Analyse von PAR-3 bei stroemungsinduzierter planarer Endothelzellpolaritaet

• Antragsteller: Dr. Masanori Nakayama
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329963658

Blutgefäße werden während ihrer Entwicklung im Wesentlichen durch den Blutfluss ausgebildet. Zur Erweiterung des bestehenden Gefäßsystems, der Angiogenese, müssen eine Reihe von komplexen Schritten koordiniert werden. Wichtige Schlüsselregulatoren sind hierbei der Vaskuläre Endotheliale Wachstumsfaktor-A (VEGF-A) und seine Tyrosin-Kinase-Rezeptoren VEGFRs. Ich konnte in früheren Arbeiten zeigen, dass Ephrin-B2 die VEGFR-Endozytose, durch Bildung eines Proteinkomplexes mit den Proteinen PAR-3 und atypischer PKC (aPKC) steuert. Endothelien zeigen tiefgreifende morphologische Anpassungen an hämodynamische Scherkräfte und besitzen dabei drei verschiedene zelluläre Polaritäten: Aussprossende Endothelien besitzen eine vorne-hinten-Polarität, während röhrenförmig organisierte Endothelien apikale-basale und planare Zellpolarität (PCP) parallel zum Blutfluß zeigen. Somit ist das Umschalten der Polarität ein wesentliches Merkmal der Gefäßreifung. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Proteine Par-3 und aPKC entscheidend für die Steuerung der Zellpolarität in vielen Zelltypen und Tierarten sind. Die Rolle von PAR-3 und aPKC in endothelialer Polarität während Angiogenesis und Gefäßhomöostase ist noch unbekannt. Angesichts dieser Beobachtungen haben wir die Rolle von PAR-3 in der endothelialen Polarität analysiert. Wir haben bereits die Wirkung einer Endothel-spezifischen Geninaktivierung von PAR-3 untersucht und festgestellt, dass PAR-3 keine Rolle bei der Ausbildung endothelialer Adherens Junctions oder Tight Junctions spielt. Umgekehrt haben unsere vorläufigen Daten gezeigt, dass PAR-3 die Orientierung des Golgi-Apparates in Endothelzellen kontrolliert und die endotheliale PCP unter Strömungsbedingungen in vitro sowie in vivo steuert. Außerdem zeigte sich, dass eine strömungsinduzierte GSK3beta-Aktivierung von PAR-3 abhängt. Bei entzündlichen Reaktionen ist die Expression von VCAM1, sowohl in PAR-3 KD kultivierten Endothelzellen, als auch in Endothelzellen spezifischer KO Mäuse erhöht. Es ist bekannt, dass Regionen der Aorta mit gestörten Strömungsbedingungen oft eine unorganisierte Golgi-Orientierung aufweisen. Darüber hinaus zeigen klinische Beobachtungen, dass veränderte Scherkräfte an der Blutgefäßwand an einer Vielzahl von Gefäßerkrankungen beteiligt sind, wie zum der Arteriosklerose. Jedoch konnte ein ursächlicher Zusammenhang zwischen endothelialer PCP und dem Verlauf von vaskulären Gefäßerkrankungen noch nicht gezeigt werden. Unklar ist auch, ob Störungen der PCP in Endothelien Folge oder Ursache des Krankheitsverlaufs sind. Das Ziel der vorgeschlagenen Studie ist es, diese wichtigen Fragen zu klären. Die Summe der geplanten Versuche liefern substantiell neue Einblicke in endotheliale Polarität und Homöostase in vivo. Die hierdurch gewonnenen Einblicke in die Rolle der endothelialen PCP in der Pathogenese vaskulärer Erkrankungen werden voraussichtlich neue spannende Möglichkeiten für die zukünftige Medikamentenentwicklung eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen