Nerve growth factor (NGF), a member of the neurotrophin (NT) superfamily, regulates key cellular functions in neurons including growth control, differentiation and survival. NGF is synthesized as proprotein pro nerve growth factor (proNGF) and processed by endoproteolytic cleavage via the proprotein convertase (PC) furin in the trans-Golgi network. Both the mature subunit β-NGF as well as proNGF are active ligands for different NT-receptors and elicit opposite cell functions by differing receptor binding. While β-NGF binds with high affinity to the tyrosine kinase receptor type 1 (TrkA) leading to cell survival and cell growth, binding of proNGF to a heterodimer of sortilin, a member of the Vps10p-domain receptor family, and p75-NT-receptor promotes apoptosis in neuronal cells. NTs also affect the cellular functions of cardiovascular cells. Studies demonstrated an expression of proNGF and NGF in proliferating vascular smooth muscle cells (VSMCs). VSMCs have a great impact on the initiation and progression of atherosclerosis through migration, proliferation, extracellular matrix production as well as synthesis of growth factors and cytokines in the arterial wall. The aim of the present study was to analyze the impact of the furin-dependent processing of proNGF to β-NGF on different VSMC functions. Our in vitro experiments demonstrate, first, that β-NGF-expression is upregulated in proliferating VSMCs, second, that the expression of furin and NGF is co-regulated and third, that furin is required for proNGF processing in VSMCs. Therefore, furin-inhibition increases proNGF-secretion and simultaneously reduces β-NGF-secretion in VSMCs. We found that β-NGF itself does not affect VSMC-proliferation, but promotes VSMC-migration via TrkA and phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B (PI3K/Akt) dependent integrin signaling. Furthermore, we showed that NGF induced VSMC-migration depends on processing of proNGF by furin. In contrast, stimulation of VSMCs with proNGF leads to apoptosis and not to migration or proliferation. Consequently, furin determines the balance between NGF and proNGF in VSMCs, thereby affecting survival, migration or apoptosis of VSMCs, likely contributing to the progression of atherosclerotic lesions.
Der nerve growth factor (NGF) gehört zur Familie der Neurotrophine (NTs), die in Neuronen Zellfunktionen wie Wachstum, Differenzierung und Zellviabilität beeinflussen. NGF wird als Proprotein pro nerve growth factor (proNGF) synthetisiert und mittels endoproteolytischer Spaltung durch die Proprotein Convertase (PC) Furin im trans- Golgi-Netzwerk aktiviert. Sowohl die aktive Untereinheit β-NGF als auch proNGF wirken als aktive Liganden für unterschiedliche NT-Rezeptoren und induzieren über die Bindung an ihre Rezeptoren gegensätzliche Zellfunktionen. β-NGF bindet mit hoher Affinität an den Tyrosinkinase-Rezeptor A (TrkA) und induziert Zellüberleben und Zellwachstum. ProNGF hingegen bindet an einen Rezeptorkomplex bestehend aus dem p75-NT-Rezeptor und dem Vps10p-Domänen-Rezeptor Sortilin und induziert hierdurch die Apoptose in neuronalen Zellen. NTs wirken auch auf Zellen des kardiovaskulären Systems. So wurden NGF und proNGF auch in proliferierenden glatten Gefäßmuskelzellen (vascular smooth muscle cells, VSMCs) nachgewiesen. VSMCs tragen durch Migration und Proliferation sowie durch die Synthese von extrazellulären Matrix-Molekülen, Zytokinen und Adhäsionsmolekülen maßgeblich zur Entstehung und Progression atherosklerotischer Läsionen bei. Die vorliegende Arbeit untersuchte die Wirkung einer Furin-abhängigen Aktivierung von proNGF zu β-NGF auf verschiedene Zellfunktionen von VSMCs. Mit Hilfe von in vitro Experimenten demonstrieren wir, dass die β-NGF-Expression in proliferierenden VSMCs durch Wachstumsfaktoren induziert werden kann. Die Expression von Furin, das proNGF zu β-NGF prozessiert, korreliert dabei mit der β-NGF-Expression. Dementsprechend führt die Furin-Inhibition zu einer gesteigerten proNGF-Sekretion in VSMCs bei gleichzeitig verringerter β-NGF-Sekretion. Des Weiteren zeigen wir im Rahmen dieser Arbeit, dass β-NGF keinen Einfluss auf die Proliferation von VSMCs hat, jedoch die Zellmigration via TrkA und Phosphoinositid-3-Kinase/Protein-Kinase B (PI3K/Akt) abhängigem Integrin-signaling fördert. Die NGF-induzierte Migration der VSMCs erfordert dabei eine Aktivierung von proNGF durch Furin. Im Gegensatz dazu führt die Stimulation von VSMCs mit proNGF zur Induktion von Apoptose und fördert nicht die Proliferation oder Migration der Zellen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit demonstrieren, dass Furin in proliferierenden VSMCs das Gleichgewicht von proNGF und NGF beeinflusst, darüber unterschiedliche Zellfunktionen wie Apoptose und Migration differentiell reguliert und so zur Entstehung und Progression von Atherosklerose beiträgt.
