Die Rolle des Inhibitors der DNA-Bindung Id2 aus der Familie der Helix-Loop- Helix-Faktoren bei zellulärer Seneszenz

Abstract

In vivo Studien des eigenen Arbeitskreises zeigten, dass Id2-/-¬ Mäuse mit NMRI-Hintergrund auf Angiotensin II-Behandlung nicht mit anhaltendem Blutdruckanstieg reagierten. Um zu klären, welches funktionelle Kompartiment des kardiovaskulären Systems an der Blutdruck-regulierung beteiligt ist, wurden Nieren- und Knochenmarkstransplantationsversuche durch-geführt. Diese verdeutlichten allerdings, dass weder renale Mechanismen noch zirkulierende Immunzellen für die normotensive Reaktion auf Angiotensin II-Applikation in Id2-/- ¬Mäusen verantwortlich sind. Die Fragestellung der vorliegenden Arbeit war zu untersuchen, ob glatte Gefäßmuskelzellen von Id2-/-¬ Mäusen ein protektiveres Verhalten zeigen als glatte Gefäß-muskelzellen von Wildtyp- Mäusen. Des Weiteren deuten unpublizierte Studien darauf hin, dass kardiovaskuläre Erkrankungen, wie beispielsweise Blutdruckerhöhung, in C57BL/6-Mäusen aus Europa experimentell schwieriger zu induzieren sind als in NMRI-Mäusen. Daraus ergab sich die Fragestellung nach einer möglichen Analogie zwischen dem Verhalten glatter Gefäßmuskelzellen von Id2-/-Mäusen mit NMRI- Hintergrund und glatten Gefäßmuskelzellen von C57BL/6-Mäusen. Im Rahmen der Dissertation wurden zur Aufklärung von Unterschieden in glatten Gefäßmus- kelzellen von Id2+/+, Id2+/- und Id2-/- Mäusen Affymetrix-Vergleichsanalysen durchgeführt. Hierbei konnte festgestellt werden, dass sich Id2-/- Zellen durch ein spezielles Cluster an exprimierten Genen von Id2+/+ und Id2+/- Zellen unterscheiden. In glatten Gefäßmuskelzel-len von Id2-/- Mäusen werden die Biomarker zellulärer Seneszenz, p16 und Collagen 1a1, kaum exprimiert. Weitere Untersuchungen belegten, dass die glatten Gefäßmuskelzellen von Id2+/+ und Id2+/- Mäusen charakteristische Merkmale zellulärer Seneszenz ausbilden. So nehmen sie eine größere und flachere Form an, zeigen eine verstärkte Seneszenz-assoziierte beta-Galaktosidase-Aktivität und proliferieren weniger. Glatte Gefäßmuskelzellen von Id2-/-Mäusen hingegen besitzen einen antiseneszenten Phänotyp. Die vorliegende Arbeit beweist somit eine bislang nicht beschriebene seneszente Wirkung von Id2 und belegt, dass durch Id2-Deletion die Ausbildung eines seneszenten Phänotyps verhindert wird. Vergleichsstudien zwischen glatten Gefäßmuskelzellen von NMRI- und C57BL/6-Mäusen zeigen keine Unterschiede in der Ausbildung seneszenter Merkmale. Allerdings konnte eine Analogie zwischen C57BL/6- und Id2-/- Zellen im Zellzyklusverhalten nachgewiesen wer-den. So proliferieren C57BL/6-Zellen, wie Id2-/- Zellen, stärker als NMRI-Zellen. Die erhöh-te Proliferationsrate ist auf einen verstärkten S-Phase-Eintritt zurückzuführen. Die Expression des Zellzyklusinhibitors p21 ist in C57BL/6- und Id2-/- Zellen deutlich geringer ausgeprägt als in NMRI-Zellen bei gleichzeitig geringerer Expression von Id2. Diese Arbeit verdeutlicht erstmalig einen Zusammenhang zwischen der Abnahme des p21-Spiegels bei gleichzeitiger Abnahme des Id2-Gehalts. Diese Korrelation lässt vermuten, dass Id2 bei der p21-vermittelten Zellzyklusregulierung in glatten Gefäßmuskelzellen beteiligt ist. Die vorliegende Arbeit identifiziert eine neue Rolle für den HLH-Transkriptionsfaktor Id2. Glatte Gefäßmuskelzellen von Id2-/-¬ Mäusen zeigen ein antiseneszentes und somit protektive-res Verhalten im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen. Diese Daten könnten vermutlich dabei hel-fen, eine antiseneszente Therapie zu entwickeln, die durch Aufrechterhaltung des Proliferati-onsvermögens zur Heilung ruptierter Plaques bei fortgeschrittener Arteriosklerose beitragen könnte. Des Weiteren ist zu spekulieren, dass vaskuläre Seneszenz eine Rolle spielt in der Entstehung von Hypertonie. Diese Hypothese stellt eine interessante Fragestellung dar für zukünftige Untersuchungen.

