Prediction of Metabolic Flux Differences Across Flow Conditions in Endothelial Cells

Abstract

Endothelial cells (ECs) play a crucial role in vascular health, with their metabolic states dictating transitions between quiescent and angiogenic phases. Despite known influences of biophysical cues like shear stress from blood flow on EC biology. comprehensive insights into how flow regimes modulate EC metabolism remain elusive. Addressing this gap, our study employs genome-scale metabolic models (GEMs) generated through the application of the rFASTCORMICS approach, refined by the integration of transcriptomics and metabolomics data. This novel methodology elucidates the detailed impact of flow on EC metabolic states. Our results uncover significant alterations in the TCA cycle, branched-chain amino acids, eicosanoids, glutamine, and glutamate metabolism, providing new insights linked to the pathogenesis of vascular diseases. These findings not only advance our understanding of endothelial metabolism under varying flow conditions but also offer potential pathways for therapeutic intervention.

Æðaþelsfrumur (e. Endothelial cells, EC) gegna lykilhlutverki í blóðrásarkerfinu þar sem efnaskiptaferli þeirra hafa áhrif á umbreytingu úr kyrrstæðufasa (e. quiescence) yfir í æðarmyndunarfasa. Enn skortir heildstæða sýn á það hvernig efnaskiptum æðaþelsfrumna er stjórnað af mismunandi tegundum æðarflæðis, þrátt fyrir góðan skilning á lífeðlisfræðilegum áhrifaþáttum á blóðflæði. Markmið þessarar rannsóknar er að fylla í þekkingareyður með notkun efnaskiptalíkana á erfðamengisskala (e. Genome-scale metabolic models, GEMs) sem búin eru til með hjálp rFASTCORMICS -nálgunarinnar studdrar af gögnum úr umritunar- og efnaskiptamengjum. Þessi nýja aðferðafræði afhjúpar í smáatriðum áhrif blóðflæðis á efnaskiptaástand æðaþelsfrumna. Niðurstöður okkar sýna fram á marktækar breytingar í sítrónusýruhringnum (TCA), greinóttum amínósýrum, eikosanóíðum, glútamíni og glútamati, sem varpar ljósi á myndun æðasjúkdóma. Þessar niðurstöður dýpka skilning okkar á efnaskiptaferlum æðaþelsfrumna undir mismunandi blóðflæði auk þess sem þær gefa góða vísbendingu um þau efnaskipti sem gætu skipt hvað mestu máli í meðferðum framtíðarinnar.