TRPC Proteine als Determinanten endothelialer Proliferation

Entwicklung, Funktion sowie strukturelle und funktionelle Anpassung des Blutgefäßsystems erfordert die Fähigkeit von Endothelzellen, den Erfordernissen entsprechend, aus einem vollständig differenziertem Zellzustand in einen proliferierenden und zur Migration befähigten Zustand zu wechseln. Dieser Schlüsselprozess der Gefäßneubildung (Angiogenese) wird entscheidend durch Phospholipase C (PLC) und intrazelläres Ca2+ kontrolliert. Klassische TRP Proteine (TRPC; canonical transient receptor potential proteins) wurden als zentrales Element der PLC/Ca2+- vermittelten Signaltransduktion erkannt und scheinen als homo- und/oder heteromere Ca2+ Kanalkomplexe den PLC-abhängigen Ca2+ Einstrom in Gefäßzellen zu ermöglichen. TRPC Signakomplexe werden nach Stimulation von PLC rasch, vermutlich durch vesikulären Transport in bestimmte Bereiche der Plasmamembran rekrutiert, wodurch die Bildung lokaler Ca2+ Signale und die gezielte Steuerung endothelialer Funktionen möglich wird. Die exakte Rolle von TRPC Kanälen bei der Kontrolle von endothelialer Proliferation, Migration sowie Stabilisierung/Destabilisierung von Zell-Zell Kontakten ist noch weitgehend unklar. Ziel des vorliegenden Projektes ist i) die vergleichende Analyse der Expression von TRPC Kanälen in vollständig differenzierten, in proliferierenden Endothelzellen sowie in proliferativen endothelialen Vorläuferzellen; ii) die Charaktersisierung der zellulären Lokalisation, Identifizierung von Interaktionspartnern und die Analyse von Transport und Rekrutierungsprozessen dieser TRPC Kanäle; iii) die Prüfung der Hypothese einer Schlüsselrolle bestimmter TRPC Komplexe bei der Kontrolle endothelialer Proliferation, Migration und Ausformung von Zell-Zell Kontakten. Die geplanten Untersuchungen sollen an humanen Endothelzellen und endothelialen Vorläuferzellen unter Verwendung von klassisch biochemischen, biophysikaischen sowie mittels Proteomic und aktuellen, neuen Methoden zur Analyse von Protein-Protein Interaktionen und zellulären Transportprozessen durchgeführt werden. Die geplanten Untersuchungen sollen damit neue Erkenntnisse über die Rolle von TRPC Proteinen im Gefäßsystem liefern und stellen damit einen wichtigen Schritt zur Entwicklung therapeutischer Strategien auf der Basis von TRPC Proteinen als molekularer Zielstrukturen dar.

Im Rahmen dieses Projektes wurden neue zelluläre Mechanismen identifiziert, welche für das Wachstum, die Proliferation, von Gefäßendothelzellen Bedeutung haben. Diese Mechanismen sind unerlässlich für die Reparatur von Gefäßschäden aber auch für die Erweiterung und Aufrechterhaltung von organversorgenden Gefäßbetten. Wir haben speziell die Rolle von Ionentransportproteinen der TRPC (canonical transient receptor potential) Familie untersucht und dabei TRPC4 als essenzielles Signalmolekül zur Kontrolle endothelialer Proliferation und der Phanotypumwandlung zwischen dem reifen, barrierebildenden und dem proliferierenden, migrierenden endothelialen Zellzustand identifiziert. TRPC4 ist entscheidend an der Kontrolle des Zellwachstums durch bestimmte Wachstumsfaktoren beteiligt und erscheint somit als attraktive Zielstruktur für die pharmakologische Kontrolle der Angiogenese, der Gefäßbildung zur Verhinderung der Mangelversorgung von Organen aber auch zur Versorgung von Tumorgewebe. Als weiterer wichtiger Befund wurde der Nachweis einer bisher unbekannten zellulären Funktion von TRPC Proteinen erhalten. Wir konnten zeigen, dass TRPC4 als Bindungspartner für den Transkriptionsfaktor ß-Catenin fungiert und so entscheidend an der Kontrolle endothelialer Genexpression und des Phänotypüberganges beteiligt ist. Die Projektarbeiten konzentrierten sich neben dem maturen Endothel auch auf sogenannte endotheliale Vorläufer(Progenitor)zellen, die im gefäßumgebenden Bindegewebe lokalisiert sind. In humanen endothelialen Progenitorzellen wurde TRPC3 nachgewiesen und als ein Signalmolekül mit besonderer Bedeutung bei der Expansion, Vermehrung der Zellen außerhalb des Körpers charakterisiert. TRPC3 scheint für die Entwicklung endothelialer Oberflächen nach Ansiedelung von Vorläuferzellen besonders wichtig zu sein. Da für die Proliferation und nachfolgende Spezialisierung (Differenzierung) von endothelialen Zellen der Kontakt mit extrazellulären Strukturen von Bedeutung ist, wurden die Effekte speziell strukturierter Oberflächen auf die TRPC/ß-Catenin Signalkaskade und Proliferation untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass eine spezielle nanostrukturierte extrazelluläre Matrix stark proliferationsfördernd wirkt. Diese Oberflächenstruktur induziert in überraschend hohem Ausmaß die Translokation von ß-Catenin in den Zellkern. Zusammenfassend erscheinen die erhaltenen Befunde als wertvolle Basis für die Entwicklung neuer Strategien zur Kontrolle endothelialer Proliferation und Differenzierung im Sinne einer verbesserten Pharmakotherapie von ischämischen Erkrankungen und/oder Tumoren aber auch zur gezielten Vermehrung von körpereigenen Stamm/Vorläuferzellen für Zelltherapie und Geweberegeneration (tissue engineering).