Postpartum cardiomyopathy (PPCM) is a disease of unknown etiology and exposes women to high risk of mortality after delivery. Here, we show that female mice with a cardiomyocyte-specific deletion of stat3 develop PPCM. In these mice, cardiac cathepsin D (CD) expression and activity is enhanced and associated with the generation of a cleaved antiangiogenic and proapoptotic 16 kDa form of the nursing hormone prolactin. Treatment with bromocriptine, an inhibitior of prolactin secretion, prevents the development of PPCM, whereas forced myocardial generation of 16 kDa prolactin impairs the cardiac capillary network and function, thereby recapitulating the cardiac phenotype of PPCM. Myocardial STAT3 protein levels are reduced and serum levels of activated CD and 16 kDa prolactin are elevated in PPCM patients. Thus, a biologically active derivative of the pregnancy hormone prolactin mediates PPCM, implying that inhibition of prolactin release may represent a novel therapeutic strategy for PPCM.

Nitric oxide (NO) synthesized from L-arginine is a ubiquitous intracellular chemical messenger and is involved in signal transduction in diverse mammalian cells, including vascular endothelium and neuronal tissues. The role of the NO-signaling pathway in the direct modulation of cardiac function is less well characterized. In this report, the effects of inhibitors of NO synthase (NOS) were examined in isolated neonatal and adult rat ventricular myocytes exposed to either muscarinic or adrenergic agonists. Carbachol (10 microM) caused a 91% inhibition of the spontaneous beating rate of cultured neonatal rat cardiac myocytes. N omega-monomethyl-L-arginine, an L-arginine analog that inhibits NOS, and methylene blue, an inhibitor of NO, blocked the negative chronotropic effect of carbachol but had no effect on the basal beating rate of these cells. The inhibition by N omega-monomethyl-L-arginine of the negative chronotropic effect of carbachol was reversed by adding excess L-arginine. The negative chronotropic effect of carbachol was also mimicked by analogs of cGMP, a second messenger implicated in mediating the action of NO in other cell types. Production of NO could be detected directly in carbachol-stimulated neonatal myocytes by using a reporter cell bioassay. The regulation of adrenergic responsiveness by the NO signaling system was also documented in studies of adult cardiac myocyte contractility. The NOS inhibitor N omega-nitro-L-arginine significantly increased the inotropic effect of the beta-adrenergic agonist isoproterenol on electrically stimulated adult rat ventricular myocytes, whereas this inhibitor had no effect on basal contractility. Inhibition of NO production by N omega-monomethyl-L-arginine in these cells, as measured by reporter cell bioassay, was also reversible with excess L-arginine. Thus, the physiologic response of isolated neonatal and adult ventricular myocytes to both muscarinic cholinergic and beta-adrenergic stimulation is mediated, at least in part, by products of an endogenous NOS.

The mechanism by which soluble mediators of immune cell origin depress myocardial contractility, either globally as in systemic sepsis, or regionally in areas of inflammatory myocardial infiltrates, remains unclear. When freshly isolated ventricular myocytes from adult rat hearts were preincubated for at least 24 h in medium conditioned by endotoxin (LPS)-activated rat alveolar macrophages, their subsequent inotropic response to the beta-adrenergic agonist isoproterenol was reduced from 225 +/- 19% to 155 +/- 10% of the baseline amplitude of shortening (mean +/- SEM, P < 0.05). Neither baseline contractile function nor the contractile response to high extracellular calcium were affected. To determine whether an endogenous nitric-oxide (NO)-signaling pathway within ventricular myocytes was responsible for their decreased responsiveness to isoproterenol, the L-arginine analogue L-NMMA was added to the preincubation medium. While L-NMMA did not affect baseline contractile function or the response of control myocytes to isoproterenol, it completely restored the positive inotropic response to isoproterenol in myocytes preincubated in LPS-activated macrophage medium. Release of NO by ventricular myocytes following exposure to activated macrophage medium was detected as an increase in cGMP content in a reporter-cell (RFL-6) bioassay and also as increased nitrite content in myocyte-conditioned medium. Thus, the depressed contractile response of adult rat ventricular myocytes to beta-adrenergic agonists by a 24-h exposure to soluble inflammatory mediators is mediated at least in party by induction of an autocrine NO signaling pathway.

