Regulation of Glomerular Endothelial Cell Differentiation and Activation

Die Endothelzellen verkleiden das Lumen von allen Blutgefäßen im Körper. Das heißt sie sind im ständigen Kontakt mit Blut. Das erklärt, warum wichtige Funktionen von diesen Zellen erfüllt werden müssen: Bei inflammatorischen Prozessen, aber nicht im normalen Zustand, müssen die Leukozyten in der Lage sein, am Endothel hängen zu bleiben, um dann durch die Endothelzellschicht in das Gewebe einzudringen. Die Endothelzelle spielt eine ebenso wichtige Rolle bei der Blutkoagulation, indem sie Faktoren sezernieren kann bzw. auf der Zelloberfläche Moleküle aufweist, die pro- oder antikoagulatorische Wirkungen haben. Das ist ein sehr genau reguliertes Gleichgewicht, das in pathologischen Prozessen, wie z.B. inflammatorischen Vorgängen, zugunsten der pro-koagulatorischen Moleküle gestört wird. Auch in der Pathogenese der thrombotisch- mikrovasculären Angiopathien (TMA), die sonst keine typischen Inflammationszeichen, wie z.B. Leulcozyten- Aktivierung aufweisen, dominiert das pro-koagulatorische Potential der Endothelzelle. Es ist wichtig zu erwähnen, daß Entstehungsmechanismen der TMA, zu denen Krankheitsbilder wie thrombotisch-thrombopänische Purpura (TTP), hämolytisch urämisches Syndrom (HUS) oder Preecclampsia gezählt werden, immer noch ein Rätsel darstellen. Für unser Projekt ist es wichtig zu erwähnen, daß bei TMA nur mikrovasculäre (z.B. glomeruläre Kapillarendothelzellen) aber nicht makrovasculäre (z.B. aortale) Endothelzellen pathologische Qualitäten gewinnen (siehe Schwerpunkt 1). Das Blut hat auch zwei mechanische Wirkungen auf die Endothelzellen. Als erstes ist die Spannung ("stretch") zu nennen, die auf die Dehnungsfähigkeit der Gefäße zurückzuführen ist und somit alle Zellen in der Gefäßwand beeinflußt (glatte Muskelzellen, Endothelzellen usw.). Die zweite ist der sogenannte "shear stress" und entsteht aufgrund des Blutflusses, d.h. im Gegensatz; zu "stretch" besteht diese Wirkung nur in der Flußrichtung und beeinflußt nur die im Kontakt stehenden Zellen: in der Gefäßwand lediglich die Endothelzellen. Je kleiner das Lumen eines Gefäßes ist, desto größer ist der shear stress. Das ist für unser Projekt besonders wichtig, da das Lumen der glomerulären Kapillaren extrem klein sind und wir uns auf die glomerulären Endothelzellen konzentrieren (Schwerpunkte 2 und 3). Es ist bekannt, daß die Endothelzelle auf diesen mechanischen Effekt eine biologisch-biochemische Antwort gibt. Diese Antwort beinhaltet, unter anderem die Stimulierung bzw. Inhibierung mehrerer Mediatoren, die in Prozessen wie der Inflammation oder der Blutkoagulation wichtig sind. Es wurde außerdem nachgewiesen, daß Endothelzellen in der Zellkultur unter dem shear stress-Effekt sich differenzieren, d.h. sie werden funktionell und morphologisch ähnlich wie die Endothelzellen in vivo. Das hier präsentierte Projekt hat drei Schwerpunkte: 1. Was sind die genetischen Unterschiede der mikro- und makrovasculären Endothelzellen, die zu funktionellen Unterschieden führen könnten? Wir werden mit einer neuen molekularbiologischen Methode (serial analysis of gene expression, kurz SAGE), die Gene in der Zelle quantitativ darstellen kann, glomeruläre mit aortalen Endothelzellen vergleichen, 2. Zu definieren, welche genetische Mechanismen zu der Differenzierung der glomerulären Endothelzelle führt, d.h. genetische Unterschiede in Endothelzellen nachzuweisen, wenn shear stress über längere Zeit auf sie gewirkt hat. Das wird auch mittels SAGE durchgeführt. 3. Die genetischen Grundlagen für das extrem komplizierte Netzwerk von glomerulären Endothelzellen, shear stress, Koagulationssystem, pro-inflammatorischen Mediatoren (z.B. das Cytokin IL-1), bakteriellen Toxinen (z.B. E. coli Verotoxine), die bei der Entstehung von HUS mitwirken, und anti-inflammatorischen Mediatoren (z.B. transforming growth factor-beta) darzustellen. Wir glauben, daß dieses Projekt, abgesehen von der Bedeutung für die Endothelzellgrundlagenforschung, auch einen Schritt in die Richtung der Klärung der Pathogenese der TMA schaffen kann; ein Ziel, das für einen klinischen Nephrologen von besonderer Bedeutung ist.