Effekt von Anandamide/LPI auf Endothelzellen

Endocannabinoide sind vom Körper gebildete Lipidmediatoren, die an sogenannten Cannabinoidrezeptoren (CBR) binden und eine Reihe von Gefühlszuständen wie, Glücksgefühl, Hunger, Müdigkeit oder Schmerz beeinflussen können. Außerdem sind diese Botenstoffe an der Regulation der Immunabwehr und des Blutdruckes beteiligt. Anandamid (ANA), das Ethanolamid der Arachidonsäure, ist das bekannteste Endocannabinoid, welches einerseits im Körper selbst als Signalmolekül gebildet wird. Zusätzlich kann ANA über bestimmte Genussmittel wie etwa Schokolade in den Körper gelangen, wobei positive Effekte auf den Gemütszustand und möglicherweise andere Körperfunktionen, wie z.B. der Blutdruck oder die Durchblutung beschrieben wurden. Während in den meisten Geweben die physiologischen Effekte von ANA gut mit dem Vorhandensein der CBRs korrelieren, ist die Wirkung von ANA auf das Gefäßsystem über die Beteiligung eines weiteren, bis vor kurzem noch unbekannten Rezeptors, vermittelt. In unserer kürzlich erschienen Arbeit konnten wir diesen zusätzlichen ANA-Rezeptor am Gefäßendothel als GPR55 (G-Protein gekoppelte Rezeptor 55) identifizieren und dessen Signalkaskade beschreiben. Dieser Rezeptor bindet auch einen weiteren Lipidmediator, das Lysophosphatidylinosiltol (LPI), welches nicht zur Klasse der Endocannabinoide gehört. Interessanterweise, wird das vom GPR55 ausgelöste intrazelluläre Signal, welches zu einer Aktivierung der Endothelzellen führt, unter Ruhebedingungen über den ebenfalls in den Endothelzellen vorkommenden CB1R blockiert. Der CB1R, seinerseits, vermittelt eher ein beruhigendes Signal auf die Endothelzellen, sodass ANA unter normalen Umständen nicht stimulierend auf das Gefäßsystem wirkt. Kommt es allerdings zu einer lokalen Stresssituation im Gefäßsystem, z.B. durch Hypoxie, eine Entzündung oder Gewebeschädigung, wird der hemmende Effekt des CB 1 R auf die vom GPR55 ausgehende Signalwege aufgehoben und die Endothelzellen werden aktiviert der bedrohlichen Situation z.B. durch die Bildung des endothelialen Relaxationsfaktors entgegenzuwirken. Dabei sind die Organisation der ANA und LPI Wirkungen, die Interaktionen der einzelnen Signalwege aber auch die physiologischen Konsequenzen dieser Mediatoren auf das Gefäßsystem weitgehend unaufgeklärt. Daher soll in dieses Projekt an humanen Endothelzellen die molekularen Mechanismen der Signalübertragung und die Bindungsstellen für ANA und LPI identifiziert, die physiologischen Konsequenzen der Aktivierung mit diesen Mediatoren für das Gefäß erfasst und, eine mögliche Rolle von ANA und LPI bei den Mechanismen der Stammzellenrekrutierung für die Gefäß- bzw. Gewebereparatur untersucht werden. Ziel dieses Projektes ist es ANA und LPI als möglicherweise elementaren Mediatoren zur Regulation und Regeneration des Gefäßsystems zu untersuchen um damit die wissenschaftliche Grundlage zur Entwicklung gefäßspezifischer Therapien zu erarbeiten.

Anandamid (ANA) ist der bekannteste Vertreter der Gruppe der Endocannabinoiden, also jener körpereigenen Substanzen, die an den gleichen Cannabinoidrezeptoren (CBR) des Gehirns binden wie der Inhaltstoff von Cannabis sativa, Tetrahydrocannabinol. Neben der zentralen rauschvermittelnden Wirkung besitzen Endocannabinoide noch wichtige physiologische Funktionen bei der Regulation des Schlafs, des Hungers und wirken schmerzlindernd. Darüber hinaus weisen jüngste Befunde auf eine Wirkung der Endocannabinoide auf das Blutgefäßsystem hin, wobei die exakten Wirkmechanismen und die daran beteiligten Rezeptoren bzw. Bindungsstellen noch nicht ganz aufgeklärt sind. Neben den klassischen Endocannabinoiden gibt es noch einen nahen Verwandten, das Lysophosphatidylcholin, LPI, welches gerade im Gefäßsystem starke Wirkungen haben soll. Angesichts der bestehenden Unklarheiten über die beteiligten Rezeptoren, Bindungsstellen und die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen der Wirkungen von Endocannabinoiden am Gefäßsystem, wurden in diesem Projekt die Signalwege und Rezeptoren bzw. Bindungsstellen für Endocannabinoide und deren Signale in Gefäßendothelzellen (A), die physiologischen Wirkungen auf diese Zellen (B) und der Einfluss von Endocannabinoide auf s.g. Endothelzellen-Vorläuferzellen (C) untersucht. Im Rahmen dieses Projektes wurde herausgefunden dass Anandamid und LPI direkt auf Ionenkanäle und Ionentransporter in der Zellmembran wirken und so ohne die Beteiligung von Rezeptoren die Funktion der Blutgefäße regulieren. Von N-arachidonoyl glycin, ein weiteres Endocannabinoid, konnte gezeigt werden, dass es die molekulare Interaktion von STIM1 und Orai1 hemmt und somit den s.g. speicher-operierten Ca2+ Einstrom in Endothelzellen verhindert, ein Effekt der v.a. für die Regulation der lokalen Durchblutung von großer Bedeutung sein könnte. Von größter Wichtigkeit ist der in diesem Projekt erarbeitete Befund, wonach Anandamide bestimmte Ca2+ Kanäle in der inneren Mitochondrienmembran stimuliert und dadurch die Mitochondrien und deren metabolische Funktionen anregt. Hierdurch ist erstmalig eine direkte Regulation eines Lipidmediators auf Ca2+ Kanäle von Mitochondrien nachgewiesen worden. Schlussendlich wurden noch nicht beschriebene Wirkungen der Endocannabinoide an humanen Endothelvorläuferzellen erarbeitet, die klar auf die funktionelle Kooperation einzelner Endocannabinoidrezeptoren bei der Wundheilung aber auch der Angiogenese hinweisen. Im Rahmen dieses Projektes wurden neue Befunde über die Wirkung und die zugrundeliegenden molekularen Prozesse der Endocannabinoide auf das Gefäßsystem und Vorläuferzellen beschrieben. Diese Befunde bekräftigen die Bedeutung der Endocannabinoide für das Gefäßsystem und dessen (phato)physiologischen Funktionen.