Deciphering the Involvement of Circadian Rhythm Genes CLOCK and BMAL1 in Vascular Endothelial Dysfunction

Abstract

Skiftarbeid, og da spesielt nattarbeid, er assosiert med negative helseeffekter, som økt risiko for fedme, type 2-diabetes og kardiovaskulære sykdommer. Dette kan til dels være forårsaket av forstyrrelser av kroppens indre klokke, som opprettholdes av de suprachiasmatiske kjernene (SCN) i hjernen og av døgnrytme-gener, inkludert CLOCK og BMAL1. Økt forståelse av funksjonen til døgnrytme-gener i vaskulære endotelceller kan gi viktig informasjon om hvordan nattarbeid, gjennom forstyrrelse av døgnrytmen, kan øke risikoen for kardiovaskulære sykdommer.

Formålet med denne studien var å undersøke om døgnrytme-genene CLOCK og BMAL1 kan påvirke funksjoner hos endotelceller som er viktige ved utviklingen av kardiovaskulære sykdommer. Vi brukte EA.hy926, en human vaskulær endotelcellelinje, i våre eksperimenter og nedregulerte genuttrykket av CLOCK- og BMAL1 ved bruk av siRNA. Effektene av å redusere uttrykket av disse døgnrytme-genene på viktige endotelcellefunksjoner som migrasjon og angiogenese ble undersøkt.

Våre funn viste at siRNA-mediert nedregulering av CLOCK og BMAL1 ikke påvirket endotelcellenes viabilitet. Vi fant imidlertid redusert cellemigrasjon og høyere ICAM1-ekspresjon etter nedregulering av CLOCK alene og i kombinasjon med BMAL1. Disse funnene i EA.hy926-celler indikerer en kritisk rolle for døgnrytme-gener i regulering av angiogenese. Dessuten antyder funnene at døgnrytme-gener kan være viktige i reguleringen av leukocyttadhesjon. Ingen signifikante forandringer i cellemigrasjon og ICAM1 uttrykk ble observert i celler hvor BMAL1 var nedregulert. I rørformasjonstesten viste CLOCK-, BMAL1- og dobbelt-nedregulerte celler økt evne til angiogenese. Våre funn understreker viktigheten av CLOCK og BMAL1 i å opprettholde homeostasen i endotelceller. Forstyrrelsen av disse genene kan forårsake endringer i migrasjonsmønstre, adhesjonsmolekyluttrykk og angiogenese, som kan være viktige i utviklingen av kardiovaskulære sykdommer. Denne studien gir derfor innsikt i mulige mekanismer som kan forklare hvordan forstyrrelse av døgnrytme kan bidra til en økt risiko for kardiovaskulære sykdommer.

Shift work, especially work at night, is a major concern in modern society since it has adverse effects on health, including an increased risk of developing obesity, type 2 diabetes, and cardiovascular disease. This may be partly caused by a disruption of the body’s internal clock, which is maintained by clusters of neurons in the brain known as suprachiasmatic nuclei (SCN) and certain clock genes, including CLOCK and BMAL1. Understanding the function of the clock genes in vascular endothelial cells can provide insightful information into how night shift work through circadian disruption can increase the risk of cardiovascular disease (CVD).

The purpose of this research was to investigate whether there is an association between the clock genes such as CLOCK and BMAL1 and endothelial functions related to CVD. We used the EA.hy926 human vascular endothelial cell line for our analyses and silenced CLOCK and BMAL1 expressions using the siRNA technique. Effects of circadian gene knockdown on crucial endothelial cell functions such as migration and angiogenesis were studied.

Our findings revealed that siRNA transfection did not affect cell viability, as determined by LDH measurements. After the knockdown of CLOCK alone and in combination with BMAL1, a reduced cell migration rate and higher ICAM1 expression were observed in EA.hy926 cells compared to controls. Reduction in cell migration rate and upregulation of ICAM1 expression in EA.hy926 cells indicates a critical role of circadian genes in angiogenesis, which is important in the development of CVD. These findings also suggest that circadian genes may be important in regulating leukocyte adhesion. However, the effect of BMAL1 knockdown in cell migration and ICAM1 expression was not significant. In the tube formation assay, the angiogenesis was higher in CLOCK, BMAL1 and double knockdown cells compared to the negative control. Our findings highlight the importance of CLOCK and BMAL1 in maintaining the homeostasis of endothelial cells. The disruption of these genes can cause alterations in migration patterns, adhesion molecule expression, and angiogenesis, which may be important in the development of CVD. Therefore, this study sheds light on possible mechanisms by which the disruption of circadian rhythms may contribute to an increased risk of cardiovascular diseases.