Koregulation der Angiogenese durch Blutströmung: hämorheologische Aspekte der Expressionsregulation der Angiogenese- modulierenden Faktoren ADAMTS1, Angiopoietin-2 und Interleukin-8

Abstract

Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der strömungsabhängigen Expressionsregulation des antiangiogenen Faktors ADAMTS1 und des angiogenen Faktors Angiopoietin-2 in Endothelzellen in vitro und in vivo. ADAMTS1 wurde durch Strömung Zeit- und Kraft-abhängig induziert, Angiopoietin-2 dagegen supprimiert. Phospholipase C, Phosphoinositol-3-Kinase, eNOS und FoxO1 waren an der Expressionsregulation von ADAMTS1 beteiligt. Phosphoinositol-3-Kinase, Akt und FoxO1 waren an der Expressionsregulation von Angiopoietin-2 beteiligt. Im Bereich von 20-100 mmHg war die Expression von ADAMTS1 darüber hinaus direkt mit dem Sauerstoffpartialdruck korreliert. Der antiangiogene Effekt von ADAMTS1 wurde durch ein 70 kDa Fragment von Thrombospondin-1 vermittelt. Im scratch wound assay war der Verschluß des Zelldefektes unter Medium von strömungsbehandelten Zellen verzögert. Dieser Effekt wurde durch Blockung (siRNA) von ADAMTS1 teilweise und Blockung von TSP1 vollständig aufgehoben. Sprossende Kapillaren in Totalpräparaten des Rattenmesenteriums ließen sich für Angiopoietin-2, nicht jedoch für ADAMTS1 anfärben. Dagegen waren reife, perfundierte Blutgefäße positiv für ADAMTS1 dessen Expression darüber hinaus mit der intravitalmikrokopisch gemessenen Wandschubspannung dieser Gefäße eng korreliert war. LDL mit niedrigem oxLDL/LDL Quotienten induzierte die Expression von Zinkfingerprotein 580, welches seinerseits die Expression von IL-8 supprimierte. Einer Hemmung von ZNF580 (siRNA) folgte ein Anstieg der Adhäsion von Monozyten am Endothel. Zusammenfassend sprechen die Ergebnisse dieser Arbeit für eine strömungsregulierte Synthese von ADAMTS1 und Angiopoietin-2 in Endothelzellen und den Einfluß des Transkriptionsfaktors ZNF580 auf die Expressionsregulation von IL-8. Die hier untersuchten Mechanismen werden daher eine Rolle spielen für die Steuerung des Wachstums von Blutgefäßen in vivo und die Initiierung der Atherosklerose.

This study aimed at analyzing blood flow-dependent effects on the expression regulation of ADAMTS1 and angiopoietin-2 in endothelial cells. ADAMTS1 is a putative inhibitor of angiogenesis while angiopoietin-2 promotes angiogenesis. Expression of ADAMTS1 was strongly induced by flow-elicited shear stress acting on endothelial cells both on the mRNA- and the protein level. This induction was time- and shear stress-dependent. Activation of phospholipase C, phosphoinositol-3-kinase, and generation of nitric oxide were all likewise necessary to induce the flow-dependent increase in ADAMTS1 with a small contribution of down-regulation of FoxO1. By contrast to ADAMTS1, angiopoietin-2 was reduced by shear stress. This reduction was transmitted via the phosphoinositol-3-kinase-Akt-FoxO1-pathway. In addition to shear stress, increasing oxygen pressure between 20-100 mmHg similarly increased ADAMTS1. Looking for anti-angiogenic mechanisms of ADAMTS1 revealed an increase of a thrombospondin-1 fragment (70 kDa) in shear stress-treated endothelial cells in an ADAMTS1-dependent manner. According to this, scratch wound closure (using the scratch wound assay) was delayed with shear stress-treated cells conditioned medium. This delay was partly abolished if ADAMTS1 was knocked down with specific siRNA and it was completely absent if TSP1 was knocked down. In vivo, sprouting capillaries stained positive for angiopoietin-2 and negative for ADAMTS1. Moreover, ADAMTS1 staining of mature blood vessels correlated with the amount of shear stress measured by means of intravital microscopy. LDL with only minute parts of oxLDL (low oxLDL/LDL ratio) induced the expression of a new zink finger protein (ZNF580) which in turn suppressed the expression of interleukin 8. Consequently, MonoMac6 adhesion to endothelial cells was enhanced if ZNF580 was knocked down (siRNA). Taken togehter, the data presented here demonstrate shear stress-dependent endothelial cell mechanisms for the regulation of angiogenesis and the control of atherosclerosis.