Role of Semaphorin 7A in Hypoxia

Abstract

Cellular hypoxia is the pathophysiological correlate of a variety of clinically important conditions such as shock, sepsis and acute inflammation. Hypoxia attenuates the epithelial and endothelial barrier function, leading to edema formation and to the extravasation of inflammatory cells. This is associated with the release of a variety of cytokines. Semaphorin (SEMA) 7A has the ability to modulate neurite extension and to alter the production of cytokines through activation of macrophages. SEMA7A actions are exerted through interaction with the alpha1beta1-integrin and the plexin C1 receptor. Given this, we hypothesized that SEMA7A might hold significant importance during hypoxic inflammation. In initial in vitro studies with endothelial HMEC-1 cells we found that hypoxia induces the expression of SEMA7A, mainly in the apical membrane. Moreover, experiments using promoter constructs, and hypoxia inducible factor-1alpha (HIF-1alpha) loss and gain of function revealed a crucial role of this transcription factor in regulating SEMA7A expression during hypoxia. Forced induction with a CMV based plasmid or siRNA targeted repression of SEMA7A reflected the importance of SEMA7A on the transmigration of polymorphonuclear cells (PMNs) through endothelial monolayers, respectively. In addition, using a murine model of hypoxia we were able to corroborate an in vivo induction of Sema7a in lungs, heart and liver during normobaric hypoxia. Further experiments with Sema7a-deficient mice (Sema7a-/-) demonstrated that vascular leakage and transmigration of PMNs during hypoxia is attenuated in Sema7a-/- mice compared to wild type controls. Taken together, our data demonstrate a novel role for semaphorin 7A in regulating the inflammatory response during hypoxia.

Zelluläre Hypoxie ist das pathophysiologische Korrelat einer Vielzahl von klinisch relevanten Zuständen wie Schock, Sepsis und akuten Entzündungen. Hypoxie schwächt die epitheliale und endotheliale Barrierefunktion, was zu Ödembildung und Extravasation von Entzündungszellen führt und mit der Freisetzung einer Vielzahl von Zytokinen verbunden ist. Semaphorin (SEMA) 7A hat die Fähigkeit, das Neuronenwachstum und die Produktion von Zytokinen durch eine Aktivierung der Makrophagen zu beeinflussen. Die Wirkung von SEMA7A wird über die Interaktion mit alpha1beta1-Integrin und dem Plexin C1-Rezeptor vermittelt. Basierend auf diesem Wissen vermuteten wir, dass SEMA7A eine erhebliche Bedeutung im hypoxischen Entzündungsgeschehen zukommen könnte. In ersten in vitro Studien mit Endothelzellen (HMEC-1-Zellen) fanden wir heraus, dass Hypoxie die Expression von endothelialem SEMA7A, vor allem an der apikalen Fläche dieser Zellen induziert. Darüber hinaus ergaben Experimente mit Promotor-Konstrukten und Hypoxie-induzierbaren Faktor-1alpha (HIF-1alpha) in Über- oder Unterexpression eine entscheidende Rolle dieses Transkriptionsfaktors bei der Regulierung der SEMA7A Expression während Hypoxie. Eine gezielte Induktion oder Repression von SEMA7A durch ein CMV-basiertes Plasmid beziehungsweise durch siRNA, zeigte den Einfluss von SEMA7A auf die Transmigration von polymorphkernigen Zellen (PMN) durch endotheliale Monolayer. Ferner konnten wir in einem Mausmodell bestätigen, dass es unter normobarer Hypoxie zu einer in vivo Induktion von Sema7a in Lunge, Herz und Leber kommt. Weitere Experimente mit Sema7a-defizienten Mäusen (Sema7a-/-) zeigten während Hypoxie einen verminderten vaskulären Ausstrom und eine Abnahme der Transmigration von PMNs im Vergleich zu den Wildtyp-Kontrollen. Zusammenfassend betrachtet belegt unser Datenmaterial eine neue Rolle von Semaphorin 7A bei der Regulierung von entzündlichen Reaktionen unter hypoxischen Bedingungen.