Funktionelle Untersuchung der Rezeptoren der hypothalamischen Peptide Orexin A und B in CD34+ hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Orexin-Rezeptoren spielen eine Rolle in der Regulation des Schlaf-wach-Rhythmus, der Nahrungsaufnahme und der Energiehomöostase. Es wurde lange angenommen, dass ihre Expression auf das zentrale Nervensystem beschränkt ist. In den vergangenen Jahren wurden die Rezeptoren aber in einer ganzen Reihe von Geweben nachgewiesen. Wir hatten in früheren Untersuchungen die Orexin-Rezeptoren 1 und 2 auch auf blutbildenden Stamm- und Vorläuferzellen entdeckt. Ziel dieser Studie war, die Funktion der Orexin-Rezeptoren 1 und 2 in CD34+ hämatopoietischen Stamm- und Vorläuferzellen und die Signalwege über die funktionellen Effekte vermittelt werden zu untersuchen. Die Signalübermittlung des Orexinsystems erfolgte in den bisher untersuchten Geweben vor allem über eine Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration und Beeinflussung der cAMP- Konzentration sowie Aktivierung von „Mitogenaktivierten Protein Kinasen“ (MAPK)-Signalwegen. In hämatopoietischen Stamm- und Vorläuferzellen führte die Rezeptorstimulation zu einer Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration. Interessanterweise hemmte die Vorbehandlung mit Orexinen dagegen den SDF-1-vermittelten Ca2+-Einstrom. Die intrazelluläre cAMP-Menge wurde durch die Rezeptorstimulation reduziert. Zur Prüfung der funktionellen Bedeutung des Orexinsystems für blutbildende Stamm- und Vorläuferzellen führten wir klonogene Wachstumstests und Langzeitkulturexperimente, Zellzyklus- und Zelltodanalysen, Zelladhäsions- und Wanderungs-Tests durch. Es zeigte sich, dass Stimulation der Orexin-Rezeptoren mit Orexin A und B zu einem vermehrten Wachstum früher, pluripotenter Kolonien und zu einer Verminderung differenzierter Kolonien führt. Langzeitkulturexperimente zeigen dazu, dass die Selbsterneuerungsrate früher Stammzellen durch die Stimulation der Orexin-Rezeptoren erhöht wird, d.h., es ist ein höherer Anteil von Stammzellen vorhanden, die Ursprung für alle blutbildenden Zellen sein können. Nach Orexin-Rezeptorstimulation befindet sich ein größerer Anteil der Stamm- und Progenitorzellen, wie auch der frühen undifferenzierten Stammzellen, in einer inaktiven Zellzyklusphase. Zudem erhöhen die Orexin-Gaben den Anteil apoptotischer Zellen an den gesamten Stamm- und Vorläuferzellen wie auch an den frühen Stammzellen. Die Behandlung mit Orexinen führt zu einer verringerten Zellwanderung der Stamm- und Progenitorzellen in Richtung des Lockstoffes SDF-1ß. Dieses Phänomen ist allerdings nur bei den aus Knochenmark isolierten Stammund Progenitorzellen zu beobachten, mit dem Zytokin G-CSF mobilisierte Zellen, die aus Apheresaten gewonnen wurden, lassen keinen Einfluss der Orexin-Rezeptorstimulation auf die Zellwanderung erkennen. In engem Zusammenhang mit der Zellwanderung steht die Fähigkeit zur Adhäsion, d.h. der Anhaftung an Oberflächen wie Collagen und Fibrinogen. Hier zeigte sich nach Orexin- Rezeptorstimulation eine signifikante Verminderung der Stamm- und Progenitorzelladhäsion an Collagen und Fibrinogen. Die Genexpressionsprofile Orexin-stimulierter Stamm- und Progenitorzellen unterstreichen diese Beobachtungen. In Anbetracht der funktionellen Effekte des Orexinsystems auf Stamm- und Progenitorzellen stellte sich die Frage nach dem Produktionsort der Orexine. Untersuchungen von Knochenmarkschnitten zeigten die Orexinvorstufe Prepro-Orexin in CD34+ Zellen. Dies wurde anhand von durchflusszytometrischen Untersuchungen und Western Blots verifiziert. Neben dieser autokrinen Produktion wiesen wir in Serumproben aus dem Knochenmark gesunder Spender Orexin nach. In der Zusammenschau zeigen die Ergebnisse eine Bedeutung des Orexinsystems für hämatopoietische Stamm- und Vorläuferzellen. Der funktionelle Phänotyp der Orexin-stimulierten Zellen deutet auf einen Mobilisationseffekt der Orexin-Rezeptorstimulation sowie eine erhöhte Repopulationskapazität,,d.h. die Fähigkeit der frühen Stammzellen nach Transplantation die gesamte Blutbildung zu regenerieren, hin. Dies sollte in vivo in Mausmodellen verifiziert werden. Ggf. bestünde eine klinische Anwendbarkeit von Orexin-Agonisten für die Stammzellmobilisation und –Transplantation.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Orexin A and Orexin B inhibit colony formation of CD34+ stem and progenitor cells and aktivate ERK-Phosphorylation (4th International Meeting Stem Cell Network NRW; 08.10.2007 - 09.10.2007)
Rainer Haas, Guido Kobbe
- Orexine spielen eine funktionelle Rolle bei ber Adhäsion und Differenzierung von CD34+ Stamm- und Progenitorzellen (Gemeinsame Jahrestagung 2008 der DGHO, ÖGHO, SGMO und SGH; 10.10.2008 – 14.10.2008)
Rainer Haas, Guido Kobbe
- The Neuropeptides Orexin A and B have an impact on functional properties of human CD34+ stem and progenitor cells (50th ASH Annual Meeting; 06.12.2008 – 09.12.2008)
Rainer Haas, Guido Kobbe
