Der Metabolismus von Makrophagen und Pyruvatkinase M2 in der Atherosklerose

• Antragsteller: Dr. Lukas Tomas, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie ; Immunologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450754172

Atherosklerose, die dem Myokardinfarkt und Schlaganfall zugrunde liegende Pathologie, ist die weltweit führende Mortalitätsursache. Atherosklerotische Plaques entstehen durch eine Ansammlung von Lipoproteinen in den Arterien und einer daraus folgenden chronischen Entzündung. Makrophagen sind ein wichtiger Bestandteil der angeborenen Immunität und spielen in allen Phasen der Atherosklerose eine entscheidende Rolle. Abhängig von den benötigten zellulären Funktionen nutzen Makrophagen unterschiedliche Stoffwechselwege. In früheren Arbeiten konnten wir zeigen, dass sich menschliche Hochrisiko-Plaques von stabilen Plaques in ihrem Metabolismus unterscheiden. Das metabolische Profil von Hochrisiko-Plaques erinnert an jenes von entzündlichen Makrophagen und ist vor allem durch eine erhöhte Aktivität der Glykolyse, sowie von Stoffwechselwegen die von der Glykolyse abzweigen, geprägt. Zusätzlich findet sich eine verminderte Fettsäureoxidation.Eine wichtige Rolle in der metabolischen Anpassung von Makrophagen spielt das glykolytische Enzym Pyruvatkinase (PK) M2. Die Expression von PKM2 ermöglicht es Makrophagen, glykolytische Zwischenprodukte in von der Glykolyse abzweigende Stoffwechselwege, wie den Pentosephosphatweg, umzuleiten. Zusätzlich zu dieser metabolischen Funktion besitzt PKM2 auch nicht-metabolische regulatorische Funktionen. PKM2 kann im Zellkern die Transkription von Faktoren wie HIF-1α und IL-1β fördern.In Voruntersuchungen habe ich eine verminderte Anzahl von Makrophagen in Aorten von hypercholesterinämischen Mäusen, die mit Knochenmarkszellen von Mäusen mit einer Makrophagen-spezifischen PKM2 Deletion transplantiert wurden, gefunden. Daher plane ich die Rolle von PKM2 in Makrophagen für die Entstehung und Regression der Atherosklerose genauer zu untersuchen. Dazu werde ich Mäuse mit Antisense-Oligonukleotiden die gegen den LDL Rezeptor gerichtet sind behandeln, um eine Hypercholesterinämie und die Entwicklung der Atherosklerose zu induzieren (Ziel 1). Bei den behandelten Mäusen handelt es sich um transgene Mäuse, die entweder in den dem Dottersack abstammenden Makrophagen oder in Makrophagen, die vom Knochenmark abstammen kein PKM2 exprimieren. In Ziel 2 werde ich die Oligonukleotid-Therapie in den zwei verschiedenen Mausmodellen vor Ende des Experiments absetzen, um eine Regression der Atherosklerose zu erreichen. Die Atherosklerose und Plaque-Makrophagen werden in den Versuchen zur Entwicklung (Ziel 1) sowie Regression (Ziel 2) der Atherosklerose mit verschiedenen Methoden, wie der Durchflusszytometrie, Immunohistochemie und Genexpressionsanalysen untersucht. Ziel 3 widmet sich der Untersuchung der Auswirkungen der metabolischen und nicht-metabolischen PKM2-Eigenschaften auf Funktionen von Makrophagen, wie der Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies und IL-1β, sowie der Aktivierung des Inflammasoms und der Phagozytose, auswirken. Dies wird vor allem mit immortalisierten Makrophagen in in vitro Versuchen geschehen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle