ABSTRACT Background Phosphodiesterases (PDEs) are the enzymes that hydrolyze cyclic nucleotides (cAMP and cGMP) playing a key role in the homeostasis of these two second messengers. PDE2A is a dual-specific PDE that breaks down both cAMP and cGMP and can be activated by cGMP. It appears peculiar that the Pde2A-deficient ( Pde2A -/- ) mouse model is embryonically lethal, likely due to a strongly reduced size of liver and to a severe anemia. In addition, the heart of Pde2A -/- embryos shows ventricular and atrial septum defects, hypertrabeculation, heart dilatation and non-compaction defects. We recently highlighted a direct relationship between Pde2A impairment, consequent increase of cAMP and the onset of mouse congenital heart defects (CHDs), however the molecular mechanisms underlining the heart defects remain unknown. Methods Transcriptome analysis of Pde2A -/- embryonic heart was performed by RNA sequencing and the most altered genes were also analyzed by quantitative real time PCR. In vivo treatment with drugs acting on cAMP signaling (Metoprolol and H89) and oxidative stress (N-Acetyl-Cysteine, NAC) were carried out on pregnant Pde2A +/- female. Histological, biochemical, and molecular analyses were then performed on embryonic hearts. Results We found a significant modulation of more than 500 genes affecting biological processes involved in the immune system, cardiomyocyte development and contractility, angiogenesis, control of gene transcription and oxidative stress in hearts from Pde2A -/- embryos. Metoprolol and H89 administration were able to prevent heart dilatation and hypertabeculation in Pde2A -/- embryos. Metoprolol was also able to partially impede heart septum defect and oxidative stress at tissue and molecular levels. Partial rescue of cardiac defects was observed by using the antioxidant NAC, indicating oxidative stress like one of the molecular mechanisms underpinning the CHDs. Conclusions We identified specific biological processes, molecules and cell signaling that can be targeted by selected drugs with consequent beneficial effects for cAMP-dependent CHDs. Novelty and Significance What is Known? Congenital Heart Defects are the most frequent heart birth defects including septal defects, hypertrabeculation and non-compacted myocardium. Pde2A hydrolyses the cAMP and cGMP second messengers. Pde2A -deficient mice are embryonic lethal and show cAMP-dependent Congenital Heart Defects. What New Information Does This Article Contribute? We identified several novel pathways altered in hearts of Pde2A -/- embryos. We demonstrated that drugs lowering cAMP levels rescued specific CHDs in Pde2A -/- embryos. We discovered that antioxidants are beneficial for CHDs in Pde2A -/- embryos. The significance of this work relay in molecular discoveries and pharmacological approaches to treat CHDs by using a mouse model that recapitulate the major congenital heart defects. Among the pathways involved in specific defects associated with CHDs, the transcriptome analysis revealed an impairment of genes of the immune system, cardiomyocyte development and contractility, angiogenesis, control of gene transcription and oxidative stress in Pde2A -/- hearts. The scientific community will have open access to the RNA-seq data that can be utilized to further understand the congenital cardiac pathology and clarify the molecular implication in selected defects such as septal and ventricular wall defects. Up to date CHDs, when possible and if identified in time, are mostly treated trough surgery. The identification of drugs blunting the cAMP signaling response or reducing oxidative stress pathways will be useful for setting therapeutic approaches to alleviate CHDs.

The TLQP-21 peptide peripherally potentiates glucose-stimulated insulin secretion. The aim of this study was to investigate a possible endocrine mechanism through which TLQP-21 increases the insulin secretion. Using an antibody specific for the common N-terminal portion of the TLQP peptides, we studied pancreas and plasma of mice subjected to intraperitoneal glucose load, by immunohistochemistry and immunosorbent assay (ELISA), alone or coupled to High Performance Liquid Chromatography (HLPC). Mice underwent a period of starvation hence have received a glucose load, or saline, and were sacrificed 30 or 120 minutes later. In normal endocrine pancreas, the TLQP-antiserum stained either peripheral or central cells. Interestingly, 30 min after a glucose load, TLQP immunostaining was disappeared in pancreas and, when analysed by ELISA, the TLQP-levels started to increase in plasma reaching peak concentration at 120 min. (controls vs. 30 and 120 min.: p<0.05 and p<0.001, respectively). The analysis of plasma and pancreas extracts using HLPC coupled to ELISA demonstrated the presence of the TLQP-21, with statistically significant increase of this peptide in plasma at 120 min (vs. controls p<0.05) in agreement to the changes seen by measuring the totality of the TLQP peptides. In pancreas sections we found the presence of the C3a-R1, involved in insulin secretion, and previously identified as a TLQP-21 receptor. Hence, after a glucose load, TLQP-21, may be released by the pancreas into the plasma, returning to the pancreas in order to modulate the insulin secretion through the C3a-R1

Abstract During vascular development endothelial junctions mature and vessel integrity is established to form the endothelial barrier. The molecular mechanisms by which lymphatic vessels induce cell contact inhibition are not understood. Here, we uncover the cGMP-dependent phosphodiesterase 2A (PDE2A) as a selective regulator of lymphatic, but not blood endothelial contact inhibition. Conditional deletion of Pde2a in mouse embryos reveals severe lymphatic dysplasia, while large blood vessel architecture remains unaltered. In the absence of PDE2A, human lymphatic endothelial cells fail to induce mature junctions and cell cycle arrest, while cGMP levels, but not cAMP levels, are increased. Loss of PDE2A-mediated cGMP hydrolysis leads to downregulation of NOTCH signaling. Vice versa, DLL4-induced NOTCH activation restores junctional maturation in PDE2A-deficient lymphatic endothelial cells. Our data demonstrate that PDE2A selectively modulates a crosstalk between cGMP and NOTCH signaling to finetune lymphatic development and suggest that PDE2A may be a druggable target to control lymphatic leakage and regeneration.