Effect of Ethanol on Proliferation, Contraction and Migration of Vascular Smooth Muscle Cells from Rat Aorta

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The aim of the work is to study the effect of 24-hour effect of ethanol (50 and 100 mmol/L) on proliferation, contraction and migration of vascular smooth muscle cells (VSMCs) from rat thoracic aorta. The following age groups of rats were studied: early neonatal period of development (1-week-old rats), puberty age (5-month-old rats) and the initial period of aging (1-year-old rats). The following methods were used in the work: real-time PCR to assess the proliferation of VSMCs by comparing the relative amount of genomic DNA between the control and the experiment; wound healing assay to determine the migration of VSMCs; the collagen gel contraction assay to assess the contraction of VSMCs. Ethanol 50 mmol/L did not have effect on the studied parameters of VSMCs. Ethanol 100 mmol/L resulted in: increase of proliferation ~38% (р ≤0.01) and decrease the contraction ~12% (р ≤ 0.01) of VSMCs of rats of the early neonatal period of development; decrease the contraction ~7% (р ≤ 0.01) and proliferation ~21% (р ≤ 0.01) of VSMCs of rats of puberty age and animals of the initial period of aging, respectively. Thus, ethanol 100 mmol/L had different effects on VSMCs of rats depending on age group of animals. It is worth noting that VSMCs of rats of the early neonatal period of development are more sensitive to effects of ethanol.

