Mast cells contribute to arteriogenesis in a PI3 Kinase gamma-dependent manner

Abstract

Vascular occlusive disease is a major cause of death; however there is evidence that growth of collateral arteries developing from pre-existing anastomoses, known as arteriogenesis, could prevent patients from developing infarction. Mast cells, which are known to release vasoactive substances, seem to play an important role in this process. The aim of this work was to investigate the involvement of mast cells in the process of arteriogenesis.To evaluate the role of mast cells, wild type (wt) mice and PI3 kinase (PI3K) gamma knockout mice were subjected to right femoral artery ligation in order to induce arteriogenesis; the left side was sham operated. Relative perfusion recovery of hind limbs was monitored before and post ligation at days 3, 7, 14 and 21 by Laser Doppler Imaging. For in vitro experiments, mouse endothelial and smooth muscle cells were isolated from mouse aorta and mast cells from mouse bone marrow. After treating isolated mast cells with degranulating agents like ionomycin in vitro, supernatants were collected and used for measurements of proliferation of endothelial and smooth muscle cells as well as other biochemical investigations such as RNA isolation.In vivo, treatment of wt-mice with mast cell degranulating compound 48/80 (C48/80) improved the outcome of arteriogenesis. Collateral growth in PI3Kgamma -/- mice was reduced in comparison to wt-mice. Furthermore, treatment of PI3Kgamma -/- mice with C48/80 had no effect on collateral growth indicating an important role of the PI3Kgamma on mast cell degranulation. Furthermore, treatment of mice with a leukotriene synthesis inhibitor, MK-886, had no effect on the outcome of arteriogenesis in comparison to the controls indicating that leukotrienes might not be essential for arteriogenesis.In vitro studies demonstrated that the proliferation of endothelial cells and smooth muscle cells was enhanced 1.2- and 1.7-fold, respectively, by supernatants derived from degranulated mast cells. The mast cell supernatants were found to contain an average of 1.29 ± 0.13µg/ml RNA but no RNase activity, suggesting that mast cells release RNA upon stimulation, which might function to recruit leukocytes.Together, these findings suggest that cell mediators released from activated mast cells might influence the process of arteriogenesis by enhancing the proliferation of vessel wall cells, dependent on PI3Kgamma-related mast cell degranulation. Vaskuläre Verschlusskrankheiten sind eine der Haupttodesursachen; allerdings gibt es Hinweise, dass das Wachstum von Kollateralgefäßen, die aus präformierten Anastomosen entstehen (Arteriogenese), protektiv wirken kann. Mastzellen, welche vasoaktive Substanzen sezernieren, scheinen dabei eine wichtige Rolle zu spielen. Ziel dieser Arbeit war es, zu erforschen welche Rolle Mastzellen bei der Arteriogenese spielen. Wildtyp (wt) und PI3 kinase (PI3K) gamma knockout Mäuse wurden dazu einer rechtsseitigen Femoralligatur unterzogen. Hierdurch wurde der Prozess der Arteriogenese angeregt; die linke Seite wurde Schein operiert. Die relative Reperfusion der Läufe wurde vor und nach Ligatur, an Tag 3,7, 14 und 21 mit Hilfe des Laser-Dopplers gemessen. Für in vitro Experimente wurden primäre Endothel- und glatte Gefäßmuskelzellen aus der Mausaorta und Mastzellen aus dem Knochenmark der Mäuse isoliert. Mastzellen wurden mit degranulierenden Substanzen wie ionomycin behandelt und die Überstände abgenommen. Diese wurden für die Stimulation der Proliferation von Edothel- oder glatter Gefäßmuskelzellen verwendet.Die Behandlung der ligierten wt Mäuse mit C48/80 verbesserte die Arteriogenese in vivo signifikant auch verglichen mit den PI3Kgamma -/- Mäusen, welche keine Verbesserung der Arteriogenese durch C48/80 erzielten. Dies weist darauf hin, dass Mastzelldegranulierung für die Arteriogenese entscheidend ist. Desweiteren hatte die Behandlung der Mäuse mit dem Leukotriensyntheseinhibitor MK-886 einen nur geringen Einfluss auf die Arteriogenese; diese scheinen also keine entscheidende Rolle zu spielen.In vitro Studien demonstrierten, dass die Proliferation von Endothel- und glatten Gefäßmuskelzellen jeweils 1,2- und 1,7-fach erhöht war, nachdem die Zellen mit Mastzellüberständen stimuliert wurden. Dies ist ein weiterer Hinweis auf die Relevanz von Mastzellen bei der Arteriogenese. Desweiteren wurden in den Mastzellüberständen im Durchschnitt 1.29 ± 0.13µg/ml RNA, aber keine RNase-Aktivität nachgewiesen. Dies weist darauf hin, dass stimulierte Mastzellen RNA sezernieren, welche eine Rolle bei der Rekrutierung von Leukozyten spielen könnte.Alles in allem zeigen diese Ergebnisse, dass Zellmediatoren, die von stimulierten Mastzellen sezerniert werden, den Prozess der Arteriogenese positiv beeinflussen. Dies geschieht unter Anderem durch die Anregung der Proliferation von Gefäßwandzellen durch PI3Kgamma abhängige Mastzelldegranulierung.