Die Rolle des "Actin-binding Rho activating protein" (Abra) während der Arteriogenese

Abstract

Natürliches Wachstum von Kollateralarterien (Arteriogenese), die einen arteriellen Verschluss umgehen, ist entscheidend für die Gewebeerhaltung. Bedauerlicherweise bleibt es in Patienten meist unvollständig. Mit der Aufklärung der grundlegenden Mechanismen der Arteriogenese wird das Ziel verfolgt, dieses Wachstum pharmakologisch zu stimulieren, damit die präformierten Kollateralanastomosen schneller zu funktionstüchtigen Arterien umstrukturiert werden. Kürzlich konnte im Kaninchenmodell gezeigt werden, dass prinzipiell eine vollständige Wiederherstellung der vaskulären Funktion durch die Aufrechterhaltung des initialen Stimulus, der Schubspannung, erreicht werden kann. Das hierfür verwendete Modell die chirurgische Anlage eines arteriovenösen Shunts zwischen dem distalen Ende der ligierten Femoralarterie und der benachbarten Vene wurde im Rahmen dieser Arbeit auf die Ratte adaptiert. Ziel dieser Arbeit war es, durch die Entschlüsselung des Expressionsmusters von schubspannungsinduzierten, wachsenden Kollateralarterien, neue Gene zu identifizieren und zu charakterisieren, welche die Arteriogenese stimulieren. Dabei wurde das bis zu 16-fach hochregulierte Gen, welches für das "Actin-binding Rho activating protein" (Abra) kodiert, identifiziert. Der mRNA Expressionsverlauf korreliert mit der Einwirkung der Schubspannung. Entgegen der Literaturmeinung, in der dieses Gen als spezifisch für gestreiften Muskel beschrieben wird, wurde im Rahmen dieser Arbeit sowohl Abra Transkripte mittels in situ Hybridisierung als auch das Protein immunhistochemisch in der Gefäßwand lokalisiert. Um die funktionelle Bedeutung von Abra in der Arteriogenese zu zeigen, wurden rekombinante Adenoviren generiert. Dies waren zum einen Abra überexprimierende Viren und zum anderen solche Viren, die den knock down von Abra über siRNA vermittelten. Es stellte sich heraus, dass die lokale Überexpression in vivo durch intra-kollateralen adenoviralem Gentransfer von Abra im einfachen Ligaturmodell die kollaterale Konduktanz um mehr als 60% gegenüber der natürlichen Reaktion verbessert und so die Arteriogenese stimuliert. Die gleichzeitige Schubspannungsstimulation der Arteriogenese mit AV-Shunt und die siRNA-vermittelte Herunterregulierung von Abra verschlechterte dagegen das Kollateralwachstum. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass die Abra Überexpression in kultivierten glatten Muskelzellen deren Proliferationsaktivität steigert. Mit Abra wurde ein potentieller Mediator der Schubspannung identifiziert, der diese genbasiert oder in Zukunft pharmakologisch aktiviert teilweise ersetzen kann.

Development of a collateral circulation (arteriogenesis) bypassing an arterial occlusion is important for tissue repair but remains functionally defective in human patients. We have previously shown that chronically elevated fluid shear stress (FSS) by arterio-venous anastomosis (AV-Shunt) in a rabbit hind limb model markedly triggers collateral growth and completely normalized blood flow. The transduction of the mechanical stimulus into a vascular growth response remains unclear. The aim of this study was a gene profiling approach in order to identify the molecular mechanism of collateral growth. The adaptation of the AV-Shunt model to rats allowed the use of whole genome Microarrays. Here we report 16-fold increased transcription of the stress mediating actin-binding Rho activating protein (Abra) during FSS-induced arteriogenesis. In contrast to previously identified restriction of endogenous Abra to cardiac and skeletal muscle it could be demonstrated that Abra is also expressed in blood vessels. mRNA and Protein expression was localized in smooth muscle cells (SMCs) as well as in endothelial cells (ECs). To address the functional implications of Abra to arteriogenesis in vivo, its expression was locally modulated by adenoviral gene transfer. Forced over-expression of Abra improved bypass-flow by more than 60 % vs. no treatment after femoral artery ligation. This beneficial effect of elevated FSS could be abolished by a simultaneous siRNA mediated knock-down of Abra. In cultivated cells Abra over-expression stimulated SMC proliferation. These findings suggest that increased FSS leads to increased Abra expression, which triggers collateral growth. Abra is not structurally related to any of the known angiogenic growth factors but turned out to be necessary and sufficient to improve arteriogenesis and thus giving rise to new therapeutic strategies for the treatment of peripheral and cardiovascular disease.