About the authors

V. K Zhalimov

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Moscow Region, Russia

E. I Meshcheryakova

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Moscow Region, Russia

L. G Bobyleva

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Moscow Region, Russia

I. M Vikhlyantsev

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences

Pushchino, Moscow Region, Russia

Yu. V Gritsyna

Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences

Email: gri23.86@mail.ru
Pushchino, Moscow Region, Russia

References

  1. Hu Y., Cai Zh., and He B. Smooth muscle heterogeneity and plasticity in health and aortic aneurysmal disease. Int. J. Mol. Sci., 24 (14), 11701 (2023).doi: 10.3390/ijms241411701
  2. Cao G., Xuan X., Hu J., Zhang R., Jin H., and Dong H. How vascular smooth muscle cell phenotype switching contributes to vascular disease. Cell Commun. Signal., 20 (1), 180 (2022). doi: 10.1186/s12964-022-00993-2
  3. Saito H., Hayashi H., Ueda T., Mine T., and Kumita S. I. Changes in aortic wall thickness at a site of entry tear on computed tomography before development of acute aortic dissection. Ann. Vasc. Dis., 12 (3), 379–384 (2019).doi: 10.3400/avd.oa.19-00051
  4. Rombouts K. B., van Merrienboer T. A. R., Ket J. C. F., Bogunovic N., van der Velden J., and Yeung K. K. The role of vascular smooth muscle cells in the development of aortic aneurysms and dissections. Eur. J. Clin. Invest., 52 (4), e13697 (2022). doi: 10.1111/eci.13697
  5. Frismantiene A., Philippova M., Erne P., and Resink T. J. Smooth muscle cell-driven vascular diseases and molecular mechanisms of VSMC plasticity. Cell Signal., 52, 48– 64 (2018). doi: 10.1016/j.cellsig.2018.08.019
  6. Tang H. Y., Chen A. Q., Zhang H., Gao X. F., Kong X. Q., and Zhang J. J. Vascular smooth muscle cells phenotypic switching in cardiovascular diseases. Cells, 11 (24), 4060 (2022). doi: 10.3390/cells11244060
  7. Davis-Dusenbery B. N., Wu C., and Hata A. Micromanaging vascular smooth muscle cell differentiation and phenotypic modulation. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., 31 (11), 2370–7237 (2011).doi: 10.1161/ATVBAHA.111.226670
  8. Chen R., McVey D. G., Shen D., Huang X., and Ye S. Phenotypic switching of vascular smooth muscle cells in atherosclerosis. J. Am. Heart Assoc., 12 (20), e031121 (2023). doi: 10.1161/JAHA.123.031121
  9. Marx S. O., Totary-Jain H., and Marks A. R. Vascular smooth muscle cell proliferation in restenosis. Circ. Cardiovasc. Interv., 4 (1), 104–111 (2011).doi: 10.1161/CIRCINTERVENTIONS.110.957332
  10. Shi N. and Chen S. Y. Smooth muscle cell differentiation: Model systems, regulatory mechanisms, and vascular diseases. J. Cell Physiol., 231 (4), 777–787 (2016).doi: 10.1002/jcp.25208
  11. Yoshida T. and Owens G. K. Molecular determinants of vascular smooth muscle cell diversity. Circ. Res., 96 (3), 280–291 (2005).doi: 10.1161/01.RES.0000155951.62152.2e
  12. Owens G. K. Regulation of differentiation of vascular smooth muscle cells. Physiol. Rev., 75 (3), 487–517 (1995). doi: 10.1152/physrev.1995.75.3.487
  13. Louis S. F. and Zahradka P. Vascular smooth muscle cell motility: From migration to invasion. Exp. Clin. Cardiol., 15 (4), e75–85 (2010).
  14. Owens G. K., Kumar M. S., and Wamhoff B. R. Molecular regulation of vascular smooth muscle cell differentiation in development and disease. Physiol. Rev., 84 (3), 767–801 (2004). doi: 10.1152/physrev.00041.2003
  15. Yogi A., Callera G. E., Hipólito U. V., Silva C. R., Touyz R. M., and Tirapelli C. R. Ethanol-induced vasoconstriction is mediated via redox-sensitive cyclo-oxygenase-dependent mechanisms. Clin. Sci. (Lond.), 118 (11), 657–668 (2010). doi: 10.1042/CS20090352
  16. Alleyne J. and Dopico A. M. Alcohol use disorders and their harmful effects on the contractility of skeletal, cardiac and smooth muscles. Adv. Drug Alcohol Res., 1, 10011 (2021). doi: 10.3389/ADAR.2021.10011
  17. Badran A., Nasser S. A., Mesmar J., El-Yazbi A. F., Bitto A., Fardoun M. M., Baydoun E., and Eid A. H. Reactive oxygen species: Modulators of phenotypic switch of vascular smooth muscle cells. Int. J. Mol. Sci., 21 (22), 8764 (2020). doi: 10.3390/ijms21228764
  18. Held K. F. and Dostmann W. R. Sub-nanomolar sensitivity of nitric oxide mediated regulation of cGMP and vasomotor reactivity in vascular smooth muscle. Front. Pharmacol., 3, 130 (2012). doi: 10.3389/fphar.2012.00130
  19. Rocha J. T., Hipólito U. V., Callera G. E., Yogi A., Neto Filho Mdos A., Bendhack L. M., Touyz R. M., and Tirapelli C. R. Ethanol induces vascular relaxation via redoxsensitive and nitric oxide-dependent pathways. Vascul. Pharmacol., 56 (1–2), 74–83 (2012).doi: 10.1016/j.vph.2011.11.006
  20. Briner V. A., Tsai P., Wang X., and Schrier R. W. Divergent effects of acute and chronic ethanol exposure on contraction and Ca2+ mobilization in cultured vascular smooth muscle cells. Am. J. Hypertens., 6 (4), 268–275 (1993). doi: 10.1093/ajh/6.4.268
  21. Ghiselli G., Chen J., Kaou M., Hallak H., and Rubin R. Ethanol inhibits fibroblast growth factor-induced proliferation of aortic smooth muscle cells. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., 23 (10), 1808–1813 (2003).doi: 10.1161/01.ATV.0000090140.20291.CE
