Helium-mediated regulation of endothelial permeability : involvement of Caveolin-1, VE-Cadherin and Connexin-43

Background: Recent studies suggested that helium is able to protect the heart against ischemia/reperfusion injury. We have recently shown that helium attenuates permeability of monolayers of HUVEC and that helium leads to decreased intra-cellular protein levels of caveolin-1 (Cav-1). Nevertheless, the underlying cellular and molecular mechanisms and the precise role of Cav-1 in helium-mediated regulation of endothelial barrier integrity are still unclear. We therefore investigated whether Cav-1 is involved in helium-mediated stabilization of the endothelial barrier and whether the expression of the key junctional molecules vascular endothelial-cadherin (VE-cadherin) and connexin-43 (Cx43) is regulated by helium and might be involved in the effects of helium on the endothelial barrier function. Methods: HUVEC were either exposed to 20 min of helium or control gas. Permeability was measured using confluent monolayers of HUVEC on microporous membranes and FITC-BSA flow through. To investigate if the effects of helium on the endothelial barrier function are related to Cav-1, HUVEC were transfected with Cav-1 siRNA prior to helium application. Expression of VE-cadherin and Cx43 was analyzed by western blotting. Results: While helium attenuated permeability of HUVEC monolayers in non-transfected HUVEC, effects of helium on cell permeability were abrogated in Cav-1 siRNA transfected HUVEC, suggesting a key role of Cav-1 in endothelial permeability. In the helium group, protein analyses in cell lysates showed a significantly higher expression of VE-cadherin and Cx43 at 6 and 12 hours. Transfecting HUVEC with Cav-1 siRNA abolished the effect of helium on VE-cadherin and Cx43 expression, pointing towards a role of Cav-1 in the helium-induced alteration of junctional molecule expression. Conclusion: Our findings suggest that Cav-1 is involved in the helium-mediated attenuation of HUVEC permeability and in the helium-mediated increase in the expression of VE-cadherin and Cx43.

Hintergrund: Wir zeigten kürzlich, dass Helium die Permeabilität von HUVEC-Monolayers und die intrazellulären Proteinspiegel von Caveolin-1 (Cav-1) verringert. Dennoch sind die zugrundeliegenden zellulären und molekularen Mechanismen und die genaue Rolle von Cav-1 bei der Helium-vermittelten Regulation der Endothelbarriere noch unklar. Wir untersuchten daher, ob Cav-1 an der Helium-vermittelten Stabilisierung der endothelialen Barrierefunktion beteiligt ist und ob die Expression von VE-Cadherin und Connexin-43 (Cx43) durch Helium reguliert wird und möglicherweise an der Wirkung von Helium auf die endotheliale Barrierefunktion beteiligt ist. Methoden: HUVEC wurden entweder mit 20 min Helium oder Kontrollgas behandelt. Die Permeabilität wurde mittels konfluenter HUVEC-Monolayers auf mikroporösen Membranen und FITC-BSA Durchflusses gemessen. Um zu untersuchen, ob die Auswirkungen von Helium auf die endotheliale Barrierefunktion von Cav-1 abhängig sind, wurden HUVEC vor der Heliumapplikation mit Cav-1-siRNA transfiziert. Die Expression von VE-Cadherin und Cx43 wurde durch Western Blot gemessen. Ergebnisse: Während Helium die Permeabilität von HUVEC-Monolayers in nicht transfizierten HUVEC verminderte, wurde die Wirkung von Helium auf die Permeabilität in Cav-1-siRNA-transfizierten HUVEC aufgehoben, was auf eine Schlüsselrolle von Cav-1 für die Endothelpermeabilität hindeutet. In der Heliumgruppe zeigten Proteinanalysen von Zelllysaten eine signifikant höhere Expression von VE-Cadherin und Cx43 nach 6 und 12 Stunden. Die Transfektion von HUVEC mit Cav-1-siRNA hob die Wirkung von Helium auf die Expression von VE-Cadherin und Cx43 auf und wies auf eine Rolle von Cav-1 bei der Helium-induzierten Regulation der Expression von VE-Cadherin und Cx43 hin. Schlussfolgerung: Unsere Ergebnisse legen nahe, dass Cav-1 an der Helium-vermittelten Verminderung der endothelialen Permeabilität und erhöhten Expression von VE-Cadherin und Cx43 beteiligt ist.


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