Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a progressive and potentially a rapidly fatal disease characterized by vasoconstriction and remodeling of small pulmonary arteries (PA) leading to increased pulmonary vascular resistance and right heart failure. Central to the remodeling process is a switch of the smooth muscle cells in small PAs (PASMC) to a proliferative, apoptosis-resistant phenotype. There is reason to suspect that the plasminogen activator system may play an important role in the remodeling program in PAH based on its roles in vascular post-injury restenosis, fibrosis, angiogenesis and tumorigenesis. Plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1) is the primary physiological inhibitor of the plasminogen activators - urokinase-type and tissue-type (uPA and tPA, respectively). Immunohisto- chemical and immunoblot analyses revealed that PAI-1 was deficient in smooth muscle areas of small remodeled PAs and early-passage PASMC from subjects with PAH compared to non-PAH controls. PAI1-/- male and female mice developed spontaneous pulmonary vascular remodeling and pulmonary hypertension (PH) as evidenced by significant increase in PA medial thickness, systolic right ventricular pressure, and right ventricular hypertrophy. Lastly, the uPA inhibitors upamostat (WX-671) and amiloride analog BB2-30F down-regulated mTORC1 and SMAD3, restored PAI-1 levels, reduced proliferation, and induced apoptosis in human PAH PASMC. We examined the effect of inhibition of uPA catalytic activity by BB2-30F on the development of SU5416/Hypoxia (SuHx)-induced PH in mice. Vehicletreated SuHx-exposed mice had up-regulated mTORC1 in small PAs, developed pulmonary vascular remodeling and PH, as evidenced by significant increase of PA MT, sRVP, RV hypertrophy, and a significant decrease in the pulmonary artery acceleration time/pulmonary ejection time (PAAT/PET) ratio compared to age- and sex-matched normoxia controls, whereas BB2-30F-treated group was protected from all these pathological changes. Taken together, our data strongly suggest that PAI-1 down- regulation in PASMC from human PAH lungs promotes PASMC hyper-proliferation, remodeling, and spontaneous PH due to unopposed uPA activation. Further studies are needed to determine the potential benefits of targeting the PAI-1/uPA imbalance to attenuate the progression and/or reverse pulmonary vascular remodeling and PH.

Abstract Objective Pulmonary hypertension (PH) is a cardiopulmonary disease manifesting in increased pulmonary arterial pressure and right ventricular dysfunction. PH pathogenesis involves extensive pulmonary vascular remodeling precipitated, at least in part, by endothelial reprogramming. Mounting evidence points to endothelial-to-mesenchymal transition (EndMT) as an important potentiator of endothelial reprogramming in PH, yet progress in dissecting these processes remains limited. Approach and Results Lung samples from pulmonary arterial hypertension (PAH) patients and two rodent models of PH were used. Expression of the scaffolding protein ezrin-radixin-moesin-binding phosphoprotein 50 (EBP50, or NHERF1) was downregulated in PAH patient pulmonary arteries and isolated pulmonary arterial endothelial cells (PAECs), and in PH animal lung tissue and mouse isolated PAECs. In human PAECs in vitro, EBP50 was downregulated by PH-relevant stimuli, hypoxia and proinflammatory cytokine interleukin-1 beta (IL-1β). Phenocopy of EBP50 reduction in PAECs time-dependently increased expression and nuclear abundance of EndMT transcription factors Snail and Zeb1, and potentiated hypoxia-driven upregulation of Slug. Loss of EBP50 also drove expression of mesenchymal markers S100A4, fibronectin, N-cadherin, and transgelin (SM22), and inhibited cell proliferation and barrier function. In vivo studies on female EBP50 +/- mice demonstrated that downregulation of EBP50 exacerbated the chronic hypoxia-induced rise in RV maximum pressure. Conclusions These data identify EBP50 as a key regulator of EndMT in PH whose expression is downregulated in PH patient pulmonary endothelium and whose partial deletion exacerbates PH disease manifestations in rodents, opening doors for future therapeutic strategies to target EBP50 restoration to reverse PH.