Cellular constituents of heart muscle contain both constitutive and inducible nitric oxide (NO) signaling pathways that modulate the contractile properties of cardiac myocytes. The identities of the inducible NO synthase (iNOS) isoform(s) expressed in cardiac muscle, and of the specific cell types expressing iNOS activity, remain poorly characterized. We amplified a 217-base pair cDNA by reverse transcriptase-polymerase chain reaction from primary cultures of inflammatory cytokine-pretreated adult rat ventricular myocytes (ARVM) that was nearly identical to other iNOS cDNA sequences. Using this 217-base pair cDNA as a probe in Northern blots, we found no evidence of iNOS mRNA in control myocytes, but both interleukin-1 beta and interferon-gamma individually increased iNOS mRNA abundance in primary cultures of ARVM, with maximal expression at 12 h. The half-life of iNOS mRNA in actinomycin C1-treated cells was 4 h. Both dexamethasone and transforming growth factor-beta attenuated the induction of iNOS mRNA abundance and enzyme activity by IL-1 beta and INF gamma. Pretreatment with dexamethasone also abolished the induction of iNOS mRNA, but not the increase in GTP cyclohydrolase mRNA in purified cardiac myocytes from lipopolysaccharide-injected rats. In order to further characterize the specific cell type producing NO, we used a NO-specific porphyrinic/Nafion-coated microsensor to record NO release from a single, isolated ARVM pretreated with IL-1 beta and IFN gamma in L-arginine-depleted medium. NO release could be detected following microinjection of L-arginine in the vicinity of the cell juxtaposed to the NO microsensor, but not following microinjection of D-arginine, and not from ARVM pretreated with L-N-monomethylarginine. Cytokine-pretreated ARVM that had been maintained in L-arginine-depleted medium also exhibited a depressed contractile response to isoproterenol after addition of L-arginine, but not D-arginine. These results indicate that altered contractile function of cardiac myocytes following exposure to specific inflammatory cytokines is due to induction of myocyte iNOS.

Hypercholesterolemia is causally associated with defects of endothelial nitric oxide (NO)-dependent vasodilation. Increased uptake of cholesterol by endothelial cells (ECs) upregulates the abundance of the structural protein caveolin-1 and impairs NO release through the stabilization of the inhibitory heterocomplex between caveolin-1 and endothelial NO synthase (eNOS). Therefore, we examined whether the hydroxy-methylglutaryl-coenzyme A reductase inhibitor atorvastatin modulates caveolin abundance, eNOS activity, and NO release through a reduction in endogenous cholesterol levels.ECs were incubated with increasing doses of atorvastatin in the absence or in the presence of human LDL cholesterol (LDL-Chol) fractions in the presence of antioxidants. Our results show that atorvastatin (10 nmol/L to 1 micromol/L) reduced caveolin-1 abundance in the absence (-75%) and in the presence (-20% to 70%) of LDL-Chol. This was paralleled by a decreased inhibitory interaction between caveolin-1 and eNOS and a restoration and/or potentiation of the basal (+45%) and agonist-stimulated (+107%) eNOS activity. These effects were observed in the absence of changes in eNOS abundance and were reversed with mevalonate. In the presence of LDL-Chol, atorvastatin also promoted the agonist-induced association of eNOS and the chaperone Hsp90, resulting in the potentiation of eNOS activation.We provide biochemical and functional evidence that atorvastatin promotes NO production by decreasing caveolin-1 expression in ECs, regardless of the level of extracellular LDL-Chol. These findings highlight the therapeutic potential of inhibiting cholesterol synthesis in peripheral cells to correct NO-dependent endothelial dysfunction associated with hypercholesterolemia and possibly other diseases.

