Proteinexpression und die Rolle der Matrixmetalloproteinasen bei der Kollateralgefäßentwicklung am Herzen

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, zum einen die Proteinverteilungsmuster der beteiligten Proteine während des Vascular remodeling bei der Kollateralgefäßentwicklung zu untersuchen und zum anderen eine reproduzierbare und objektive Methode zu finden, die es erlaubt, die immunhistochemischen Ergebnisse zu vergleichen. Als Tiermodell wurde das Hundeherzgewählt, bei dem durch ein Ameroidkonstriktor die Gefäßokklusion und in dessen Folge die Rekrutierung von Kollateralkreisläufen, induziert wurde. Betrachtet wurden die Kollateralgefäße zu zwei bestimmten Zeitpunkten, 8 Wochen und 6 Monate nach Ameroidkonstriktor-Implantation. Sie wurden mit den Kontrollgefäßen unter folgenden Fragestellungen verglichen:1. Expressionsmuster der intrazellulären Proteine (alpha-smooth muscle Aktin, Desmin, Calponin)2. Expressionsmuster der extrazellulären Proteine (Laminin, Fibronectin)3. Proliferationsverhalten der Zellen im Beobachtungszeitraum (Ki-67)4. Vergleich zwischen dem Expressionsverhalten der drei untersuchten Matrixmetalloproteinasen (MMP-2, -3, -9) und ihrem Inhibitor (TIMP-1) 5. Phänotypveränderungen der Muskelzellen im BeobachtungszeitraumDas Expressionsmuster der verschiedenen Proteine zu beiden Zeitpunkten zeigt eine hohe Dynamik, sowohl innerhalb der Media als auch innerhalb der neu entstandenen Neointima.Auch konnte im beobachteten Zeitraum ein Anstieg der intrazellulären Proteine (alpha-smooth muscle Aktin, Desmin, Calponin) und extrazellulären Proteine (Laminin, Fibronectin) in Media und Neointima beobachtet werden. Verglichen mit den Kontrollgefäßen, konnte sowohl zum frühen (8 Wochen), als auch zum späten (6 Monate) Zeitpunkt Zellproliferation beobachtet werden. Es scheint, dass auch nach 6 Monaten noch ein genügend hoher Reiz auf die Gefäßwand vorhanden ist, um Zellen proliferieren zu lassen. So kann man davon ausgehen, dass 6 Monate zur endgültigen Anpassung des Gefäßes nach Okklusion an die veränderte Rheologie anscheinend nicht ausreichen. Es wurde die Aufregulierung der MMPs in der Neointima im Gegensatz zur Media innerhalb des vascular remodeling aufgezeigen. MMP-2, MMP-3 und MMP-9 waren in der Intima bei 8 Wochen stark erhöht, und immer noch vermehrt bei 6 Monate. Entgegengesetzt des MMP-Expressionsmusters verhält sich das des TIMP 1. Innerhalb adulter Gefäße wechselt die Präsenz von MMPs und ihrem Inhibitor: es kommt zu einer Reduzierung der Matrixmetalloproteinasen und einer Aufregulierung von TIMP-1. Anhand des Expressionsmusters der einzelnen Proteine wurden Rückschlüsse auf den Phänotyp der glatten Muskelzellen während des Untersuchungszeitraumes gezogen. Im Vergleich zu den kontraktilen, adulten glatten Muskelzellen der Kontrollgefäße, wurde im Zeitverlauf bei den Kollateralgefäßen eine Dedifferenzierung zum synthetischen und den Beginn einer Differenzierung zum kontraktilen Phänotyp beobachtet. Dies war am ehesten durch die Expressionsverteilung von alpha-smooth muscle Aktin und Desmin zu beobachten. Auf der Basis der Pixelzählung im konfokalen Mikroskop wurde eine reproduzierbare Methode entwickelt, die die immunhistochemischen Ergebnisse quantifizierbar und somit vergleichbar macht. Auf diese Weise konnte das Gleichgewicht und Zusammenspiel zwischen den Proteinen, die bei dem vascular remodeling innerhalb der Gefäßwand beteiligt sind, gezeigt werden. Ebenso wurde verdeutlicht, dass das vascular remodeling ein dynamischer Prozess ist, der sich in seinem Verlauf nicht nur auf die neu gebildete Neointima beschränkt, sondern welcher alle Gefäßwandschichten in diesen Prozess einbezieht. Durch die vorliegende Arbeit konnte gezeigt werden, dass Proteolyse und Antiproteolyse in der Entwicklung der Kollateralgefäße eine wichtige Rolle spielen und dass die, innerhalb des vascular remodeling beteiligten Proteine, in einem empfindlichen Gleichgewicht zueinander stehen.