Die Rolle der Phosphatase PTEN während des vaskulären Remodelings

Abstract

Vaskuloproliferative Erkrankungen stellen auch heute noch eine der Haupttodesursachen weltweit dar. Die Proliferation und Migration sowie die Apoptose glatter Gefäßmuskelzellen spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der Atherosklerose und der nach Ballondilatationen auftretenden Restenose. Diese zunächst ätiologisch unterschiedlichen Prozesse haben eine Stimulation sonst ruhender glatter Gefäßmuskelzellen mit nachfolgender Proliferation, aber andererseits auch Apoptose gemeinsam. Hinlänglich bekannt ist der PI3-Kinase/Akt-Signalweg, der bei den unterschiedlichsten Zelltypen über eine Aktivierung membranspezifischer Rezeptoren zu einer Aktivierung der PI3-Kinase führt, die dann PIP2 zu PIP3 phosphoryliert und somit über eine Aktivierung verschiedener vorgeschalteter Kinasen (PDK-1) Akt aktiviert. Damit ist ein Fortschreiten des Zellzyklus mit Zellproliferation und -migration möglich. Die Phosphatase PTEN hat über ihre herausragende Eigenschaft als duale Lipid- und Proteinphosphatase eine weitreichende Funktion für das Überleben und Wachstum von Zellen. Als Gegenspieler der PI3-Kinase dephosphoryliert PTEN PIP3 zu PIP2 und inhibiert somit die nachfolgende Akt-Aktivierung. Durch ihre Eigenschaft als Protein-phosphatase führt PTEN zu einer Herunterregulation des Zellzyklus-antreibenden Cyclin D1 und bewirkt einen Arrest in der G1-Phase des Zellzyklus. Zunächst wurde von mehreren Arbeitsgruppen die Funktion von PTEN bei maligner Ent-artung von Zellen verschiedensten Ursprunges untersucht (Melanome, Glioblastome sowie Nieren-, Brust-, Prostata- und Lungenkrebs). Hierbei zeigte sich, dass in Abwesenheit von PTEN vermehrt Karzinome als Zeichen einer gesteigerten Proliferation entstehen. Hinsicht-lich des komplexen Geschehens bei atherosklerotischen Vorgängen konnte in vorangegan-genen Arbeiten gezeigt werden, dass PTEN über seine antiproliferative und pro-apoptotische Wirkung das Wachstum von glatten Gefäßmuskelzellen hemmen kann. In vorangegangenen Arbeiten wurde insbesondere der Proliferation und Migration von VSMC eine besondere Be-achtung geschenkt. In der hier vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von PTEN auf die Funktion glatter Gefäß-muskelzellen unter besonderer Beachtung der Apoptose und Proliferation in vivo und in vitro untersucht, da diesen Vorgängen eine Schlüsselrolle in der Entstehung und bei Komplikatio-nen vaskuloproliferativer Erkrankungen zukommt.Zu diesem Zweck wurde PTEN zum einen überexprimiert, zum anderen gezielt ausgeschaltet, um den Einfluss auf die Zahl der apoptotischen und proliferierenden Zellen zu untersuchen. Die Apoptose glatter Gefäßmuskelzellen in vivo wurde an Hand von Gefrierschnitten aus der A. carotis communis von Ratten, die einer Ballondilatation unterzogen wurden, beobachtet. Gerade die frühe Phase der Apoptose, die Minuten bis Tage nach der Ballondilatation auftritt, ist für das Ausmaß der späteren Neointima-Ausbildung verantwortlich. Das initiale Trauma entscheidet hierbei maßgeblich über den Heilungsprozess und die Wiederverschlussrate der dilatierten Gefäße.In dieser Arbeit kann gezeigt werden, dass PTEN möglicherweise nicht nur in geschädigten Zellen vermehrt exprimiert wird, sondern dass PTEN möglicherweise sogar erst die ge-schädigten Zellen in die Apoptose treibt . Dies hätte weitreichende Folgen für die Prävention der Restenose nach Ballondilatation. Eine gezielte Hemmung der PTEN-Expression in den frühen Phasen nach Gefäßdilatation könnte möglicherweise die Apoptose der geschädigten Zellen minimieren und - unter Berücksichtigung der anti-proliferativen Eigenschaften von PTEN zu einem späteren Zeitpunkt - die sich im weiteren Verlauf entwickelnde Ausbildung einer Intimahyperplasie verhindern.Die Ergebnisse in vitro zeigen nun, dass es unter einer vermehrten Expression von PTEN zu einer Zunahme apoptotischer Zellen und zu einer Verringerung der Zahl proliferierender Zellen kommt. Die Expression von PTEN ist bei ruhenden sowie bei wachstumsstimulierten Zellen konstant, wird aber durch apoptose-auslösende Stimuli wie H2O2 hochreguliert. Darüber hinaus zeigt sich, dass die PTEN-Aktivität in dilatierten Gefäßen deutlich stärker ist als in nicht-dilatierten Arterien. Unsere Daten tragen dazu bei, die PTEN-abhängigen Mechanismen im Bezug auf die vaskuläre Homoöstase und die Pathophysiologie vaskuloproliferativer Erkrankungen besser zu verstehen und hieraus eventuelleneue