The Influence of Isoprostanes on Angiogenesis In Vitro

Abstract

Isoprostanes are generated via free radical-induced lipid peroxidation of arachidonic acid. They are by-products of the formation of prostagrandins from arachidonic acid, catalysed by the prostaglandin H2-synthase. Isoprostanes differ from their enzymatic analogues to their regio- and stereochemistry. Theoretically each isoprostane family consist of four regioisomers and 64 stereoisomers. Among the isoprostanes, 8-iso-Prostaglandin F2alpha and 8-iso-Prostaglandin E2 are prominent due to their thromboxane A2 -mediated biological activity. The present work reported that the isoprostanes 8-iso-Prostaglandin F2alpha, 8-iso-Prostaglandin E2, and 8-iso-Prostaglandin A2 inhibit the VEGF-induced migration and tube formation of endothelial cellss in vitro, which represent essential steps in angiogenesis. Simultaneous addition of 8-iso-Prostaglandin F2alpha, 8-iso-Prostaglandin E2, and 8-iso-Prostaglandin A2 exert a synergistic inhibitory effect on endothelial cell migration and tube formation. These data have important implications in settings where release of VEGF and increased isoprostanes formation coincide, such as myocardial ischemia in patients suffering from coronary heart disease. Concerning this matter isoprostanes might counteract VEGF-induced neovascularization processes and therefore prevent improved oxygen supply to the hypoxic tissue. Experiments in the absence of VEGF showed that 8-iso-Prostaglandin F2alpha affects basal migration and tube formation of endothelial cells in a biphasic fashion, with a stimulating effect at low concentrations and an inhibitory effect at high concentrations. However, the physiological relevance of these findings remains unclear due to the fact that VEGF is abundant presence in vivo. It could be identified that isoprostanes exert their inhibiting effects on VEGF-induced endothelial cell migration and tube formation via activation of the thromboxane A2-receptor. Further investigations indicate that thromboxane A2-receptor-induced Rho kinase overactivation might play a key role in isoprostanes-mediated anti-angiogenic effects. This data contribute to an improved understanding of the molecular mechanisms of isoprostanes-mediated anti-angiogenic effects. Thromboxane A2-receptor antagonists or Rho kinase inhibitors may represent new therapeutic strategies to combat capillary rarefication which has been observed in pathophysiological settings, such as oxidative stress-associated coronary heart disease.

Isoprostane werden durch freie radikalische Oxidation der Arachidonsäure gebildet. Sie entstehen in Analogie zu der durch die Prostaglandin H2-Synthase katalysierten Bildung von Prostaglandinen. Isoprostane unterscheiden sich von den Prostaglandinen hinsichtlich ihrer Regio- und Stereochemie. Theoretisch besteht jede Isoprostanfamilie aus jeweils vier Regio- und 64 Stereoisomeren. Eine besondere Bedeutung kommt den Isoprostanen 8-iso-Prostaglandin F2alpha und 8-iso-Prostaglandin E2 zu, von denen bekannt ist, dass sie über den Thromboxan-Rezeptor vermittelte, biologische Aktivitäten aufweisen. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Isoprostane 8-iso-Prostaglandin F2alpha, 8-iso-Prostaglandin E2 und 8-iso-Prostaglandin A2 die VEGF-stimulierte Migration und Kapillarröhrchenbildung von Endothelzellen hemmen. Beide Vorgänge stellen physiologisch wichtige Schritte im Rahmen der Angiogenese dar. Zusätzlich konnte ein synergistischer Hemmeffekt bei simultaner Gabe aller drei Isoprostane auf die VEGF-stimulierte Migration und Kapillarröhrchenbildung von Endothelzellen festgestellt werden. Diese Erkenntnisse spielen bei klinischen Zuständen eine Rolle, wo es sowohl zu einer VEGF Freisetzung, als auch zur Bildung von Isoprostanen kommt, wie es beispielsweise im ischämischen Herzgewebe bei Patienten mit Herz-Kreislauferkrankungen der Fall sein kann. Hier könnten Isoprostane die VEGF-stimulierte Neubildung von kollateralen Blutgefäßen, die eine verbesserte Sauerstoffzufuhr des hypoxischen Gewebes gewährleisten würden, unterbinden.