Gen- und Proteinanalyse pro-arteriogener Faktoren im experimentellen sowie klinischen Modell zur Untersuchung molekularer Mechanismen des Kollateralarterienwachstums
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Aufgrund der bisher bestehenden Rückschläge im Transfer experimenteller Erfolge in der Stimulation des Kollateralarterienwachstums in die klinische Praxis haben wir uns intensiv mit der Analyse des Arteriogenese am Patienten beschäftigt. Genomweite Expressions Studien an zirkulierenden ZeUen von Patienten mit unterschiedlichem Grad koronarer Kollateralisierung bzw. von Patienten mit koronarer Atherosklerose stellten den Kern des geförderten Projektes dar. Koronare Kollateralisierung wurde mittels invasiver Messungen des collateralflow index bestimmt. Auf der Suche nach neuen potentiellen Faktoren zur Stimulation des Kollateralisierung zeigten unsere Analysen überraschenderweise keine verstärkte Regulation von bekannten proarteriogenene Faktoren in Patienten mit guter Kollateralisierung, sondern eine verstärktes Auftreten bisher unbekannter anti-arteriogener Mechanismen in Patienten mit schlechter Kollateralisierung. Es folgte der Schritt, die aus einer Patienten Studie gewonnen Erkenntnisse Daten zum tierexperimentellen Modell zurück zu transferieren. Dieser Ansatz ist potentiell erfolgversprechender als die Anwendung präklinischer Erkenntnisse in der Klinik. Wir konnten die Stimulation der Arteriogenese durch Inhibition der anti-arteriogenen Wirkung von Interferonbeta im Mausmodell demonstrieren. Außerdem zeigten mechanistische Untersuchungen, dass der anti-arteriogene Effekt von IFNbeta durch eine antiproliferative Wirkung auf glatte GefäßmuskelzeUen sowie eine pro-apoptotische Wirkung auf Monozyten zu Stande kommt. Interessanterweise war zumindest auf Genexpressions ebene kein signifikanter Unterschied zu finden zwischen CD34-I- Progenitorzellen der beiden Patientenpopulationen. Dieser Befund ist auf Grund der z.Zt intensiv untersuchten Funktion von ProgenitorzeUen im Gefäßwachstum unerwartet. In ähnlicher Form überraschend war die Analyse der Genexpression zirkulierender Zellen zur Untersuchung von Biomarkern bzw. Mechanismen der Atherosklerose überraschend. Erstmals haben wir eine umfangreiche Untersuchung von fünf verschiedenen Zellpopulationen bei zwei Gruppen von Patienten mit schwerer Atherosklerose bzw. angiographisch glattwandigen Koronararterien durchgeführt. Im Gegensatz zu den erwarteten deutlichen Unterschieden und Aktivierung von Monozyten atherosklerotischer Patienten fand sich lediglich eine verstärkte Aktivierung von Monozyten gesunder Probanden. Insgesamt wenig differentielle Genexpression zirkulierender Zelle suggeriert eine doch größere Bedeutung lokaler (endothelialer) Faktoren. In einer weitren Untersuchung konnte erstmals durch Verwendung eines speziellen weitlumigen Katheters eine relativ große Menge humanen intrakoronaren Blutes kollateralarteriellen Ursprungs gewonnen werden. Metabolische und Zytokinanalysen aus diesem Material erlaubten erstmals die Differenzierung verschiedener Stadien der Arteriogenese am Menschen und zeigten einen erhöhten Zytokin- und Sauerstoffgradienten in Patienten mit eingeschränkter Kollateralisierung. In der weiteren experimentellen Untersuchung der Scherkraft für das Kolateralarterienwachstum konnten wir an einem experimenteUen Modell den Einfluss der endothelialen Glyocacalyx, einer Schicht aus Glycoproteinen, die vom Endothel in das Gefäßlumen ragt, für die Scherkraftdetektion in der Arteriogenese zeigen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Stimulation of Collateral Artery Growth: Traveling Further Down the Road to Clinical Application. Heart 2008; 95(3): 191-7
S.H. Schirmer, F.C. van Nooijen, J.J. Piek, N. van Royen
- Interferon-beta Signaling Is Enhanced in Patients with Insufficient Coronary Collateral Artery Development and Inhibits Arteriogenesis in Mice. Circulation Research 2009;102(10):1286-94
S.H. Schirmer, J.O. Fledderus, P.T.G. Bot, P.D. Moerland, J. Baan Jr., J.P. Henriques, R.J. van der Schaaf, M.M. Vis, A.J.G. Horrevoets, J.J. Piek, N. van Royen
- Suppression of Inflammatory Signaling in Monocytes from Patients with Coronary Artery Disease. J Mol Cell Cardiol 2009:46(2): 177-85
S.H. Schirmer, J.O. Fledderus, P.D. Moerland, A.M. van der Laan, J J. Piek, A J.G. Horrevoets, N. van Royen
