Non-canonical role of Nrf2 transcription factor in GDF-15 and SDF-1-induced angiogenesis

Angiogenesis is a process of blood vessel formation from preexisting ones, based on activation, proliferation and migration of mature, fully differentiated endothelial cells. Among many factors regulating this process, GDF-15 (growth and differentiation factor 15) and SDF-1 (stromal cell-derived factor 1) are its potential inducers, and one of the transcription factors regulating angiogenesis is Nrf2 - the main mediator of cellular response to oxidative stress.The aim of this study was to investigate the proangiogenic activity of GDF-15 and SDF-1, and check whether angiogenesis induced by these factors depends on Nrf2.It was demonstrated that GDF-15 and SDF-1 dose-dependently induce the angiogenic response of human aortic endothelial cells (HAECs). Ex vivo model of angiogenesis on the aortic rings harvested from Nrf2+ /+ and Nrf2-/- mice showed that GDF-15 and SDF-1 induced capillary sprouting is completely blocked in the absence of Nrf2. This effect was confirmed on HAEC cells using RNA interference. It was shown that cells transfected with siNrf2 are less responsive to the stimulation with GDF-15 and SDF-1 in terms of morphogenesis and migration. Accordingly, these effects were reversed by sulforaphane, an Nrf2 activator, and by overexpression of Nrf2 with adenoviral vectors. Interestingly, angiogenesis induced by GDF-15 and SDF-1 seems to be independent of Nrf2 transcriptional activity, though this factor translocates to the nucleus in response to both stimuli.These results indicate a new non-canonical role of Nrf2 transcription factor in the formation of blood vessels.

Angiogeneza jest procesem powstawania naczyń krwionośnych z istniejących kapilar poprzez aktywację proliferacji i migracji dojrzałych, w pełni zróżnicowanych komórek śródbłonka. Wśród wielu czynników wpływających na ten proces, GDF-15 (czynnik różnicowania wzrostu 15) oraz SDF-1 (czynnik pochodzenia stromalnego 1) są jego potencjalnymi induktorami, a jednym z czynników transkrypcyjnych regulujących angiogenezę jest Nrf2 – główny mediator odpowiedzi komórki na stres oksydacyjny.Celem pracy było zbadanie proangiogennych własności GDF-15 i SDF-1 oraz sprawdzenie, czy angiogeneza indukowana tymi czynnikami jest zależna od Nrf2.Wykazano, że GDF-15 i SDF-1 dawkozależnie indukują odpowiedź angiogenną ludzkich komórek śródbłonka aortalnego HAEC. Wykorzystując model angiogenezy ex vivo - test krążków aortalnych izolowanych z myszy Nrf2+/+ i Nrf2-/- udowodniono, że tworzenie struktur naczynio-podobnych indukowane GDF-15 i SDF-1 jest całkowicie zablokowane przy braku Nrf2. Efekt ten został potwierdzony na komórkach HAEC z wykorzystaniem interferencji RNA. Wykazano, że komórki transfekowane siNrf2 słabiej odpowiadają na stymulację GDF-15 i SDF-1 w zakresie migracji i morfogenezy. Efekty te zostały odwrócone poprzez sulforafan, który jest aktywatorem Nrf2, jak również poprzez nadekspresję Nrf2 przy użyciu wektorów adenowirusowych. Ponadto pokazano, że angiogeneza indukowana GDF-15 i SDF-1, choć zależna od Nrf2, prawdopodobnie nie jest związana z jego funkcją czynnika transkrypcyjnego, pomimo występowania translokacji Nrf2 do jądra komórkowego w odpowiedzi na badane czynniki. Wyniki te wskazują na nową, nietypową rolę czynnika transkrypcyjnego Nrf2 w procesie powstawiania naczyń krwionośnych.