Therapiekonzepte zu entwickeln. Vaskuloproliferative Erkrankungen stellen auch heute noch eine der Haupttodesursachen weltweit dar. Die Proliferation und Migration sowie die Apoptose glatter Gefäßmuskelzellen spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der Atherosklerose und der nach Ballondilatationen auftretenden Restenose. Diese zunächst ätiologisch unterschiedlichen Prozesse haben eine Stimulation sonst ruhender glatter Gefäßmuskelzellen mit nachfolgender Proliferation, aber andererseits auch Apoptose gemeinsam. Hinlänglich bekannt ist der PI3-Kinase/Akt-Signalweg, der bei den unterschiedlichsten Zelltypen über eine Aktivierung membranspezifischer Rezeptoren zu einer Aktivierung der PI3-Kinase führt, die dann PIP2 zu PIP3 phosphoryliert und somit über eine Aktivierung verschiedener vorgeschalteter Kinasen (PDK-1) Akt aktiviert. Damit ist ein Fortschreiten des Zellzyklus mit Zellproliferation und -migration möglich. Die Phosphatase PTEN hat über ihre herausragende Eigenschaft als duale Lipid- und Proteinphosphatase eine weitreichende Funktion für das Überleben und Wachstum von Zellen. Als Gegenspieler der PI3-Kinase dephosphoryliert PTEN PIP3 zu PIP2 und inhibiert somit die nachfolgende Akt-Aktivierung. Durch ihre Eigenschaft als Protein-phosphatase führt PTEN zu einer Herunterregulation des Zellzyklus-antreibenden Cyclin D1 und bewirkt einen Arrest in der G1-Phase des Zellzyklus. Zunächst wurde von mehreren Arbeitsgruppen die Funktion von PTEN bei maligner Ent-artung von Zellen verschiedensten Ursprunges untersucht (Melanome, Glioblastome sowie Nieren-, Brust-, Prostata- und Lungenkrebs). Hierbei zeigte sich, dass in Abwesenheit von PTEN vermehrt Karzinome als Zeichen einer gesteigerten Proliferation entstehen. Hinsicht-lich des komplexen Geschehens bei atherosklerotischen Vorgängen konnte in vorangegan-genen Arbeiten gezeigt werden, dass PTEN über seine antiproliferative und pro-apoptotische Wirkung das Wachstum von glatten Gefäßmuskelzellen hemmen kann. In vorangegangenen Arbeiten wurde insbesondere der Proliferation und Migration von VSMC eine besondere Be-achtung geschenkt. In der hier vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von PTEN auf die Funktion glatter Gefäß-muskelzellen unter besonderer Beachtung der Apoptose und Proliferation in vivo und in vitro untersucht, da diesen Vorgängen eine Schlüsselrolle in der Entstehung und bei Komplikatio-nen vaskuloproliferativer Erkrankungen zukommt.Zu diesem Zweck wurde PTEN zum einen überexprimiert, zum anderen gezielt ausgeschaltet, um den Einfluss auf die Zahl der apoptotischen und proliferierenden Zellen zu untersuchen. Die Apoptose glatter Gefäßmuskelzellen in vivo wurde an Hand von Gefrierschnitten aus der A. carotis communis von Ratten, die einer Ballondilatation unterzogen wurden, beobachtet. Gerade die frühe Phase der Apoptose, die Minuten bis Tage nach der Ballondilatation auftritt, ist für das Ausmaß der späteren Neointima-Ausbildung verantwortlich. Das initiale Trauma entscheidet hierbei maßgeblich über den Heilungsprozess und die Wiederverschlussrate der dilatierten Gefäße.In dieser Arbeit kann gezeigt werden, dass PTEN möglicherweise nicht nur in geschädigten Zellen vermehrt exprimiert wird, sondern dass PTEN möglicherweise sogar erst die ge-schädigten Zellen in die Apoptose treibt . Dies hätte weitreichende Folgen für die Prävention der Restenose nach Ballondilatation. Eine gezielte Hemmung der PTEN-Expression in den frühen Phasen nach Gefäßdilatation könnte möglicherweise die Apoptose der geschädigten Zellen minimieren und - unter Berücksichtigung der anti-proliferativen Eigenschaften von PTEN zu einem späteren Zeitpunkt - die sich im weiteren Verlauf entwickelnde Ausbildung einer Intimahyperplasie verhindern.Die Ergebnisse in vitro zeigen nun, dass es unter einer vermehrten Expression von PTEN zu einer Zunahme apoptotischer Zellen und zu einer Verringerung der Zahl proliferierender Zellen kommt. Die Expression von PTEN ist bei ruhenden sowie bei wachstumsstimulierten Zellen konstant, wird aber durch apoptose-auslösende Stimuli wie H2O2 hochreguliert. Darüber hinaus zeigt sich, dass die PTEN-Aktivität in dilatierten Gefäßen deutlich stärker ist als in nicht-dilatierten Arterien. Unsere Daten tragen dazu bei, die PTEN-abhängigen Mechanismen im Bezug auf die vaskuläre Homoöstase und die Pathophysiologie vaskuloproliferativer Erkrankungen besser zu verstehen und hieraus eventuelleneue Therapiekonzepte zu entwickeln.