Auswirkungen mechanischer Zugbelastung auf die Endothelzell- und Kardiomyozytendifferenzierung embryonaler Stammzellen der Maus

Abstract

Die Mechanismen der kardiovaskulären Differenzierung pluripotenter ES-Zellen der Maus sind bisher unbekannt. Einen möglichen Differenzierungsstimulus stellen mechanische Zugbelastungen dar, die auf physiologische Art und Weise im wachsenden Gewebe erzeugt werden. Die vorliegende Arbeit vertritt die Hypothese, dass die kardiovaskuläre Differenzierung ESZellen der Maus durch exogen-applizierte mechanische Zugbelastung induziert werden kann. Hierbei werden folgende Versuchsergebnisse erzielt: Mechanische Zugbelastung an ES-Zellen erhöht dosisabhängig die Anzahl spontan kontrahierender Foci von Kardiomyozyten und vergrößert parallel hierzu deren Gewebsfläche. Mechanische Zugbelastung führt dosisabhängig zu einer Vergrößerung der PECAM-1positiven Zellfläche und erhöht sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene die Expression des proangiogenen Transkriptionsfaktors HIF-1a und des endothelialen Wachstumsfaktors VEGF. Mechanische Zugbelastung führt zu einer Erhöhung der intrazellulären reaktiven Sauerstoffmediatoren (ROI) -Konzentrationen. Als Quelle der freigesetzten ROI kann die NADPH-Oxidase angesehen werden. Die mechanisch-induzierte intrazelluläre ROI-Generierung führt innerhalb kurzer Zeit zu einer Aktivierung der MAPKs p38, ERK 1/2 und JNK. Infolge spezifischer Inhibition der einzelnen MAPKs kann allen drei Informationsvermittlern eine entscheidende Rolle bei der Kardiomyogenese zugesprochen werden. JNK und ERK 1/2 nehmen weiterhin signifikanten Einfluss auf die vaskuläre Differenzierung.Mechanische Zugbelastung verstärkt die Expression kardialer Transkriptionsfaktoren. Folge dieses signifikanten Expressionsanstieges ist eine prozentuale Erhöhung der Anzahl kontrahierender Kardiomyozytenareale.