Endothelzellen in der Schwerelosigkeit

Abstract

Endothelzellen in der Schwerelosigkeit Viele Weltraummissionen haben gezeigt, dass länger dauernde Weltraumflüge das Risiko kardiovaskulärer Probleme erhöhen. In dieser Arbeit wurden zum einen erstmalig humane Endothelzellen über einen Zeitraum von 10 Tagen unter den Bedingungen der Mikrogravitation mithilfe eines dreidimensionalen Klinostaten untersucht, um vorübergehende von länger andauernden Effekten der Schwerelosigkeit zu unterscheiden. Die maximale Expression aller untersuchten Gene war 10 min nach Beginn der Klinorotation erreicht. Die Genexpression (Osteopontin, Fas, TGF-ß1) sank auf niedrigere aber hochregulierte Level oder stieg erneut (Caspase-3) nach dem vierten Tag der Klinorotation an. Der Caspase-3-, Bax- und Bcl-2-Proteingehalt erhöhte sich nach 10 Tagen Mikrogravitation. Darüber hinaus fanden sich im Langzeitversuch ein vermehrter Gehalt an Kollagen Typ I und III, sowie Veränderungen des Zytoskeletts im Bezug auf alpha- und beta-Tubulin sowie F-Aktin. Darüber hinaus untersucht diese Arbeit die Wirkung von bFGF im Hinblick auf Kurzzeiteffekte. Die Fibroblast Growth Factor-Familie besteht aus Wachstumsfaktoren, die in Wundheilung und Embryonalentwicklung involviert sind. Die Interaktion mit an Zelloberflächen-gebundene Heparansulfat- Proteoglykane ist für die FGF Signaltransduktion essenziell. In normalem Gewebe kommt bFGF in Basalmembranen und in der subendothelialen extrazellulären Matrix von Blutgefäßen vor. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die möglichen Effekte von bFGF auf den programmierten Zelltod und die extrazellulären Matrixproteine, den Proteingehalt von Induktoren und Inhibitoren der Apoptose und der Genexpression von Endothelin-1 und eNOS zu untersuchen. Diese Arbeit hat erstmalig gezeigt, dass bFGF unter Bedingungen von 0 g den Gehalt an Kollagen Typ I, Bcl-2, Caspase-3, Fas und NFB reduziert und den Gehalt an Kollagen Typ III, Fibronektin, Laminin, Bax, p53, Endothelin-1, eNOS und TGF1 steigert. In folgenden Studien muss nun geklärt werden, wie sich Endothelzellen über einen Zeitraum von > 10 d unter den Bedingungen simulierter Schwerelosigkeit verhalten, zu welchen exakten Zeitpunkten signifikante Veränderungen eintreten, welche Rolle bFGF bei diesen Vorgängen spielt und ob es möglich ist, die Methode der Kultivierung von Endothelzellen mithilfe einer RPM im Bereich des Tissue Engineering einzusetzen.

Endothelial cells under microgravity Many space missions have shown that prolonged space flights may increase the risk of cardiovascular problems. Using a three-dimensional clinostat, this work investigated for the first time human endothelial EA.hy926 cells up to 10 days under conditions of microgravity to distinguish transient from long-term effects of weightlessness. Maximum expression of all selected genes occurred after 10 minutes of clinorotation. Gene expression (osteopontin, Fas, TGF-ß) declined to slightly upregulated levels or rose again (caspase-3) after the fourth day of clinorotation. Caspase-3, Bax and Bcl-2 protein content was enhanced for 10 days of microgravity. In addition, long-term accumulation of collagen type I and III and alterations of the cytoskeletal alpha- and beta-tubulins and F-actin were detectable. Besides that, this work investigates the effects of bFGF on short-term investigations. Fibroblast growth factors are a family of growth factors involved in wound healing and embryonic development. The interaction with cell-surface associated heparin sulfate proteoglycans has been shown to be essential for FGF signal transduction. In normal tissue, bFGF is present in basement membranes and in the subendothelial extracellular matrix of blood vessels. The specific goal of this work was to examine possible effects of bFGF on programmed cell death and extracellular matrix proteins, protein contents of inducers and inhibitors of apoptosis and the gene expression of endothelin-1 and eNOS. This work clearly demonstrates for the first time that bFGF reduces collagen type I, bcl-2, caspase-3, fas and NFB and increases collagen type III, fibronectin, laminin, bax, p53, endothelin-1, eNOS and TGF1. New experiments should show how endothelial cells react to conditions of simulated microgravity for a time period > 10d, at which defined time points significant changes occur, if bFGF plays a key role in this changes and if it is possible to use this method of cultivation of endothelial cells with the help of a RPM for tissue engineering in future.