Sub-cellular Targeting of Endothelial ROS in Myocardial Ischemia

点击翻译按钮获取中文摘要

Cardiovascular disease (CVD) is the leading cause of death in the USA. Increased levels of reactive oxygen  species  (ROS)  are  often  associated  with  microvascular  pathology  in  CVD,  causing  endothelial  dysfunction  and coronary artery disease and leading to myocardial ischemia and infarction (MI). However, failure of large clinical  trials  using  antioxidants  in  patients  with  CVD,  challenges  the  prevailing  view  that  ROS  production  is     damaging  to  the  microvasculature.  The  overarching  hypothesis  put  forth  in  this  proposal  is  that  EC  NOX-­ derived  ROS  is  beneficial  for  revascularization  immediately  following  myocardial  ischemia  but  becomes  detrimental upon over the LT due to increase in mitochondrial ROS. The therapeutic benefit of intervening on  ROS  level  is  best  realized  by  specific  down  regulation  of  mito-­ROS  in  ECs  that  have  been  exposed  to  LT  increase in NOX-­ROS such as in DM. This hypothesis will be fully tested in vivo using our novel EC-­specific  transgenic  MnSOD  (MnSOD-­OE)  animals  and  supported  using  mitochondria-­specific  nitroxide  and  nanoparticle antioxidant in coronary vessels from CVD patients with DM undergoing cardiac surgery.  Specific Aim 1: Elucidate the molecular mechanisms by which ST vs LT increase in EC-­specific NOX-­ROS  (NOX-­OE  mouse  model)  exert  differential  effects  on  EC  function  and  angiogenesis  and  the  recovery  of  the  post-­infarct  ischemic  myocardium.  We  hypothesize  that  whereas  ST  NOX-­ROS  increase  induces  AMPK®eNOS  and  AMPK®CPT1-­mediated  increase  in  mitochondrial  fatty  acid  oxidation  and  dNTP   synthesis, LT increase in NOX-­ROS results in nitro-­tyrosine-­induced inactivation of MnSOD, increase in mito-­ ROS, decrease in mito-­membrane potential and dNTP synthesis leading to reduced EC proliferation.   Specific Aim 2: Determine if EC-­specific MnSOD overexpression protects against the detrimental effects of  LT  exposure  of  NOX-­ROS  on  vessel  density  and  cardiac  functions  in  post-­infarct  ischemic  myocardium.  We  hypothesize  that  SOD-­OE  will  improve  post-­MI  recovery  of  the  cardiac  function  by  reducing  mito-­ROS  and  improving dNTP synthesis/EC proliferation in LT NOX-­OE animals and in animals with DM. Double transgenic  NOX-­OE:SOD-­OE vs NOX-­OE, and SOD-­OE with DM will be examined for post-­MI recovery.   Specific  Aim  3:  Elucidate  the  effects  of  mitochondrial-­targeted  nitroxide  antioxidant  and  SOD  biomimetic  nanoparticles  on  post-­infarct  vessel  density  and  recovery  of  cardiac  function  in  mice  and  on  chronic  myocardial ischemia in large animals (swine) with metabolic syndrome.  Specific  Aim  4:  Determine  the  effects  of  mitochondrial-­targeted  nitroxide  antioxidant  and  SOD  biomimetic  nanoparticles on angiogenic potential of human coronary vessels from patients with or without DM. Coronary  vessels  from  atrial  tissues  of  patients  (uncontrolled  DM  HbA1c>8.5,  controlled  DM  HbA1c<7,  and  non-­DM  HbA1c<5.5) undergoing cardiac surgery will be examined.