PML und Smyd1: potentielle Mediatoren chronischer Gefäßerkrankungen

Abstract

Die meisten Todesfälle weltweit sind auf chronische Herz-Kreislauferkrankungen, insbesondere die Arteriosklerose zurückzuführen. Funktionseinschränkungen des Endothels spielen im Rahmen systemischer Erkrankungen wie Diabetes Mellitus Typ 2 und arterielle Hypertonie für Entstehen und Fortschreiten atherosklerotischer Veränderungen eine zentrale Rolle. Davon sind nicht nur die Endothelzellen selbst, sondern ebenso die Interaktion mit ihrer unmittelbaren Umgebung betroffen. In der vorliegenden Arbeit wurden endotheliale Funktionseinschränkungen unter Verwendung struktureller und molekularer Methoden in drei Teilprojekten charakterisiert: 1. Durch morphometrische Analyse elektronenmikroskopischer Bilder wurde gezeigt, dass Kapillaren der Skelettmuskulatur eine diskontinuierliche proteolytische Auflösung der Basalmembran zwischen Endothel und Perizyten bei Patienten mit Diabetes Mellitus aufweisen. 2. Mittels vergleichendem Immunblotting wurde nachgewiesen, dass das PML-Protein in Plaque-haltigen Segmenten humaner Koronararterien deutlich höher konzentriert ist als in nicht-Plaque-haltigen Segmenten. 3. In Endothelzellen wurde mit einander ergänzenden Methoden eine molekulare Interaktion zwischen Smyd1 und PML belegt. Diese Wechselwirkung basierte auf einer PML-vermittelten posttranslationalen Modifikation, der SUMOylierung von Smyd1. Die SUMOylierte Form von Smyd1 wurde vermehrt dem proteasomalen Abbau zugeführt. Umgekehrt kam es in Smyd1-überexprimierenden Endothelzellen zu erhöhten PML-Konzentrationen und größeren sowie zahlreicheren PML-Kernkörperchen (PML-NBs). Folglich bestand ein selbstregulierendes Gleichgewicht zwischen Smyd1-induzierter PML-Expression und PML-vermitteltem Abbau von Smyd1. Dieses Gleichgewicht konnte durch Inkubation der Endothelzellen mit TNF-α oder IFN-γ in spezifischer Weise verschoben werden: Mit TNF-α-stimulierte Zellen enthielten mehr Smyd1 und weniger PML, während IFN-γ in den Endothelzellen (ECs) mehr und größere PML-NBs induzierte, wodurch SUMOyliertes Smyd1 vermehrt dem proteasomalem Abbau zugeführt wurde. Das PML-Smyd1-Modul ist folglich auf der Ebene der posttranslationalen und der epigenetischen Regulationsmechanismen in die Reaktion des Endothels auf Entzündungsmediatoren einbezogen.

Most deaths worldwide are due to chronic cardiovascular disease, especially arteriosclerosis. Functional restrictions of the endothelium play a central role in the development and progression of atherosclerotic changes in the context of systemic diseases such as type 2 diabetes mellitus and arterial hypertension. This affects not only the endothelial cells themselves, but also the interaction with their immediate environment. In the present work, endothelial functional restrictions were characterized using structural and molecular methods in three sub-projects: 1. By morphometric analysis of electron microscopic images it was shown that capillaries of the skeletal muscles exhibit a discontinuous proteolytic dissolution of the basement membrane between the endothelium and pericytes in patients with diabetes mellitus. 2. Using comparative immunoblotting it was demonstrated that the PML protein is significantly more concentrated in plaque-containing segments of human coronary arteries than in non-plaque-containing segments. 3. A molecular interaction between Smyd1 and PML was demonstrated in endothelial cells using complementary methods. This interaction was based on a PML-mediated post-translational modification, the SUMOylation of Smyd1. The SUMOylated form of Smyd1 was increasingly used for proteasomal degradation. Conversely, in Smyd1-overexpressing endothelial cells PML concentrations were increased accompanied by larger and more numerous PML nuclear bodies (PML-NBs). Consequently, there was a self-regulating balance between Smyd1-induced PML expression and PML-mediated degradation of Smyd1. This equilibrium could be shifted in a specific way by incubating the endothelial cells with TNF-α or IFN-γ: cells stimulated with TNF-α contained more Smyd1 and less PML, while IFN-γ induced more and larger PML-NBs in endothelial cells (ECs), resulting in enhanced SUMOylation of Smyd1, which lowered the total Smyd1 Concentration due to its increased proteasomal degradation. The PML-Smyd1 module is therefore involved in the reaction of the endothelium to inflammatory mediators at the level of post-translational and epigenetic regulatory mechanisms.