BMP9 activates signaling through the BMPR-II receptor in endothelial cells and reverses established disease in three animal models of pulmonary hypertension, thus pointing to a potential new treatment for this disease. Genetic evidence implicates the loss of bone morphogenetic protein type II receptor (BMPR-II) signaling in the endothelium as an initiating factor in pulmonary arterial hypertension (PAH). However, selective targeting of this signaling pathway using BMP ligands has not yet been explored as a therapeutic strategy. Here, we identify BMP9 as the preferred ligand for preventing apoptosis and enhancing monolayer integrity in both pulmonary arterial endothelial cells and blood outgrowth endothelial cells from subjects with PAH who bear mutations in the gene encoding BMPR-II, BMPR2. Mice bearing a heterozygous knock-in allele of a human BMPR2 mutation, R899X, which we generated as an animal model of PAH caused by BMPR-II deficiency, spontaneously developed PAH. Administration of BMP9 reversed established PAH in these mice, as well as in two other experimental PAH models, in which PAH develops in response to either monocrotaline or VEGF receptor inhibition combined with chronic hypoxia. These results demonstrate the promise of direct enhancement of endothelial BMP signaling as a new therapeutic strategy for PAH.

In this paper, a hierarchical NiCo2S4@polypyrrole core-shell heterostructure nanotube array on Ni foam (NiCo2S4@PPy/NF) was successfully developed as a bind-free electrode for supercapacitors. NiCo2S4@PPy-50/NF obtained under 50 s PPy electrodeposition shows a low charge-transfer resistance (0.31 Ω) and a high area specific capacitance of 9.781 F/cm(2) at a current density of 5 mA/cm(2), which is two times higher than that of pristine NiCo2S4/NF (4.255 F/cm(2)). Furthermore, an asymmetric supercapacitor was assembled using NiCo2S4@PPy-50/NF as positive electrode and activated carbon (AC) as negative electrode. The resulting NiCo2S4@PPy-50/NF//AC device exhibits a high energy density of 34.62 Wh/kg at a power density of 120.19 W/kg with good cycling performance (80.64% of the initial capacitance retention at 50 mA/cm(2) over 2500 cycles). The superior electrochemical performance can be attributed to the combined contribution of both component and unique core-shell heterostructure. The results demonstrate that the NiCo2S4@PPy-50 core-shell heterostructure nanotube array is promising as electrode material for supercapacitors in energy storage.

Mutations in the bone morphogenetic protein type II receptor gene (BMPR2) are the major genetic cause of familial pulmonary arterial hypertension (FPAH). Although smooth muscle cell proliferation contributes to the vascular remodeling observed in PAH, the role of BMPs in this process and the impact of BMPR2 mutation remains unclear. Studies involving normal human pulmonary artery smooth muscle cells (PASMCs) suggest site-specific responses to BMPs. Thus, BMP-4 inhibited proliferation of PASMCs isolated from proximal pulmonary arteries, but stimulated proliferation of PASMCs from peripheral arteries, and conferred protection from apoptosis. These differences were not caused by differential activation of BMP signaling pathways because exogenous BMP-4 led to phosphorylation of Smad1, p38(MAPK), and ERK1/2 in both cell types. However, the proproliferative effect of BMP-4 on peripheral PASMCs was found to be p38MAPK/ERK-dependent. Conversely, overexpression of dominant-negative Smad1 converted the response to BMP-4 in proximal PASMCs from inhibitory to proliferative. Furthermore, we confirmed that proximal PASMCs harboring kinase domain mutations in BMPR2 are deficient in Smad signaling and are unresponsive to the growth suppressive effect of BMP-4. Moreover, we show that the pulmonary vasculature of patients with familial and idiopathic PAH are deficient in the activated form of Smad1. We conclude that defective Smad signaling and unopposed p38(MAPK)/ERK signaling, as a consequence of mutation in BMPR2, underlie the abnormal vascular cell proliferation observed in familial PAH.

