Basement membrane stiffening promotes retinal endothelial activation associated with diabetes

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作者
Xiao Yang,Harry Scott,Finny Monickaraj,Jun Xu,Soroush Ardekani,Carolina Franco Nitta,Andrea Cabrera,Paul McGuire,U. Mohideen,Arup Das,Kaustabh Ghosh
出处
期刊:The FASEB Journal [Wiley]
卷期号:30 (2): 601-611 被引量:60
标识
DOI:10.1096/fj.15-277962
摘要

Endothelial activation is a hallmark of the high-glucose (HG)-induced retinal inflammation associated with diabetic retinopathy (DR). However, precisely how HG induces retinal endothelial activation is not fully understood. We hypothesized that HG-induced up-regulation of lysyl oxidase (LOX), a collagen-cross-linking enzyme, in retinal capillary endothelial cells (ECs) enhances subendothelial basement membrane (BM) stiffness, which, in turn, promotes retinal EC activation. Diabetic C57BL/6 mice exhibiting a 70 and 50% increase in retinal intercellular adhesion molecule (ICAM)-1 expression and leukocyte accumulation, respectively, demonstrated a 2-fold increase in the levels of BM collagen IV and LOX, key determinants of capillary BM stiffness. Using atomic force microscopy, we confirmed that HG significantly enhances LOX-dependent subendothelial matrix stiffness in vitro, which correlated with an ∼2.5-fold increase in endothelial ICAM-1 expression, a 4-fold greater monocyte-EC adhesion, and an ∼2-fold alteration in endothelial NO (decrease) and NF-κB activation (increase). Inhibition of LOX-dependent subendothelial matrix stiffening alone suppressed HG-induced retinal EC activation. Finally, using synthetic matrices of tunable stiffness, we demonstrated that subendothelial matrix stiffening is necessary and sufficient to promote EC activation. These findings implicate BM stiffening as a critical determinant of HG-induced retinal EC activation and provide a rationale for examining BM stiffness and underlying mechanotransduction pathways as therapeutic targets for diabetic retinopathy.
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