Untersuchungen zur Funktion des Zelladhasionsmoleküls CEACAM1 für die durch Inflammation vermittelte Gefäßzellaktivierung während des Kollateralwachstums
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wie durch Vorarbeiten von uns und anderen gezeigt, geht das Wachstum von Kollateralarterien mit einer lokalen Akkumulation monozytischer Zellen sowie einer kontinuierlichen Erneuerung eines lokalen Pools von Progenitorzellen im Gewebe aus dem Knochenmark einher. Bei einem akuten Reiz (hier: Femoralarterienokklusion) werden diese Zellen aktiviert, teilen sich und differenzieren zu den verschiedenen am regenerativen Gefäßwachstum und der Kollateralenbildung beteiligten Zellen, welche u.a. das angiogene Zelladhäsionsmolekül CEACAM1 exprimieren. In Ceacam1-k.o. Mäusen und transgenen Mäusen mit endothelialer CEACAM1-Überexpression wurde eine von der CEACAM1-Expression abhängige Stimulation des Kollateralwachstums nachgewiesen. Im Rahmen des vorliegenden Projektes sollte im Modell der Femoralarterienokklusion überprüft werden, inwiefern CEACAM1 eine Rolle bei der durch Inflammation vermittelten Gefäßzellaktivierung während des Kollateralwachstums eine Rolle spielt. Insbesondere sollte untersucht werden, ob eine und ggf. welche beim Kollateralwachstum involvierte Knochenmarkspoplulation unter Regulation des Zelladhäsionsmoleküls CEACAM1 steht. Zur Beantwortung dieser Frage führten wir zunächst direkte und reziproke Knochenmarkstransplantationen an CEACAM1 und Ceacam1-/- Mäusen durch und bestimmten das Ausmaß des Kollateralwachstums nach Femoralaraterienligatur mit Hilfe von Laser Doppler und Micro CT Analysen. Anschließen folgten detaillierte durchflusszytometrische Analysen der Zellpopulationen im Kollateralarterien tragenden Adduktor Muskel nach Femoralaraterienligatur. Nach Identifikation der CD11b+/Gr.1+ (Myeloid derived suppressor cells, MDSC) Zellen als derjenigen Knochenmarkspopulation, die in CEACAM1 und Ceacam1-/- Mäusen während des Kollateralwachstums unterschiedlich reguliert ist führten wir zudem Antikörper vermittelte Depletionen der CD11b+/Gr.1+ Zellen in CEACAM1 und Ceacam1-/- Mäusen durch, bestimmten erneut das Ausmaß des Kollateralwachstums in vivo und untersuchten das Expressionsprofil angiogener Zytokine und Enzyme CEACAM1 kompetenter und defizienter CD11b+/Gr.1+ Zellen in in vitro. Wir konnten noch einmal bestätigen, dass CEACAM1 eine funktionelle Rolle beim Kollateralwachstum spielt, primär über einen positiven Einfluss auf das Größenwachstum der Kollateralarterien bzw. ihr Remodeling. Mit Hilfe der Knochenmarkstransplantationsexperimente zeigten wir, dass dieser Effekt vom Vorhandensein CEACAM1 kompetenten Knochenmarks abhängig ist. Wir identifizierten in durchflusszytometrischen Analysen MDSCs als einzige Knochenmark-stämmige monzytische Zellpopulation, die im Vergleich CEACAM1 und Ceacam1-/- Mäuse während des Kollateralwachstums differentiell reguliert war. Interessanterweise fanden wir hier einen höheren Anteil von MDSCs in Ceacam1-/- Mäusen. In den darauf folgenden Antikörper vermittelten Gr.1+ Zell-Depletionsexperimenten wurde deutlich, dass dieser Effekt auf einer offensichtlich kompensatorischen Vermehrung unreifer Vorstufen von MDSCs beruht, da die Depletion von Gr.1+ Zellen in CEACAM kompetenten Mäusen zu einer Verminderung des Kollateralwachstums führte, während dies keinen Einfluss auf die verminderte kollaterale Perfusion in Ceacam1-/- Mäuse hatte. Einhergehend mit dieser Beobachtung konnten wir in unseren in vitro Experimenten zeigen, dass Ceacam1-/- MDSCs im Vergleich zur CEACAM1 kompetenten Population keinen adäquaten Anstieg von IL-10 nach Zytokinstimulation zeigte. Zudem exprimierten MDSCs von Ceacam1-/- Mäusen vermehrt Arginase. Diese war auch im Serum dieser Mäuse vermehrt nachweisbar, während MMP9 im Serum CEACAM1 kompetenter Mäuse erhöht war. Zusammenfassend zeigten unsere Arbeiten, dass der Einfluss von CEACAM1 auf das Kollateralwachstum über seine Rolle bei der Ausreifung von Knochenmark stämmigen CD11b+/Gr.1+ Zellen vermittelt wird. Wir wiesen dabei erstmalig die wichtige Rolle dieser monozytische Zellpopulation beim Kollateralwachstum nach.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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CEACAM1+ myeloid cells control angiogenesis in inflammation. Blood. 2009 Jun 25;113(26):6726-36. Epub 2009 Mar 9
Horst AK, Bickert T, Brewig N, Ludewig P, van Rooijen N, Schumacher U, Beauchemin N, Ito WD, Fleischer B, Wagener C, Ritter U
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Vimentin expression influences flow dependent VASP phosphorylation and regulates cell migration and proliferation. Biochem Biophys Res Commun. 2010 May 7;395(3):401-6. Epub 2010 Apr 9
Lund N, Henrion D, Tiede P, Ziche M, Schunkert H, Ito WD
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The role of single cell derived vascular resident endothelial progenitor cells in the enhancement of vascularization in scaffold-based skin regeneration. Biomaterials. 2011 Jun;32(17):4109-17. Epub 2011 Mar 23
Zhang Z, Ito WD, Hopfner U, Böhmert B, Kremer M, Reckhenrich AK, Harder Y, Lund N, Kruse C, Machens HG, Egaña JT
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Transgenic over-expression of interleukin-33 in osteoblasts results in decreased osteoclastogenesis. Biochem Biophys Res Commun. 2012 Jan 6;417(1):217-22. Epub 2011 Nov 27
Keller J, Catala-Lehnen P, Wintges K, Schulze J, Bickert T, Ito W, Horst AK, Amling M, Schinke T