Abstract The pathogenesis of Wilson disease (WD) is multi-factorial, involving hepatic and brain copper accumulation due to pathogenic variants affecting the ATP7B gene and downstream epigenetic and metabolic mechanisms. Prior DNA methylation investigations in human WD liver and blood and in a WD mouse model revealed an epigenetic signature of WD, including alterations in the histone deacetylase HDAC5. To test the hypothesis that histone acetylation is altered with respect to copper overload and aberrant DNA methylation in WD, we investigated class IIa histone deacetylases (HDAC4 and HDAC5) and H3K9/H3K27 histone acetylation in the Jackson Laboratory toxic milk (tx-j) mouse model of WD compared to C3HeB/FeJ (C3H) control in response to 3 treatments: 60% kcal fat diet (HFD), D-penicillamine (PCA, copper chelator), and choline (methyl group donor). HDAC5 levels significantly increased in 9-week tx-j livers after 8 days of HFD compared to chow. In 24-week tx-j livers, HDAC4/5 levels were reduced 5- to 10-fold compared to C3H likely through mechanisms involving HDAC phosphorylation. HDAC4/5 levels were also affected by disease progression and accompanied by increased acetylation. PCA and choline partially restored HDAC4, HDAC5, H3K9ac, and H3K27ac levels to that of CH3 liver. Integrated RNA and chromatin immunoprecipitation sequencing analyses revealed genes regulating energy metabolism and cellular stress/development were, in turn, regulated by histone acetylation in tx-j mice compared to C3H, with Pparα and Pparγ among the most relevant targets. These results suggest dietary modulation of class IIa HDAC4/5, and subsequent H3K9/H3K27 acetylation/deacetylation, can regulate gene expression in key metabolic pathways in the pathogenesis of WD. Significance Statement Wilson disease is considered a monogenic disease caused by pathogenic variants in the ATP7B copper transporter, resulting in hepatic and brain copper accumulation. Given the lack of genotype-phenotype correlation, evidence of epigenetic and metabolic mechanisms regulating phenotype in patients and in animal models could explain the high phenotype variability observed in WD. In this study, we identify class IIa histone deacetylases as players involved in the epigenetic regulation of key metabolic pathways that can affect WD severity as well as targets sensitive to dietary modulations, which is an important characteristic for designing effective and feasible therapies. Understanding the epigenetic mechanisms in WD pathogenesis contributes to a better understanding of the phenotypic variability in WD and other common liver conditions.

Abstract Increased proliferation and survival of resident cells in small pulmonary arteries (PA) are important drivers of pulmonary hypertension (PH). Tuberous sclerosis complex 2 (TSC2) is a negative regulator of mTOR complex 1 and cell growth. Here we show that TSC2 is deficient in small remodeled PA/PA vascular smooth muscle cells (PAVSMC) from human PAH and experimental PH lungs. TSC2 deficiency was reproduced in vitro by maintaining PAVSMC on pathologically stiff substrates and was required for stiffness-induced proliferation, accumulation of transcriptional co-activators YAP/TAZ and up-regulation of mTOR. Depletion of TSC2 reproduced PH features in vitro in human PAVSMC and in vivo in SM22-Tsc2+/− mice. TSC2 loss in PAVSMC was supported by YAP and led to the up-regulation of YAP/TAZ and mTOR via modulating the extracellular matrix (ECM) composition. ECM, produced by TSC2-deficient PAVSMC, promoted growth of non-diseased PA adventitial fibroblasts and PAVSMC, which, in turn, was prevented by α5β1 integrin receptor antagonist ATN161. In vitro , molecular and pharmacological (SRT2104) restoration of TSC2 down-regulated YAP/TAZ, mTOR, and ECM production, inhibited proliferation and induced apoptosis in human PAH PAVSMC. In vivo , orally administrated SRT2104 restored TSC2, resolved pulmonary vascular remodeling, PH, and improved right heart in two rodent models of PH. Thus, PAVSMC TSC2 is a critical integrator of ECM composition and stiffness with pro-proliferative signaling and PH, and the restoration of functional TSC2 could be an attractive therapeutic option to treat PH. One Sentence Summary TSC2 acts as mechanosensor and mechanotransducer, integrating ECM composition and stiffness with pro-proliferative signaling in pulmonary vasculature; its deficiency in PA vascular smooth muscle cells results in ECM remodeling, hyper-proliferation and pulmonary hypertension, which could be reversed by pharmacological restoration of functional TSC2.