ABSTRACT Vascular dysfunction is a common cause of cardiovascular diseases characterized by the narrowing and stiffening of arteries, such as atherosclerosis, restenosis, and hypertension. Arterial narrowing results from the aberrant proliferation of vascular smooth muscle cells (VSMCs) and their increased synthesis and deposition of extracellular matrix (ECM) proteins. These, in turn, are modulated by arterial stiffness, but the mechanism for this is not fully understood. We found that survivin (an inhibitor of apoptosis) is an important regulator of stiffness-mediated ECM synthesis and intracellular stiffness in VSMCs. Whole-transcriptome analysis and cell culture experiments showed that survivin expression is upregulated in injured femoral arteries in mice and in human VSMCs cultured on stiff fibronectin-coated hydrogels. Suppressed expression of survivin in human VSMCs and mouse embryonic fibroblasts decreased the stiffness-mediated expression of ECM components implicated in arterial stiffness, namely, collagen-I, fibronectin, and lysyl oxidase. By contrast, expression of these proteins was upregulated by the overexpression of survivin in human VSMCs cultured on soft hydrogels. Atomic force microscopy analysis showed that suppressed or enhanced expression of survivin decreases or increases intracellular stiffness, respectively. These findings suggest a novel mechanism by which survivin modulates arterial stiffness.

SUMMARY Stiffened arteries are a pathology of atherosclerosis, hypertension, and coronary artery disease and a key risk factor for cardiovascular disease events. The increased stiffness of arteries triggers the hypermigration and hyperproliferation of vascular smooth muscle cells (VSMCs), leading to neointimal hyperplasia and accelerated neointima formation, but the mechanism of this trigger is not known. Our analyses of whole-transcriptome microarray data sets from mouse VSMCs cultured on stiff hydrogels simulating arterial pathology and from injured mouse femoral arteries revealed 80 genes that were differentially regulated (74 upregulated and 6 downregulated) relative to expression in control VSMCs cultured on soft hydrogels and in uninjured femoral arteries. A functional enrichment analysis revealed that these stiffness-sensitive genes are linked to cell cycle progression and proliferation. Furthermore, we found that survivin, a member of the inhibitor of apoptosis protein family, mediates stiffness-sensitive cell cycling and proliferation in vivo and in vitro as determined by gene network and pathway analyses, RT-qPCR, and immunoblotting. The stiffness signal is mechanotransduced via FAK and Rac signaling to regulate survivin expression, establishing a regulatory pathway for how the stiffness of the cellular microenvironment affects VSMC behaviors. Our findings indicate that survivin is necessary for VSMC cycling and proliferation and regulates stiffness-responsive phenotypes.