Estrogen-mediated protection of the vascular endothelium requires Notch1

Le donne prima della menopausa beneficiano della protezione del sistema cardiovascolare rispetto a donne già in menopausa e a uomini della stessa età. Gli estrogeni proteggono dall’apoptosi delle cellule endoteliali, una delle principali caratteristiche della disfunzione endoteliale, che porta a disordini cardiovascolari. I meccanismi molecolari sottesi a tale azione protettiva non sono ancora completamente conosciuti. La citochina pro-infiammatoria TNFα (tumor necrosis factor α) determina sia apoptosi delle cellule endoteliali, che de-regolazione del pathway di Notch, principale regolatore della sopravvivenza delle cellule endoteliali. In uno studio precedente, abbiamo evidenziato che, in cellule endoteliali umane, il trattamento con 17β-estradiolo (E2) è in grado di attivare il signaling di Notch. Sulla base dell’osservazione che E2 e TNFα hanno effetti opposti sia sull’apoptosi endoteliale che sul pathway di Notch, lo scopo di questo lavoro era quello di stabilire se, in condizioni infiammatorie, il pathway di Notch è coinvolto nella protezione dall’apoptosi endoteliale mediata da E2. Inoltre, abbiamo valutato il ruolo dei recettori estrogenici (ER) α e/o β nell’azione mediata da E2. Cellule endoteliali umane da vena di cordone ombelicale (HUVEC) sono state trattate con E2 e/o TNFα ed è stato valutato l’effetto sia sull’apoptosi che sui componenti del pathway di Notch. Abbiamo evidenziato che l’apoptosi indotta da TNFα è contrastata dal trattamento con E2. Inoltre, non si evidenzia alcun effetto protettivo da parte di E2 quando Notch1 è inibito, mentre l’ectopica over-espressione di Notch1 riduce l’apoptosi indotta da TNFα. Inoltre, il TNFα riduce i livelli di Notch1 attivo, che sono parzialmente ristabiliti dal trattamento con E2. Abbiamo visto, poi, che la fosforilazione di Akt, mediata da TNFα, avviene in presenza di Notch1 e il trattamento con E2 è in grado di esacerbare questo effetto. Inoltre, trattando le cellule con il siRNA diretto contro ERβ o con PHTPP (antagonista di ERβ) o con PPT (agonista di ER) si ha l’abolizione dell’effetto protettivo mediato da E2 sull’apoptosi e sui livelli di Notch1 attivo; al contrario, il trattamento con il siRNA diretto contro ER o con DPN (agonista di ERβ) non inibisce l’azione di E2 sull’apoptosi e sui livelli di Notch1. Riassumendo, i dati riportati mostrano che E2, attraverso un meccanismo che coinvolge ERβ, richiede la presenza di Notch1 attivo per proteggere l’endotelio vascolare. Tali evidenze potrebbero essere rilevanti per valutare l’efficacia e l’applicabilità del trattamento ormonale sostitutivo, poiché indicano che in soggetti con un alterato Notch signaling, dovuto a condizioni patologiche, la terapia ormonale potrebbe non fornire una efficace protezione dell’endotelio.

Premenopausal women benefit from cardiovascular protection compared to age-matched men. Estrogens exert a protective action against endothelial cells (ECs) apoptosis, one of the hallmarks of endothelial dysfunction leading to cardiovascular disorders, but the molecular mechanisms underlying this effect remain poorly understood. The inflammatory cytokine tumor necrosis factor α (TNFα) causes ECs apoptosis while dysregulating the Notch pathway, a major regulator of ECs survival. We have previously reported that treatment with 17β-estradiol (E2) activates Notch signaling in ECs. Based on the observation that TNFα and E2 have opposite effects both on ECs apoptosis and on Notch signaling, the aim of this study was to determine whether, under inflammatory conditions, Notch is involved in E2-mediated protection against endothelial cells apoptosis. With this aim, we evaluated also the possible role of estrogen receptor (ER) α and/or β in the E2-mediated action. Human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) were treated with E2 and/or TNFα and the effects on apoptosis and on the Notch pathway were investigated. We found that TNFα-induced apoptosis was counteracted by E2. When Notch1 was inhibited, the E2-mediated protection was not observed, whereas Notch1 ectopic overexpression diminished TNFα-induced apoptosis. In addition, TNFα reduced the levels of active Notch1 protein, which were partially restored by E2 treatment. Furthermore, we show that TNFα-mediated Akt phosphorylation is Notch1-dependent and E2 enhances this effect. Moreover, treatment with PHTPP (ERβ-antagonist) or with siRNA against ERβ or with PPT (ER-agonist) abolished E2’s effects on apoptosis and on active Notch1. Conversely, treatment with siRNA against ER or with DPN (ERβ-agonist) did not inhibit the E2-mediated effects on apoptosis and on active Notch1. In summary, the data reported indicate that E2, through a mechanism involving ERβ, requires active Notch1 to protect the vascular endothelium. These findings could be relevant when assessing efficacy and applicability of menopausal hormone treatment, since they indicate that in subjects with impaired Notch signaling, due to pathological conditions, hormone therapy might not provide an effective protection to the vascular endothelium.