Platelets metabolize arachidonic acid to thromboxane A2, a potent platelet aggregator and vasoconstrictor compound. The first step of this transformation is catalyzed by prostaglandin (PG) G/H synthase, a target site for nonsteroidal antiinflammatory drugs. We have isolated the cDNA for both human platelet and human erythroleukemia cell PGG/H synthase using the polymerase chain reaction and conventional screening procedures. The cDNA encoding the full-length protein was expressed in COS-M6 cells. Microsomal fractions from transfected cells produced prostaglandin endoperoxide-derived products which were inhibited by indomethacin and aspirin. Mutagenesis of the serine residue at position 529, the putative aspirin acetylation site, to an asparagine reduced cyclooxygenase activity to barely detectable levels, an effect observed previously with the expressed sheep vesicular gland enzyme. Platelet-derived growth factor and phorbol ester differentially regulated the expression of PGG/H synthase mRNA levels in the megakaryocytic/platelet-like HEL cell line. The PGG/H synthase gene was assigned to chromosome 9 by analysis of a human--hamster somatic hybrid DNA panel. The availability of platelet PGG/H synthase cDNA should enhance our understanding of the important structure/function domains of this protein and its gene regulation.

Glutathione peroxidase, a selenium-containing enzyme, is believed to protect cells from the toxicity of hydroperoxides. The physiological role of this enzyme has previously been implicated mainly using animals fed with a selenium-deficient diet. Although selenium deficiency also affects the activity of several other cellular selenium-containing enzymes, a dramatic decrease of glutathione peroxidase activity has been postulated to play a role in the pathogenesis of a number of diseases, particularly those whose progression is associated with an overproduction of reactive oxygen species, found in selenium-deficient animals. To further clarify the physiological relevance of this enzyme, a model of mice deficient in cellular glutathione peroxidase (GSHPx-1), the major isoform of glutathione peroxidase ubiquitously expressed in all types of cells, was generated by gene-targeting technology. Mice deficient in this enzyme were apparently healthy and fertile and showed no increased sensitivity to hyperoxia. Their tissues exhibited neither a retarded rate in consuming extracellular hydrogen peroxide nor an increased content of protein carbonyl groups and lipid peroxidation compared with those of wild-type mice. However, platelets from GSHPx-1-deficient mice incubated with arachidonic acid generated less 12-hydroxyeicosatetraenoic acid and more polar products relative to control platelets at a higher concentration of arachidonic acid, presumably reflecting a decreased ability to reduce the 12-hydroperoxyeicosatetraenoic acid intermediate. These results suggest that the contribution of GSHPx-1 to the cellular antioxidant mechanism under normal animal development and physiological conditions and to the pulmonary defense against hyperoxic insult is very limited. Nevertheless, the potential antioxidant role of this enzyme in protecting cells and animals against the pathogenic effect of reactive oxygen species in other disorders remains to be defined. The knockout mouse model described in this report will also provide a new tool for future study to distinguish the physiological role of this enzyme from other selenium-containing proteins in mammals under normal and disease states.

Atherosclerosis may be viewed as an inflammatory disease process that includes early oxidative modification of LDLs, leading to foam cell formation. This "oxidation hypothesis" has gained general acceptance in recent years, and evidence for the role of lipoxygenases in initiation of, or participation in, the oxidative process is accumulating. However, the relative contribution of macrophage-expressed lipoxygenases to atherogenesis in vivo remains unknown. Here, we provide in vivo evidence for the role of 12/15-lipoxygenase in atherogenesis and demonstrate diminished plasma IgG autoantibodies to oxidized LDL epitopes in 12/15-lipoxygenase knockout mice crossbred with atherosclerosis-prone apo E-deficient mice (apo E-/-/L-12LO-/-). In chow-fed 15-week-old apo E-/-/L-12LO-/- mice, the extent of lesions in whole-aorta en face preparations (198 +/- 60 microm2) was strongly reduced (P < 0.001, n = 12) when compared with 12/15-lipoxygenase-expressing controls (apo E-/-/L-12LO+/+), which showed areas of lipid deposition (15,700 +/- 2,688 microm2) in the lesser curvature of the aortic arch, branch points, and in the abdominal aorta. These results were observed despite cholesterol, triglyceride, and lipoprotein levels that were similar to those in apo E-deficient mice. Evidence for reduced lesion development was observed even at 1 year of age in apo E-/-/L-12LO-/- mice. The combined data indicate a role for 12/15-lipoxygenase in the pathogenesis of atherosclerosis and suggest that inhibition of this enzyme may decrease disease progression.

We previously reported the identification of a locus on mouse chromosome 6 that confers almost total resistance to atherogenesis, even on a hypercholesterolemic (LDL receptor-null) background. 5-Lipoxygenase (5-LO) is the rate-limiting enzyme in leukotriene synthesis and was among the chromosome 6 locus candidate genes that we examined. The levels of 5-LO mRNA were reduced about 5-fold in a congenic strain, designated CON6, containing the resistant chromosome 6 region derived from the CAST/Ei strain (CAST), as compared with the background C57BL/6J (B6) strain. 5-LO protein levels were similarly reduced in the CON6 mice. Sequencing of the 5-LO cDNA revealed several differences between CON6 and the B6 strain. To test the whether 5-LO is responsible for the resistant phenotype, we bred a 5-LO knockout allele onto an LDL receptor-null (LDLR(-/-)) background. On this background, the mice bred poorly and only heterozygous 5-LO knockout mice were obtained. These mice showed a dramatic decrease (>26-fold; P<0.0005) in aortic lesion development, similar to the CON6 mice. Immunohistochemistry revealed that 5-LO was abundantly expressed in atherosclerotic lesions of apoE(-/-) and LDLR(-/-) deficient mice, appearing to colocalize with a subset of macrophages but not with all macrophage-staining regions. When bone marrow from 5-LO(+/-) mice was transplanted into LDLR(-/-), there was a significant reduction in atherogenesis, suggesting that macrophage 5-LO is responsible, at least in part, for the effect on atherosclerosis. These results indicate that 5-LO contributes importantly to the atherogenic process and they provide strong presumptive evidence that reduced 5-LO expression is partly responsible for the resistance to atherosclerosis in CON6 mice.

Deletion of vascular COX-2 predisposes mice to thrombosis and hypertension.