Hypercholesterolemia is a central pathogenic factor of endothelial dysfunction caused in part by an impairment of endothelial nitric oxide (NO) production through mechanisms that remain poorly characterized. The activity of the endothelial isoform of NO synthase (eNOS) was recently shown to be modulated by its reciprocal interactions with the stimulatory Ca2+–calmodulin complex and the inhibitory protein caveolin. We examined whether hypercholesterolemia may reduce NO production through alteration of this regulatory equilibrium. Bovine aortic endothelial cells were cultured in the presence of serum obtained from normocholesterolemic (NC) or hypercholesterolemic (HC) human volunteers. Exposure of endothelial cells to the HC serum upregulated caveolin abundance without any measurable effect on eNOS protein levels. This effect of HC serum was associated with an impairment of basal NO release paralleled by an increase in inhibitory caveolin–eNOS complex formation. Similar treatment with HC serum significantly attenuated the NO production stimulated by the calcium ionophore A23187. Accordingly, higher calmodulin levels were required to disrupt the enhanced caveolin–eNOS heterocomplex from HC serum–treated cells. Finally, cell exposure to the low-density lipoprotein (LDL) fraction alone dose-dependently reproduced the inhibition of basal and stimulated NO release, as well as the upregulation of caveolin expression and its heterocomplex formation with eNOS, which were unaffected by cotreatment with antioxidants. Together, our data establish a new mechanism for the cholesterol-induced impairment of NO production through the modulation of caveolin abundance in endothelial cells, a mechanism that may participate in the pathogenesis of endothelial dysfunction and the proatherogenic effects of hypercholesterolemia.

Nitric oxide synthase (NOS) isoforms are discovered in an increasing variety of cell types with different roles in signaling. The inducible NOS (i.e. iNOS or NOS II) is expressed in cardiac myocytes in response to specific cytokines. Independent of iNOS induction, however, receptor-dependent signaling is modulated by a constitutive nitric oxide (NO) synthase isoform in these cells (Balligand, J. L., Kelly, R. A., Marsden, P. A., Smith, T. W., and Michel, T.(1993) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 90, 347-351). We now show that cardiac myocytes constitutively express the endothelial isoform of NO synthase (ecNOS or NOS III). Transcripts for NOS III were detected by Northern blot in myocyte extracts using as a probe a polymerase chain reaction-generated cDNA amplified with isoform and species-specific primers. In subcellular fractionation experiments, a calcium-sensitive NO synthase activity was present primarily in the particulate fraction, coinciding with the distribution of NOS III analyzed by protein immunoblotting. The localization of NOS III within cardiac myocytes was further demonstrated by immunohistochemistry. The functional role of NOS III was explored by analyzing the effects of NOS inhibitors on single myocyte L-type calcium current and contractility. Inhibition of NOS blocked the attenuation by carbamylcholine of the increases in both parameters induced by β-adrenergic stimulation. We conclude that NO-dependent parasympathetic signaling is mediated by NOS III in cardiac myocytes. Nitric oxide synthase (NOS) isoforms are discovered in an increasing variety of cell types with different roles in signaling. The inducible NOS (i.e. iNOS or NOS II) is expressed in cardiac myocytes in response to specific cytokines. Independent of iNOS induction, however, receptor-dependent signaling is modulated by a constitutive nitric oxide (NO) synthase isoform in these cells (Balligand, J. L., Kelly, R. A., Marsden, P. A., Smith, T. W., and Michel, T.(1993) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 90, 347-351). We now show that cardiac myocytes constitutively express the endothelial isoform of NO synthase (ecNOS or NOS III). Transcripts for NOS III were detected by Northern blot in myocyte extracts using as a probe a polymerase chain reaction-generated cDNA amplified with isoform and species-specific primers. In subcellular fractionation experiments, a calcium-sensitive NO synthase activity was present primarily in the particulate fraction, coinciding with the distribution of NOS III analyzed by protein immunoblotting. The localization of NOS III within cardiac myocytes was further demonstrated by immunohistochemistry. The functional role of NOS III was explored by analyzing the effects of NOS inhibitors on single myocyte L-type calcium current and contractility. Inhibition of NOS blocked the attenuation by carbamylcholine of the increases in both parameters induced by β-adrenergic stimulation. We conclude that NO-dependent parasympathetic signaling is mediated by NOS III in cardiac myocytes.

