Hyperglycemia and inflammation affect the secretion of proteoglycans in polarized human endothelial cells in vitro

Abstract

Bakgrunn og formål: Diabetes mellitus er en type kroniske sykdommer kjennetegnet ved hyperglykemi. Forventet levealder hos personer med diabetes er økt, men sykdommen forårsaker alvorlige sekundære komplikasjoner. Endotelcellelaget i blodårene er de første cellene i kroppen som utsettes for hyperglykemi, noe som fører til endotelial dysfunksjon og inflammasjon. Proteoglykaner finnes i både endotelcellenes luminale plasmamembran og i den underliggende basalmembranen. Forandringer i proteoglykanenes uttrykkelse og struktur er observert ved diabetes, og flere studier knytter forandringer i proteoglykanene til utviklingen av diabeteskomplikasjoner. Med tanke på både forebygging og behandling, er det viktig å oppnå en bedre forståelse av de underliggende mekanismene for slike forandringer. Formålet med denne studien var å vurdere sekresjonen av proteoglykaner fra humane endotelceller fra venen i navlesnor, dyrket under hyperglykemiske og inflammatoriske forhold, som begge er karakteristisk ved diabetes. Metode: Primære endotelceller fra venen i navlesnor ble dyrket in vitro som et modellsystem for endotelcellelaget in vivo. Cellene ble stimulert med hyperglykemi og interleukin-1β, som mål på diabetiske forhold. Kvantitative effekter av den totale de novo proteoglykan syntesen, og sekresjonen av de spesifikke proteoglykanene perlecan, decorin, collagen XVIII og biglycan ble undersøkt. Vi undersøkte også om hyperglykemi og IL-1β påvirket endotelial permeabilitet. Resulater: Resultatene fra denne studien viste at humane endotelceller fra vene i navlestreng syntetisertre store mengder proteoglykaner, og at proteoglykanene hovedsakelig var sekretoriske molekyler. Vi fant også at proteoglykanene perlecan, decorin og collagen XVIII hovedsakelig ble sekretert til det basolaterale mediet. Sekresjonen av biglycan var et unntak med en tilnærmet lik sekresjon i det apikale og det basolaterale mediet. Både total sekresjonen av de ulike proteoglykanene og sekresjonsmønsteret ble påvirket av hyperglykemi og IL-1β. Den endoteliale permeabiliteten ble også påvirket av denne stimuleringen. Konklusjon: Proteoglykanene undersøkt i denne studien ble påvirket av diabetiske stimuli in vitro, og disse forandringen kan være viktig i utviklingen av i diabeteskomplikasjoner. Flere studier trengs for å kunne trekke konkrete konklusjoner om spesifikke proteoglykaners rolle i denne patogenesen.

Background and aims: Diabetes mellitus (DM) is a chronic disease characterized by hyperglycemia. Even though the general life expectancy in people with diabetes has increased, the disease still causes harmful secondary complications. The endothelium is the prime organ to be exposed to hyperglycemia, leading to endothelial dysfunction and inflammation. Both in the luminal endothelial vessel wall and in the underlying basement membrane, the proteoglycans (PGs) have important functions. In diabetes, alterations in both expression and structure of the PGs are observed, and several studies indicate that these changes are linked to DM complications. For both treatment and prevention, it is important to obtain a better understanding of the underlying mechanisms for such changes. The aims of this work were to study the secretion of PGs from polarized human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) cultured under hyperglycemic and inflammatory conditions, as both are characteristic for the diabetic condition. Methods: Primary HUVEC were cultured in vitro as a model system of the endothelium, and exposed to hyperglycemia and the inflammatory mediator interleukin 1β (IL-1β), to mimic the diabetic environment in an experimental system. Quantitative effects on total de novo PG synthesis and the secretion of the individual PGs perlecan, decorin, collagen XVIII and biglycan were investigated. We also studied the effect of hyperglycemia and IL-1β on endothelial permeability in HUVEC. Results: The results obtained show that HUVEC synthesized large amounts of PGs and that the PGs were mainly secretory products. We also found that the extracellular matrix PGs perlecan, collagen XVIII and decorin were mainly secreted to the basolateral medium. Biglycan was an exception with an almost 50/50 secretion ratio between apical and basolateral media. The secretion of the different PGs was affected by hyperglycemia and IL-1β, both in total secretion and secretion pattern. Hyperglycemia and IL-1β also affected the endothelial permeability. Conclusions: The PGs studied in this thesis was affected by the in vitro diabetic environment, and the altered expression may be of importance in DM complications. Further studies are needed to draw any concrete conclusions in the pathological role of specific PGs.