inflammatory balance that ultimately regulate endothelial cell responses to shear stress.
L’autophagie est un processus catabolique lysosomal par lequel les cellules dégradent ou recyclent leur contenu afin de maintenir l’homéostasie cellulaire, s’adapter au stress et répondre à une maladie. La défaillance de l’autophagie chez les cellules endothéliales étudiées en conditions statiques provoque un stress oxydant et une diminution de la biodisponibilité d’oxyde nitrique (NO). Les auteurs ont testé l’hypothèse que l’autophagie vasculaire est aussi importante à l’induction de la production de NO provoquée par l’exposition des cellules endothéliales à un stress de cisaillement (par example, 3 h × ≈ 20 dyn/cm2). Atg3 est un médiateur nécessaire de la voie de l’autophagie. L’autophagie, la production d’espèces réactives d’oxygène (ERO), la phosphorylation de la NO synthase endothéliale (eNOS) et la production de NO étaient accrues chez des cellules contrôles traitées avec un pARNi contrôle non-ciblant, exposées à un stress de cisaillement (p < 0,05 pour tous les paramètres). En revanche, la phosphorylation de eNOS était diminuée de façon marquée chez les cellules dont Atg3 avait été inactivé de > 85 % par « knockdown » (au moyen du pARNi Atg3), et ces cellules étaient incapables d’accroitre le niveau de NO en réponse à un stress de cisaillement. De plus, l’accumulation d’ERO et la production de cytokines inflammatoires (MCP-1 et IL-8) étaient accrues (p < 0,05) en réponse à un stress de cisaillement. Ces données révèlent que l’autophagie joue non seulement un rôle dans le maintien de la biodisponibilité de NO, mais qu’elle agit aussi comme régulateur clé de la balance oxydante–anti-oxydante et inflammatoire–anti-inflammatoire, qui régule ultimement les réponses des cellules endothéliales au stress de cisaillement. [Traduit par la Rédaction]
Keywords: blood flow; exercice; exercise; flux sanguin; mitochondrial turnover; mitophagie; mitophagy; nutrient deprivation; oxidant stress; privation nutritionnelle; stress oxydant; vasculaire; vascular; « turnover » mitochondrial.