Immunohistochemistry shows that skeletal muscle fibers express endothelial-type (ec)-NOS in a heterogeneous pattern distinct from that of neuronal (nc)-NOS. Analysis of adjacent serial sections reveals: 1) a strong correlation of ec-NOS expression to mitochondrial content (visualized histochemically by succinate dehydrogenase); 2) lack of correlation of ec-NOS to fiber ATPase type (in contrast to nc-NOS); and 3) constitutive co-expression of ec- and nc-NOS in some fibers. Preparations of mitochondria from diaphragm exhibited calcium-dependent NOS activity, which functioned to inhibit in vitro oxygen consumption. The results establish that normal skeletal muscle cells can express two constitutive isoforms of NOS (nc- and ec-) and suggest a functional role for ec-NOS in oxidative, mitochondria-rich fibers.

Abstract Plasma proteomic is a precious tool in human disease research, but requires extensive sample preparation in order to perform in-depth analysis and biomarker discovery using traditional Data-Dependent Acquisition (DDA). Here, we highlight the efficacy of combining moderate plasma prefractionation and Data-Independent Acquisition (DIA) to significantly improve proteome coverage and depth, while remaining cost- and time-efficient. Using human plasma collected from a 20-patient COVID-19 cohort, our method utilises commonly available solutions for depletion, sample preparation, and fractionation, followed by 3 LC-MS/MS injections for a 360-minutes DIA run time. DIA-NN software was then used for precursor identification, and the QFeatures R package was used for protein aggregation. We detect 1,321 proteins on average per patient, and 2,031 unique proteins across the cohort. Filtering precursors present in under 25% of patients, we still detect 1,230 average proteins and 1,590 unique proteins, indicating robust protein identification. Differential analysis further demonstrates the applicability of this method for plasma proteomic research and clinical biomarker identification. In summary, this study introduces a streamlined, cost- and time-effective approach to deep plasma proteome analysis, expanding its utility beyond classical research environments and enabling larger-scale multi-omics investigations in clinical settings.

Aims: The abundance of beta3-adrenergic receptors (β3-ARs) is upregulated in diseased human myocardium. We previously showed that cardiac-specific expression of β3-AR inhibits the hypertrophic response to neurohormonal stimulation. Here, we further analyzed signalling pathways involved in the anti-hypertrophic effect of β3-AR. Methods: In vitro hypertrophic responses to phenylephrine (PE) were analyzed in neonatal rat ventricular myocytes (NRVM) infected with a recombinant adenovirus expressing the human β3-AR (AdVhβ3). We confirmed results in mice with cardiomyocyte-specific moderate expression of human β3-AR (β3-TG) and WT littermates submitted to thoracic transverse aortic constriction (TAC) for 9 weeks. Results: We observed a colocalization of β3-AR with the AMP-activated protein kinase (AMPK) both in neonatal rat andin adult mouse cardiomyocytes. Treatment of NRVM with PE induced hypertrophy and a decrease in phosphorylation of Thr172-AMPK (/2, p=0.0487) and phosphorylation of Ser79- acetyl-CoA carboxylase (ACC) (/2.6, p=0.0317), inducing an increase in phosphorylated Ser235/236 S6 protein (x2.5, p=0.0367) known to be involved in protein synthesis. These effects were reproduced by TAC in WT mice, but restored to basal levels in β3-AR expressing cells/mice. siRNA targeting of AMPK partly abrogated the anti-hypertrophic effect of β3-AR in response to PE in NRVM (x1.3, p<0.0001). Concomitant with hypertrophy, autophagy measured by microtubule-associated protein 1 light chain 3 (LC3)-II/LC3-I ratio and p62 abundance was decreased by PE in NRVM (/2.6, p=0.0010 and x3, p=0.0016, respectively) or TAC in WT mice (/5.4, p=0.0159); and preserved in human β3-AR expressing cells and mice, together with reduced hypertrophy.