MicroRNAs (miRNAs) are small noncoding RNAs that have the capacity to control protein production through binding "seed" sequences within a target mRNA. Each miRNA is capable of potentially controlling hundreds of genes. The regulation of miRNAs in the lung during the development of pulmonary arterial hypertension (PAH) is unknown.We screened lung miRNA profiles in a longitudinal and crossover design during the development of PAH caused by chronic hypoxia or monocrotaline in rats. We identified reduced expression of Dicer, involved in miRNA processing, during the onset of PAH after hypoxia. MiR-22, miR-30, and let-7f were downregulated, whereas miR-322 and miR-451 were upregulated significantly during the development of PAH in both models. Differences were observed between monocrotaline and chronic hypoxia. For example, miR-21 and let-7a were significantly reduced only in monocrotaline-treated rats. MiRNAs that were significantly regulated were validated by quantitative polymerase chain reaction. By using in vitro studies, we demonstrated that hypoxia and growth factors implicated in PAH induced similar changes in miRNA expression. Furthermore, we confirmed miR-21 downregulation in human lung tissue and serum from patients with idiopathic PAH.Defined miRNAs are regulated during the development of PAH in rats. Therefore, miRNAs may contribute to the pathogenesis of PAH and represent a novel opportunity for therapeutic intervention.

Despite improved understanding of the underlying genetics, pulmonary arterial hypertension (PAH) remains a severe disease. Extensive remodeling of small pulmonary arteries, including proliferation of pulmonary artery smooth muscle cells (PASMCs), characterizes PAH. MicroRNAs (miRNAs) are noncoding RNAs that have been shown to play a role in vascular remodeling.We assessed the role of miR-145 in PAH.We localized miR-145 in mouse lung to smooth muscle. Using quantitative PCR, we demonstrated increased expression of miR-145 in wild-type mice exposed to hypoxia. PAH was evaluated in miR-145 knockout and mice treated with anti-miRs via measurement of systolic right ventricular pressure, right ventricular hypertrophy, and percentage of remodeled pulmonary arteries. miR-145 deficiency and anti-miR-mediated reduction resulted in significant protection from the development of PAH. In contrast, miR-143 anti-miR had no effect. Furthermore, we observed upregulation of miR-145 in lung tissue of patients with idiopathic and heritable PAH compared with unaffected control subjects and demonstrated expression of miR-145 in SMC of remodeled vessels from such patients. Finally, we show elevated levels of miR-145 expression in primary PASMCs cultured from patients with BMPR2 mutations and also in the lungs of BMPR2-deficient mice.miR-145 is dysregulated in mouse models of PAH. Downregulation of miR-145 protects against the development of PAH. In patient samples of heritable PAH and idiopathic PAH, miR-145 is expressed in remodeled vessels and mutations in BMPR2 lead to upregulation of miR-145 in mice and PAH patients. Manipulation of miR-145 may represent a novel strategy in PAH treatment.

Rationale: Pulmonary arterial hypertension (PAH) is characterized by excessive proliferation and apoptosis resistance in pulmonary artery smooth muscle cells (PASMCs). Objective: We reasoned that chloroquine, based on its ability to inhibit autophagy and block lysosomal degradation of the bone morphogenetic protein type II receptor (BMPR-II), might exert beneficial effects in this disease. Methods and Results: PAH was induced in male Sprague–Dawley rats by administering monocrotaline. The induction of PAH was associated with changes in lung expression of LC3B-II, ATG5, and p62, consistent with increased autophagy, and decreased BMPR-II protein expression. Administration of chloroquine prevented the development of PAH, right ventricular hypertrophy, and vascular remodelling after monocrotaline, and prevented progression of established PAH in this model. Similar results were obtained with hydroxychloroquine. Chloroquine treatment increased whole lung and PASMC p62 protein levels consistent with inhibition of autophagy, and increased levels of BMPR-II protein. Chloroquine inhibited proliferation and increased apoptosis of PASMCs in vivo. In cultured rat PASMCs we confirmed that chloroquine both inhibited autophagy pathways and increased expression of BMPR-II protein via lysosomal inhibition. Consistent with the in vivo findings, chloroquine inhibited the proliferation and stimulated apoptosis of rat PASMCs in vitro, with no effect on endothelial cell proliferation or survival. Moreover, direct inhibition of autophagy pathways by ATG5 small interfering RNA knockdown inhibited proliferation of rat PASMCs. Conclusions: Chloroquine and hydroxychloroquine exert beneficial effects in experimental PAH. The mechanism of action includes inhibition of autophagy pathways and inhibition of lysosomal degradation of BMPR-II.