Fachbereich 05 - Medizinische Fakultät
Institut für Arteriokleroseforschung an der Universität Münster
Makrophagen-Stoffwechsel

Differentielle Genexpressionsanalyse während der
Schaumzellbildung von menschlichen Makrophagen

Der Prozeß der Schaumzellbildung von Makrophagen ist bedeutsam während der Entwicklung der Arteriosklerose. Mit Fetten überladene Makrophagen, sogenannte Schaumzellen, befinden sich im Innern arteriosklerotischer Läsionen, die zum Verschluß von Gefäßen und nachfolgend zum Herzinfarkt oder Schlaganfall führen können. Um die Prozesse besser verstehen zu können, die während der Pathogenese der Arteriosklerose ablaufen, haben wir ein humanes Zellkulturmodell der Schaumzellbildung etabliert. Hierzu werden aus dem Blut von freiwilligen Spendern Monozyten gewonnen und in Zellkultur zu Makrophagen ausdifferenziert, die anschliessend durch Beladung mit modifizierten Lipoproteinen in Schaumzellen umgewandelt werden. Diese schaumzelligen Makrophagen können wieder cholesterinentladen werden. Mit Hilfe der "High Performance Liquid Chromatography" (HPLC) überprüfen wir den Cholesterinbeladungszustand der Zellen. Wir sind somit in der Lage bestimmte Cholesterinbeladungszustände des Makrophagen in Zellkultur zu simulieren und können parallel die dadurch ausgelösten Veränderungen der mRNA-Expression analysieren. Das Genexpressionsverhalten in den Makrophagen auf mRNA-Niveau haben wir in Zusammenarbeit mit der F.Hoffmann La-Roche AG in Basel mittels der Affymetrix-Genechip Technologie bei den unterschiedlichen Cholesterinbeladungszuständen analysiert. Mittels quantitativer Echtzeit-Polymerase Kettenreaktion (qPCR) haben wir das bei den Chipanalysen erhaltene Expressionsverhalten vieler Gene validiert. Neben den ATP-Bindungscassetten Transportern ABCA1 und ABCG1 wiesen mehrere Gene stark differentielle Genexpression auf. Diese Gene werden derzeit analysiert um ihre Funktion im Rahmen der Arterioskleroseentstehung zu entschlüsseln.

Ferner beschäftigen wir uns mit der Charakterisierung von ATP-Bindungscassetten Transportern der A- und G-Subfamilie. Mitglieder dieser Familien sind besonders am zellulären Export von Lipiden beteiligt und somit ideale Ziele für die pharmakologische antiatherogene Therapie.

Wir konnten zeigen, dass die Expression von ABCG4, dies ist der nächste Verwandte von ABCG1, ebenfalls vom zellulären Cholesteringehalt reguliert wird.

In enger Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe "Proteinchemie" haben wir die Beteiligung des ABC-Transporters ABCA1 an der ApoE-Sekretion untersucht und zeigen können, daß ABCA1 an der Sekretion von ApoE beteiligt ist. Dieser Befund legt nahe, dass ABCA1 in Makrophagen neben seiner bisherigen Hauptaufgabe, der Bildung von HDL aus lipidfreiem ApoAI, ebenso an der Bildung anderer Lipoproteinpartikel beteiligt ist. Durch die defekte Lipoproteinbildung in Makrophagen von Tangierpatienten kann überschüssiges Lipid schlecht exportiert werden. Dies führt zum auffälligen Erscheinungsbild bei Tangierpatienten: Akkumulation von schaumzelligen Makrophagen im retikuloendothelialen System.

Diabetiker weisen im Allgemeinen eine HDL-Defizienz auf. Da die HDL-Bildung von ABCA1 reguliert wird, haben wir analysiert ob die ABCA1-Expression von den Metaboliten, die bei Diabetes vermehrt gebildet werden, beeinflusst wird. Wir konnten nachweisen, dass ungesättigte freie Fettsäuren sowie Acetoacetat die ABCA1-Promotoraktivität sowie den Cholesterinefflux aus Makrophagen verringern und somit die bei Diabetikern beobachtete HDL-Erniedrigung bewirken können.

Interleukin 1-beta (IL1b) soll laut Literatur von ABCA1 sekretiert werden. Diese Behauptung haben wir in menschlichen Makrophagen und Monozyten von gesunden Individuen und Tangierpatienten überprüft. Die IL1b -Sekretion ist in Monozyten ABCA1-unabhängig, während sie in Makrophagen sowohl ABCA1-abhängig als auch -unabhängig abläuft.

Wir haben untersucht, ob der geschlechtsspezifische Unterschied im Plasma HDL-Spiegel durch Beeinflussung der ABCA1-Expression durch Testosteron verursacht wird. Bei HepG2-Zellen und menschlichen Makrophagen wird zwar der Cholesterinexport durch Testosteron gesteigert, jedoch bleibt die ABCA1-Expression unverändert. Wir konnten zeigen, dass die SR-BI-Expression gesteigert wurde und so zu einem erhöhten Cholesterinexport beiträgt.

Drittmittelgeber:

Industrie, IZKF

Beteiligte Wissenschaftler:

Univ. Prof. Dr. med. Gerd Assmann, FRCP Dr. rer. nat. Thomas Engel Dr. rer. nat. Günther Bode Dipl. Biol. Aloys Lüken

Veröffentlichungen:

Uehara Y, Engel T, Li Z, Goepfert C, Rust S, Zhou X, Langer C, Schachtrup C, Wiekowski J, Lorkowski S, Assmann G, von Eckardstein A. Polyunsaturated fatty acids and acetoacetate downregulate the expression of the ATP-binding cassette transporter A1. Diabetes. (2002) 51:2922-8.

Langer C, Gansz B, Goepfert C, Engel T, Uehara Y, von Dehn G, Jansen H, Assmann G, von Eckardstein A. Testosterone up-regulates scavenger receptor BI and stimulates cholesterol efflux from macrophages. Biochem. Biophys. Res. Commun. (2002) 296:1051-7.

Zhou X, Engel T, Goepfert C, Erren M, Assmann G, von Eckardstein A. The ATP binding cassette transporter A1 contributes to the secretion of interleukin 1beta from macrophages but not from monocytes. Biochem. Biophys. Res. Commun. (2002) 291:598-604.

Engel T, Lorkowski S, Lueken A, Rust S, Schluter B, Berger G, Cullen P, Assmann G.The human ABCG4 gene is regulated by oxysterols and retinoids in monocyte-derived macrophages. Biochem. Biophys. Res. Commun. (2001) 288:483-8.

Von Eckardstein A, Langer C, Engel T, Schaukal I, Cignarella A, Reinhardt J, Lorkowski S, Li Z, Zhou X, Cullen P, Assmann G. ATP binding cassette transporter ABCA1 modulates the secretion of apolipoprotein E from human monocyte-derived macrophages. FASEB J. (2001) 15:1555-61.

Wenner C, Lorkowski S, Engel T, Cullen P. Apolipoprotein E in macrophages and hepatocytes is eegraded via the proteasomal pathway. Biochem. Biophys. Res. Commun. (2001) 282:608-14.

Lorkowski S, Rust S, Engel T, Jung E, Tegelkamp K, Galinski EA, Assmann G, Cullen P.Genomic sequence and structure of the human ABCG1 (ABC8) gene. Biochem. Biophys. Res. Commun. (2001) 280:121-31.