ROS-induced ROS release orchestrated by Nox4, Nox2, and mitochondria in VEGF signaling and angiogenesis

氮氧化物4 线粒体ROS NADPH氧化酶 血管生成 细胞生物学 活性氧 磷酸化 线粒体 化学 信号转导 胞浆 生物 生物化学 癌症研究
作者
Youngmee Kim,Seok Jo Kim,Ryosuke Tatsunami,Hisao Yamamura,Tohru Fukai,Masuko Ushio-Fukai
出处
期刊:American Journal of Physiology-cell Physiology [American Physiological Society]
卷期号:312 (6): C749-C764 被引量:148
标识
DOI:10.1152/ajpcell.00346.2016
摘要

Reactive oxygen species (ROS) derived from NADPH oxidase (NOX) and mitochondria play a critical role in growth factor-induced switch from a quiescent to an angiogenic phenotype in endothelial cells (ECs). However, how highly diffusible ROS produced from different sources can coordinate to stimulate VEGF signaling and drive the angiogenic process remains unknown. Using the cytosol- and mitochondria-targeted redox-sensitive RoGFP biosensors with real-time imaging, here we show that VEGF stimulation in human ECs rapidly increases cytosolic RoGFP oxidation within 1 min, followed by mitochondrial RoGFP oxidation within 5 min, which continues at least for 60 min. Silencing of Nox4 or Nox2 or overexpression of mitochondria-targeted catalase significantly inhibits VEGF-induced tyrosine phosphorylation of VEGF receptor type 2 (VEGFR2-pY), EC migration and proliferation at the similar extent. Exogenous hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) or overexpression of Nox4, which produces H 2 O 2 , increases mitochondrial ROS (mtROS), which is prevented by Nox2 siRNA, suggesting that Nox2 senses Nox4-derived H 2 O 2 to promote mtROS production. Mechanistically, H 2 O 2 increases S36 phosphorylation of p66Shc, a key mtROS regulator, which is inhibited by siNox2, but not by siNox4. Moreover, Nox2 or Nox4 knockdown or overexpression of S36 phosphorylation-defective mutant p66Shc(S36A) inhibits VEGF-induced mtROS, VEGFR2-pY, EC migration, and proliferation. In summary, Nox4-derived H 2 O 2 in part activates Nox2 to increase mtROS via pSer36-p66Shc, thereby enhancing VEGFR2 signaling and angiogenesis in ECs. This may represent a novel feed-forward mechanism of ROS-induced ROS release orchestrated by the Nox4/Nox2/pSer36-p66Shc/mtROS axis, which drives sustained activation of angiogenesis signaling program.
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