Previous unpublished in vivo studies showed that Id2-/- mice with NMRI background infused with Angiotensin II are resistant to hypertension. Reconstitution of immune cells by bone marrow transplant did not restore the hypertension, indicating that Id2 in circulating blood cells regardless of their Id2 expression does not modulate blood pressure. Kidney transplant experiments demonstrated that extra-renal Id2 is also not responsible for the lack of blood pressure sensitivity. Alternatively, the vessel wall could be a candidate tissue, which might have determined for the insensitivity to maintain Ang II-induced hypertension. The main focus of this thesis was to elucidate the role of Id2 in VSMC and to examine if pri-mary VSMC from Id2-/- mice show a more protective behaviour than VSMC from wildtype mice. Further unpublished studies suggested that in contrast to Ang II-infused NMRI mice, European C57BL/6 mice infused with Ang II although maintained normal blood pressure and failed to develop cardiovascular diseases. Therefore, another aim of the present work was to examine a possible parallel in the behaviour of VSMC from Id2-/- mice with NMRI back-round and VSMC from C57BL/6 mice. Within the bounds of this work Affymetrix-Genechip analyses were done to elucidate the dif-ferences between Id2+/+ (NMRI), Id2+/- and Id2-/- VSMC. Gene expression profiling analy-ses revealed a cluster of gene expression related to cell cycle and senescence. The senescence biomarkers p16 and collagen1a1 nearly are transcripted in Id2 deficient-VSMC. Furthermore, Id2+/- and Id2+/- VSMC show characteristics of cellular senescence like an enlarged and flat- tened morphology, increased senescence associated beta-galactosidase activity and reduced cell proliferation. In contrast, Id2 deficient-VSMC develop an antisenescence phenotype. The results of the present study are the first that demonstrate a senescent effect of Id2 and provide evidence that Id2 deletion inhibits the genesis of a senescence phenotype. Comparative studies of VSMC from NMRI and C57BL/6 mice suggest that there is no differ-ence in status of senescence. But an analogy between VSMC from C57BL/6 and Id2-/- mice could be demonstrated in the cell cycle regulation. Both show increased proliferation, which is due to an elevated S-phase-entry and the levels of the cell cycle inhibitor p21 and Id2 are abrogated. This is the first work demonstrating a link between the decrease of p21 expression and an abrogated Id2 level. This correlation suggests that Id2 participates in the p21-mediated cell cycle regulation. The present study identifies a new role for the HLH-Factor Id2. Id2 deficient-VSMC show an antisenescence phenotype and therefore a more protective behaviour in comparison to wild-type VSMC. Presumably these data could help to develop an antisenescent therapy. The main-tenance of the proliferation status could be a contribution to wound healing of ruptured plaques in advanced atherosclerotic lesions. In addition the role of vascular senescence in the genesis of hypertension is an attractive speculation, but needs to be addressed in the future.