Signaltransduktion-kontrollierte Proliferation und Migration von Arterienwandzellen

Proliferation und Migration glatter Muskelzellen der Tunica media des Arteriengewebes werden durch autokrine bzw. parakrine Effekte von Wachstumsfaktoren und Zytokinen gesteuert oder können durch exogene Wirkstoffe moduliert werden. Die von der Arbeitsgruppe hierzu durchgeführten Experimente betreffen den Wirkungsmechanismus des basischen Fibroblasten-Wachstumsfaktors (bFGF), den Effekt Zellzyklus-regulatorischer Virusantigene, die inhibitorische Wirkung von HMG-CoA-Reduktase-Inhibitoren (Statinen) und einen vollsynthetischen Heparin-ähnlichen Wirkstoff.

Der basische Fibroblasten-Wachstumsfaktor (bFGF) gehört zu den wirksamsten Mitogenen für Arterienwandzellen, die von glatten Muskelzellen, Endothelzellen und Thrombozyten synthetisiert und sezerniert werden. In Transfektionsexperimenten mit dem bFGF-Gen in Sense und Antisense Konfiguration konnte gezeigt werden, dass mit bFGF-spezifischer Antisense-DNA transfizierte Zellen die Expression von bFGF weitgehend unterdrücken, während Transfektion mit bFGF-spezifischer Sense-DNA zu Überexpression und signifikantem Anstieg des bFGF-Gehaltes in den glatten Muskelzellen des Arteriengewebes führt, wobei ein deutlicher Shift der Zellzyklus-Phasen in Richtung auf die S und G₂+M-Phase beobachtet wurde.

Ein weiterer Ansatz zur Kontrolle der Zellteilung konnte durch Einsatz des T-Antigens des SV40 Virus erhalten werden. Das SV40 T-Antigen hat die Fähigkeit, mit dem Rb-Protein (Retinoblastom-Protein) und anderen Proteinen der Rb-Proteinfamilie zu interagieren und damit den Zellzyklus zu inhibieren. Transgene Mäuse, die das T-Antigen in glatten Muskelzellen exprimieren, entwickeln in vivo spontan eine Neointima und adaptives Remodeling des Gefäßes. Die mit dem SV40 T-Antigen transfizierten Zellen stellen somit ein neues Modell dar, an dem die Proliferation glatter Muskelzellen und ihr Wiedereintritt in den Zellzyklus studiert werden können.

Die Statine (HMG-CoA Reduktase-Inhibitoren) sind eine Stoffklasse, die außer der Reduktion des Blutplasma-LDL-Spiegels noch weitere pharmakologische Effekte zeigen. Dazu gehört ihre Fähigkeit, glatte Muskelzellen in der G₀/G₁-Phase zu hemmen. Nach den bisher gewonnenen Ergebnissen liegt der Angriffspunkt der Statine in einer Kontrolle der Phosphorylierungs/Dephosphorylierungs-Prozesse der Signaltransduktionswege, wobei die Serin/Threonin-Phosphatasen PP-1/PP-2A mitwirken.

Heparin ein seit zwei Dezennien bekannter Proliferationsinhibitor - kann für in vivo Experimente zur Hemmung der Zellteilung wegen seiner antikoagulatorischen Wirkung nicht eingesetzt werden. Die Suche nach Heparinanaloga hat zu einem neuen vollsynthetischen Heparin-ähnlichen Polymer (RG13577) geführt, das als nichttoxische Verbindung eine zehnfach höhere antipoliferative Aktivität als Heparin aufweist. Die Verbindung führt zu einem Zellzyklusblock in der G₀/G₁-Phase und induziert bei voller Erhaltung der Stoffwechselaktivität der Arterienwandzellen einen hypertrophen Stoffwechselstatus mit Zunahme des Zellvolumens und Zellproteingehalts.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft, Innovative Medizinische Forschung, German-Israeli Foundation

Beteiligte Wissenschaftler:

PD Dr. A. Schmidt, Dr. J. Sinderman, Dr. A. Skaletz-Rorowski

Veröffentlichungen:

Schmidt, A., I. Vlodavsky, W. Völker, E. Buddecke: Differentiation of coronary smooth muscle cells to a cell cycle-arrested hypertrophic growth status by a synthetic non-toxic heparin-mimicking compound, in: Atherosclerosis, Bd. 147, 1999, S. 387-397

Sindermann, J.R., L. Fan, K.A. Weigel, D. Troyer, J.G. Müller, A. Schmidt, K.L. March, G. Breithardt: Differences in HMG-CoA reductase inhibitors in their effects on proliferation and viability of smooth muscle cells in culture, in: Atherosclerosis, Bd. 150, 2001, S. 331-341

Skaletz-Rorowski, A., J. Waltenberger, J.G. Müller, E. Pawlus, K. Pinkernell, G. Breithardt: Protein kinase C mediates basic fibroblast growth factor-induced proliferation through mitogen activated protein kinase in coronary smooth muscle cells, in: Arterioscler Thromb Vasc Biol, Bd. 19, 1999, S. 1608-1614

Sindermann, J.R., A. Schmidt, G. Breithardt, E. Buddecke: Lovastatin controls signal transduction in vascular smooth muscle cells by modulating phosphorylation levels of mevalonate-independent pathways, in: Bas Res Cardiol, Bd. 96, 2001, S. 283-289

Skaletz-Rorowski, A., H. Eschert, E. Pawlus, G. Breithardt: Molecular effects of HMG-CoA reductase inhibitors on smooth muscle cells, in: JACC, in press

Skaletz-Rorowski, A., J.G. Müller, A. Thormann, J. Waltenberger, E. Pawlus, K. Pinkernell, G. Breithardt: Lovastatin blocks basic fibroblast growth factor-induced mitogen activated protein kinase signaling in coronary smooth muscle cells via phosphatase inhibition, in: Eur J Cell Biol, Bd. 80, 2001, S. 207-212