  22. Mao N., Gu T., Shi E., Zhang G., Yu L., and Wang C. Phenotypic switching of vascular smooth muscle cells in animal model of rat thoracic aortic aneurysm. Interact. Cardiovasc. Thorac. Surg., 21 (1), 62–70 (2015).doi: 10.1093/icvts/ivv074
  23. Truett G. E., Heeger P., Mynatt R. L., Truett A. A., Walker J. A., and Warman M. L. Preparation of PCR-quality mouse genomic DNA with hot sodium hydroxide and tris (HotSHOT). Biotechniques, 29 (1), 52–54 (2000).doi: 10.2144/00291bm09
  24. Терюкова Н. П., Андреев Г. В., Воронкина И. В., Сахенберг Е. И. и Снопов С. А. Асцитная гепатома Зайдела как континуум для опухолевых клеток в транзитном состоянии. Цитология, 62 (7), 473–486 (2020). doi: 10.31857/S0041377120070068
  25. Rajan N., Habermehl J., Coté M. F., Doillon C. J., and Mantovani D. Preparation of ready-to-use, storable and reconstituted type I collagen from rat tail tendon for tissue engineering applications. Nat. Protoc., 1 (6), 2753–2758 (2006). doi: 10.1038/nprot.2006.430
  26. Singh P . and Zheng X.-L. Dual regulation of myocardin expression by tumor necrosis factor-α in vascular smooth muscle cells. PLoS One, 9 (11), e112120 (2014).doi: 10.1371/journal.pone.0112120
  27. Cook C. L., Weiser M. C., Schwartz P. E., Jones C. L., and Majack R. A. Developmentally timed expression of an embryonic growth phenotype in vascular smooth muscle cells. Circ. Res., 74 (2), 189–196 (1994).doi: 10.1161/01.res.74.2.189
  28. Gerthoffer W. T. Mechanisms of vascular smooth muscle cell migration. Circ. Res., 100 (5), 607–621 (2007). doi: 10.1161/01.RES.0000258492.96097.47
  29. Elmarasi M., Elmakaty I., Elsayed B., Elsayed A., Zein J. A., Boudaka A., and Eid A. H. Phenotypic switching of vascular smooth muscle cells in atherosclerosis, hypertension, and aortic dissection. J. Cell Physiol., 239 (4), e31200 (2024). doi: 10.1002/jcp.31200
  30. Ureña J., Fernández-Tenorio M., Porras-González C., González-Rodríguez P., Castellano A., and López-Barneo J. A new metabotropic role for L-type Ca2+ channels in vascular smooth muscle contraction. Curr. Vasc. Pharmacol., 11 (4), 490–496 (2013).doi: 10.2174/1570161111311040012
  31. Touyz R. M. and Schiffrin E. L. Measurement of intracellular free calcium ion concentration in vascular smooth muscle cells: fluorescence imaging of cytosolic calcium. Methods Mol. Med., 51, 341–354 (2001).doi: 10.1385/1-59259-087-X:341
  32. Kudryavtseva O., Aalkjaer C., and Matchkov V. V. Vascular smooth muscle cell phenotype is defined by Ca2+-dependent transcription factors. FEBS J., 280 (21), 5488– 5499 (2013). doi: 10.1111/febs.12414
  33. Zhang A., Cheng T. P., and Altura B. M. Ethanol decreases cytosolic-free calcium ions in vascular smooth muscle cells as assessed by digital image analysis. Alcohol Clin. Exp. Res., 16 (1), 55–57 (1992).doi: 10.1111/j.1530-0277.1992.tb00635.x
  34. Cain M. L., Hester R. L., and Izevbigie E. B. Ethanol abrogates angiotensin II-stimulated vascular smooth muscle cell growth. Med. Sci. Monit., 12 (5), BR162-8 (2006).
  35. Sayeed S., Cullen J. P., Coppage M., Sitzmann J. V., and Redmond E. M. Ethanol differentially modulates the expression and activity of cell cycle regulatory proteins in rat aortic smooth muscle cells. Eur. J. Pharmacol., 445 (3), 163–170 (2002). doi: 10.1016/s0014-2999(02)01761-2
  36. Hendrickson R. J., Cahill P. A., McKillop I. H., Sitzmann J. V., and Redmond E. M. Ethanol inhibits mitogen activated protein kinase activity and growth of vascular smooth muscle cells in vitro. Eur. J. Pharmacol., 362 (2–3), 251–259 (1998).doi: 10.1016/s0014-2999(98)00771-7
  37. Sachinidis A., Gouni-Berthold I., Seul C., Seewald S., KoY., Schmitz U., and Vetter H. Early intracellular signalling pathway of ethanol in vascular smooth muscle cells. Br. J. Pharmacol., 128 (8), 1761–7171 (1999).doi: 10.1038/sj.bjp.0702969
  38. Monk B. A. and George S. J. The effect of ageing on vascular smooth muscle cell behaviour – A mini-review. Gerontology, 61 (5), 416–426 (2015).doi: 10.1159/000368576
  39. Kajuluri L. P., Singh K., and Morgan K. G. Vascular aging, the vascular cytoskeleton and aortic stiffness. Explor. Med., 2, 186–197 (2021).doi: 10.37349/emed.2021.00041
  40. Martín-Pardillos A. and Sorribas V. Effects of donor age and proliferative aging on the phenotype stability of rat aortic smooth muscle cells. Physiol. Rep., 3 (11), e12626 (2015). doi: 10.14814/phy2.12626
  41. https://grantome.com/grant/NIH/Z01-AG000808-02
  42. Hendrickson R. J., Okada S. S., Cahill P. A., Yankah E., Sitzmann J. V., and Redmond E. M. Ethanol inhibits basal and flow-induced vascular smooth muscle cell migration in vitro. J. Surg. Res., 84 (1), 64–70 (1999).doi: 10.1006/jsre.1999.5605
  43. Cullen J. P., Sayeed S., Kim Y., Theodorakis N. G., Sitzmann J. V., Cahill P. A., and Redmond E. M. Ethanol inhibits pulse pressure-induced vascular smooth muscle cell migration by differentially modulating plasminogen activator inhibitor type 1, matrix metalloproteinase-2 and -9. Thromb. Haemost., 94 (3), 639–645 (2005).doi: 10.1160/TH05-03-0174
  44. Tirapelli C. R., Leone A. F., Coelho E. B., Resstel L. B., Corrêa F. M., Lanchote V. L., Uyemura S. A., Padovan C. M., and de Oliveira A. M. Effect of ethanol consumption on blood pressure and rat mesenteric arterial bed, aorta and carotid responsiveness. J. Pharm. Pharmacol., 59 (7), 985–993 (2007). doi: 10.1211/jpp.59.7.0011

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».