Bereich: Grundlagenforschung Herzkreislauf

Dr. Paolo Silacci Lausanne

Zusammenfassung
Als komplexe, multifaktorielle Erkrankung verursacht die Atherosklerose in westlichen Ländern den überwiegenden Anteil der Morbiditäts- und Mortalitätsfälle. Zu den Risikofaktoren zählen mit der Lebensführung zusammenhängende Elemente wie Zigarettenkonsum und Übergewicht ebenso wie weitere, mit genetischer Prädisposition einhergehende Aspekte wie, z. B. arterielle Hypertonie und Hypercholesterinämie, um nur einige zu nennen. Während des letzten Jahrzehnts hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, dass hämo-dynamische Gegebenheiten bei der Pathophysiologie der Atherosklerose eine aktive Rolle spielen. In der Tat steht die präferentielle Lokalisation atherosklerotischer Plaques mit dem Vorhandensein ungewöhnlicher Charakteristika des Blutstroms in Beziehung. Wertvolle Informationen erbrachte die an experimentellen Modellen durchgeführte Untersuchung des Einflusses von Flowbedingungen auf die Endothelstruktur und -funktion. Werden angesichts der redundanten Feedback-Mechanismen spezifische hämodynamische Gegebenheiten modifiziert, dann unterliegen in-vivo-Modelle jedoch einer Einschränkung. Um diese Begrenzung zu umgehen, entwickelten wir ein in-vitro-Flowsystem, das die optimale Kontrolle einzelner hämodynamischer Kräfte ermöglicht. Anhand dieses Modells konnten wir die unterschiedlichen Beiträge von Druck, Dehnung und Scherrate auf die Endothelfunktion beschreiben. Vasomotorische Substanzen (wie Stickoxid und Endothelin 1), oxidativer Stress und hämostatische Komponenten wurden unter den unterschiedlichen, an Plaque-freien versus Plaque-anfälligen Zonen herrschenden Fließbedingungen charakterisiert. Hierzu wurde das in-vitro-Perfusionssystem zusammen mit primären wie auch endothelialen Zelllinien eingesetzt.

Bedeutung der Arbeit
Wir konnten vor kurzem ein neues Protein identifizieren, das zu der Gelsolin-Superfamilie gehört und das anscheinend in Abhängigkeit von den Flowbedingungen moduliert wird. Dieses Resultat bestätigt, dass die Endothelzelle zur Unterscheidung zwischen Plaque-anfälligen im Gegensatz zu Plaque-freien Strömungsbedingungen befähigt ist, während alle weiteren hämodynamischen Parameter konstant bleiben. Das anhand eines proteomischen Ansatzes isolierte Protein wurde als Cap-G identifiziert. Zuvor durchgeführte Analysen der zellulären Verteilung in Fibrinoblasten zeigten, dass Cap-G hauptsächlich mit Nukleus und Membran assoziiert ist. Anderen Mitgliedern der Gelsolin-Familie vergleichbar, kann Cap-G in Ca2+-abhängiger Weise am Remodelling des Zytoskeletts teilnehmen. Unter Plaque-freie Bedingungen simulierenden, unidirektionalen Strömungsbedingungen verband sich Cap-G schnell mit dem Zellskelett. Diese Anreicherung mit Zytoskelett-assoziiertem Cap-G ist konsistent mit einer vermuteten Rolle von Cap-G bei der durch Flow induzierten Regulierung der zytoskeletalen Neuorganisation, was zu Zellverlängerung und Ausrichtung auf die Strömungsrichtung führt. Hinzu kommt, dass Endotheldysfunktion favorisierende Strömungsbedingungen, durch die keine morphologischen Veränderungen in Endothelzellen ausgelöst werden, gleichfalls nicht in der Lage sind, eine solche Zunahme der mit dem Zytoskelett assoziierten Cap-G-Konzentration hervorzurufen. Folglich wird diese Hypothese bestätigt.

Auch die mit dem Zellkern in Zusammenhang stehende Cap-G-Konzentration wird durch unidirektionalen Flow heraufgesetzt. Eine Zunahme von nukleärem Cap-G wird nach 24 Stunden einer Aussetzung zu in eine Richtung verlaufendem Flow beobachtet. Die Lokation von Cap-G im Zellkern muss ebenso wie die funktionale Rolle dieser durch unidirektionalen Flow bedingten Zunahme von nukleärem Cap-G abgeklärt werden. Kürzlich publizierte Berichte verdeutlichten jedoch das Vorhandensein eines nukleären Phosphoinositid-Pathway für die Signaltransduktion, der am Chromatin-Rearrangement beteiligt ist. Diese Feststellung ist, zusammen mit der bekannten Befähigung von Cap-G zur Störung dieses Pfads für die Signaltransduktion, konsistent mit einem Beitrag von Cap-G an der Veränderung der Chromatinstruktur von zu Strömung ausgesetzten Zellen. Hinzu kommt, dass Cap-G durch die direkte Bindung an DNA auf die Gentranskription einwirken könnte, wie es durch das Vorhandensein einer c-myc-artigen DNA-Bindungsdomäne nahe gelegt wird. Eine weitere wichtige Feststellung dieser Studie besteht darin, dass Plaque-anfälliger Flow nicht dazu in der Lage war, eine Steigerung des Zellkern-assoziierten Cap-G-Spiegels zu herbeizuführen. Ausserdem haben wir das Potential von Cap-G nachgewiesen, in einem in-vitro-Assay nach Überexpression die Migration von Endothezellen zu verbessern. Dies legt nahe, dass erhöhte Konzentrationen dieses Proteins den endothelialen Reparaturprozess beschleunigen werden.

Abschliessend legen wir Nachweise dafür vor, dass es sich bei Cap-G um einen guten Kandidaten dafür handelt, an der Sensitivität unterschiedlicher Endothelzellen für Plaque-ausgesetzte versus Plaque-freie Flows mitzuwirken. Es werden weitere Arbeiten erforderlich sein, um die Rolle von Cap-G an diesem Prozess zu bewerten und um ein besseres Verständnis der Pathophysiologie der Atherosklerose zu gewinnen.

Pellieux C, Desgeorges A, Haziza Pigeon C, Chambaz C, Yin H, Hayoz D, Silacci P.
Cap G: a gelsolin-family protein modulating protective effects of unidirectional shear stress
J Biol Chem, in Press