Functional TRPV1 and TRPV4 channels in the murine renal vasculature

Abstract

Transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1) and 4 (TRPV4) cation channels promote endothelium-dependent relaxation of mouse mesenteric arteries. TRPV1-positive sensory nerves are widely distributed in the kidney. However, it is unknown what role TRPV1 and TRPV4 play in the renal vasculature, and it is unclear whether inhibition of these channels is detrimental in AKI or not. Here, the hypothesis was tested that TRPV1 and/or TRPV4 play a role in endothelium-dependent vasodilation of renal blood vessels, and the role of TRPV1 channels in I/R-induced AKI was examined. The distribution of functional TRPV1/4 along different segments of the renal vasculature was studied. Mesenteric arteries were examined as control vessels. In addition, KV7.1 voltage-gated potassium channels are expressed in renal arteries and have been suggested to evoke profound relaxation upon stimulation. Here, the hypothesis that KV7.1 channels control arterial tone was tested. The results showed that the TRPV1 agonist capsaicin relaxed mouse mesenteric arteries with an EC50 (the concentration of the drug that elicits a half-maximal response) of 25 nM, but relaxation of large mouse renal arteries or rat descending vasa recta was only observed at >100-fold higher concentrations. The TRPV4 agonist GSK1016790A relaxed large conducting renal arteries, mesenteric arteries, and vasa recta with EC50 of 18 nM, 63 nM, and approximately 10 nM, respectively. These effects were endothelium-dependent and inhibited by a TRPV4 antagonist, AB159908 (10 μM). Capsaicin and GSK1016790A produced vascular dilation in isolated mouse perfused kidneys at EC50 of 23 nM and 3 nM, respectively. R-L3 (a KV7.1 opener) produced concentration-dependent relaxation (EC50 of approximately 1.4 µM) of wild-type (Kcnq1+/+). This relaxation was not affected by chromanol-293B (KV7.1 inhibitor), HMR1556 (KV7.1 inhibitor), or XE991 (pan-KV7 blocker). Capsaicin ameliorated the outcome of AKI mice, as measured by serum creatinine levels, tubular damage, neutrophil gelatinase- associated lipocalin abundance, and Ly-6B.2 positive polymorphonuclear inflammatory cells in injured kidneys. These results demonstrate that TRPV1 has a narrow, discrete distribution in the resistance vasculature and that TRPV4 has a universal, widespread distribution along different vascular segments in mice. Activation of TRPV1 channels ameliorates I/R-induced AKI, but inhibition of these channels does not affect the outcome of AKI. KV7.1 channels are not required for the control of arterial tone by alpha1 adrenergic vasoconstrictors in the renal arteries of mice.

Transiente Rezeptorpotential Vanilloid 1- (TRPV1) und 4- (TRPV4) Kationenkanäle fördern die endothelabhängige Relaxation mesenterialer Arterien der Maus. TRPV1-positive sensorische Nerven sind in der Niere weit verbreitet. Unbekannt ist jedoch, welche Rolle TRPV1 und TRPV4 im renalen Gefäßsystem spielen und ob sich eine Hemmung dieser Kanäle nachteilig auf akute Nierenschädigung (AKI) auswirkt. Die untersuchte Hypothese war, dass TRPV1/4 eine Funktion bei der endothelabhängigen Vasodilatation von Nierenarterien haben und es wurde die Rolle von TRPV1-Kanälen in I/R-induziertem AKI untersucht. Die Verteilung funktioneller TRPV1/4-Kanäle in verschiedenen Segmenten des Nierengefäßsystems wurde untersucht. Mesenteriale Arterien dienten als Kontrollgefäße. Auch KV7.1-Kanäle (spannungsgesteuerte K+-Kanäle) werden in renalen Arterien exprimiert und es wurde vermutet, dass ihre Stimulation eine starke Relaxation erzeugt. Daher wurde weiterhin die Hypothese getestet, dass Kv1.7-Kanäle den arteriellen Tonus kontrollieren. Die Ergebnisse zeigen, dass der TRPV1-Agonist Capsaicin Maus-Mesenterialarterien mit einer EC50 (Konzentration der Substanz, die eine halbmaximale Reaktion hervorruft) von 25 nM, große Nierenarterien der Maus oder die absteigenden Vasa recta der Ratte jedoch erst bei >100-fach höherer Konzentration relaxierte. Der TRPV4-Agonist GSK1016790A relaxierte große Nierenarterien, Mesenterialarterien und Vasa recta mit einer EC50 von 18 nM, 63 nM bzw. ~10 nM. Diese Effekte waren endothelabhängig und wurden durch den TRPV4-Antagonisten AB159908 (10 μM) inhibiert. Capsaicin und GSK1016790A führten zu vaskulärer Dilatation bei isolierten perfundierten Nieren (Maus) mit einer EC50 von 23 nM bzw. 3 nM. Der KV7.1-Öffner R-L3 relaxierte konzentrationsabhängig Mesenterial- und Nierenarterien (EC50 ~1,4 μM) von Wildtyp-Mäusen (Kcnq1+/+). Diese Relaxation wurde durch die KV7.1-Inhibitoren Chromanol-293B und HMR1556 oder XE991 (pan-KV7-Blocker) nicht beeinflusst. Capsaicin milderte die Folgen von AKI bei Mäusen, analysiert durch Serum- Kreatinin-Spiegel, tubuläre Schäden, das Auftreten von Neutrophilen- Gelatinase-assoziierten Lipocalinen (NGAL) und Ly-6B.2-positiven polymorphonukleären inflammatorischen Zellen in geschädigten Nieren. Die Ergebnisse zeigen, dass TRPV1 eine enge, diskrete Verteilung in Widerstandsgefäßen und TRPV4 eine allgemeinere Verteilung entlang verschiedener Gefäßabschnitte bei Mäusen aufweist. Die Aktivierung von TRPV1-Kanälen verringert die Schäden bei I/R-induzierter AKI. KV7.1-Kanäle sind nicht erforderlich für die Kontrolle des arteriellen Tonus durch alpha1-adrenerge Vasokonstriktoren bei Nierenarterien in Mäusen.