Einfluss von Endothelzellen auf den glattmuskulären Schaumzellphänotyp

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Korff
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530294003

Endothelzellen (ECs) kontrollieren viele Aspekte des Phänotyps glatter Gefäßmuskelzellen (VSMCs), einschließlich deren Aktivierungsstatus und Tonus. Eine Dysfunktion des Endothels geht der Entstehung arteriosklerotischer Plaques voraus, in denen es zu einer Transdifferenzierung von VSMCs in Richtung eines Phänotyps kommt, der mit dem von Schaumzell-Makrophagen vergleichbar ist. Obgleich mehrere in diese Phänotypänderung involvierte regulatorische Determinanten bereits beschrieben wurden, ist unbekannt, ob dabei auch eine veränderte parakrine Kommunikation zwischen ECs und VSMCs beteiligt ist. Zum Studium von Interaktionen zwischen ECs und VSMCs entwickelten wir ein sphäroidbasiertes 3D Zellkulturmodell, das die Generierung größendefinierter vaskulärer Organoide erlaubt, die aus einer einen Kern aus VSMCs umgebenden Endothelzellschicht aufgebaut sind. Nach Separation beider Zelltypen durchgeführte Transkriptom- und Proteomanalysen zeigten, dass ECs die Differenzierung von VSMCs stabilisieren und die Expression von Genen vermindern, die als Schaumzellmarker gelten oder die mit unterschiedlichen Aspekten der Handhabung und des Metabolismus von Lipiden assoziiert sind. Die Kontrolle der Genexpression von VSMCs zeigte sich dabei teilweise abhängig von Signalen, die von Prostanoiden vermittelt werden. Wir untersuchten weiter, ob die mit dem Prostanoid-System assoziierte Genexpression in einer arteriosklerotischen Umgebung verändert wird, die eine endotheliale Dysfunktion und glattmuskuläre Schaumzellbildung fördert. Dazu führten wir Metaanalysen von scRNAseq-Datenbanken durch. Die Ergebnisse zeigten, dass sich nach einer fettreichen Ernährung ApoE-defizienter Mäusen insbesondere die Expression von Ptgs1 (Cyclooxygenase 1) und Ptgis (Prostacyclin-Synthase) in aortelen ECs verminderte (für Prostazyklinsynthese relevante Enzyme). Vergleichbar schien Bluthochdruck und Hypercholesterinämie in humanen koronararteriellen ECs die Expression von mit der Prostaglandinsekretion assoziierten Genen zu vermindern. Ausgehend von diesen Daten lautet unsere Hypothese, dass eine durch proarteriosklerotische Stressfaktoren wie hohe Serum-Glukosespiegel (Diabetes Typ II) oder hohe Serum-Lipidspiegel (Dyslipidämie) bedingte endotheliale Dysfunktion die Fähigkeit der ECs begrenzt, die Differenzierung von VSMCs zu bewahren und damit gleichzeitig deren Phänotypänderung in Richtung Schaumzelle unter diesen Bedingungen erleichtert. Die hier vorgestellte Studie soll – basierend auf einem humanen 3D Organoid-Zellkulturmodell – 1.) den Einfluss hoher Glukose- und oxLDL-Level auf die Fähigkeit von ECs untersuchen, den Phänotyp von VSMCs zu bewahren, 2.) den grundsätzlichen Einfluss klinisch relevanter pharmakologischer Inhibitoren der Prostanoid-Generierung auf glattmuskuläre Phänotypänderungen in einer pro-arteriosklerotischen Umgebung analysieren und 3.) die Rolle Prostazyklin-abhängiger Signale in diesem Kontext darstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen