Integrin alpha(v) and Focal adhesion kinase - promising targets to limit smooth muscle cell migration

Die Prävention einer Restenose nach PTCA ist eines der wichtigsten Ziele für Forscher und Kliniker. Etwa 1,5 Millionen Interventionen werden weltweit jährlich durchgeführt und mit Hilfe von Stentimplantationen können die meisten Patienten erfolgreich behandelt werden. Jedoch kommt es in bis zu 60 % der Fälle zu einer Restenosierung des behandelten Gefässes innerhalb von etwa 6 Monaten. Für die Entwicklung der Neointima, Hauptursache der Restenose, sind Wanderung glatter Gefässmuskelzellen (GMZ) und Ablagerungen von Proteinen der extrazellulären Matrix (EZM) verantwortlich. Signalkaskaden, die über Integrin Rezeptoren vermittelt werden, spielen in der Migration von GMZ eine zentrale Rolle. Viele Integrine binden über eine spezifische Aminosäuresequenz, die sogenannte RGD Sequenz, die in verschiedenen EZM Proteinen und in auf Zelloberflächen gebundenen Immunglobulinen vorkommt. Bisher konnte von verschiedenen Integrinantagonisten, wie Antikörpern, zyklischen Peptiden, Peptidomimetika und Nicht-Peptiden, gezeigt werden, dass die die pathologische Reaktion vermindern können, was auf die Bedeutung der Integrin vermittelten Signalkaskaden in der GMZ Migration hinweist. Wir konnten zeigen, dass die Wanderung von GMZ sowohl mit einem pharmakologischen Inhibitor, wie auch durch die endogene Überexpression eines FAK Inhibitors, der über ein AAV Vektorsystem übertragen wurde, gehemmt werden konnte. So stellt die Blockade der Integrin vermittelten Signalkaskaden ein vielversprechendes Ziel für die Inhibition der Restenose nach PTCA dar. Im ersten Teil der Arbeit konnten wir nach Stimulation von humanen GMZ mit Vitronektin (VN) eine verstärkte Tyrosinphosphorylierung (PTyr) verschiedener zellulärer Proteine nachweisen. Dabei zeigte sich eine besonders signifikante Phosphorylierung eines Proteins, das mittels Immunpräzipitation als “focal adhesion kinase” (FAK) identifiziert wurde. Die erhöhte PTyr zeigte sich auch am Tyrosinrest FAK Tyr-397, der Autophosphorylierungsstelle der Kinase. Die erhöhte PTyr von FAK war abhängig von der Stimulation durch VN und nicht zu beobachten, wenn die GMZ auf Poly-L-Lysin ohne spezifische Rezeptor Ligand Interaktion adhärierten. Mit Hilfe eines Integrin V Inhibitors konnte diese rezeptorvermittelte Aktivierung in einer dosisabhängigen Weise verhindert werden. Die Inhibition der durch VN stimulierten Migration (Haptotaxis) mit Hilfe des V Inhibitors korrelierte mit der Reduktion der Aktivierung Integrin vermittelter Signalwege, im Besonderen der PTyr von FAK. Interessanterweise konnte die Blockade von Integrin V nicht nur die durch VN stimulierte Haptotaxis, sondern auch die durch Wachstumsfaktoren induzierte Chemotaxis hemmen. Die Migrationsrate wurde mit Hilfe eines modifizierten Boyden-Migrationskammer Experiments ermittelt, das ein in vitro Modell zur Untersuchung von Zellwanderung darstellt. Der V Inhibitor hemmte auch die Invasion der GMZ in eine Matrigel Matrix und die Sekretion der Matrixmetalloproteinase 2. Eine Apoptose wurde bei den verwendeten Konzentrationen nicht induziert. FAK stellt ein wichtiges Schlüsselprotein in vielen zellulären Mechanismen dar. So konnte die Beteiligung von FAK in der Regulation der Zellmigration an verschiedenen Zellarten gezeigt werden. Die Überexpression von FRNK, der C-terminalen Domäne von FAK, ist in der Lage die in vitro Migration von GMZ wie auch die Neointimabildung in einem Schweinemodell zur Entwicklung der Restenose zu verhindern. FAK stellt somit ein vielversprechendes Ziel für die Inhibition der Restenoseentwicklung nach PTCA dar. Der letzte Teil der Arbeit konzentrierte sich auf die Identifikation von Bindungspartnern der N-terminalen Domäne von FAK mit Hilfe eines bakteriellen „two hybrid“ Systems. Es wurde als ein möglicher Bindungspartner ein 17,9 kDa grosses Protein gefunden. Das humane Homolog ist als AGS4 bezeichnet und stellt einen GTPase Aktivator dar. Es zeigte sich, dass es in der Lage ist, mit der N-terminalen Domäne von FAK zu interagieren, und dass es stark in hämatopoetischen Zellen exprimiert wird. Zusammenfassend kann man sagen, dass unsere Ergebnisse FAK als ein vielversprechendes Ziel für die Inhibition der GMZ Migration erscheinen lassen. Das Vorliegen verschiedener induzierter Signalwege kann durch die Rolle der EZM Proteine und der Wachstumsfaktoren in der Zellmigration erklärt werden. Das Ziel dieser Studie war die Signalkaskaden, die zu einer GMZ Migration und somit zu einer Restenose führen, zu unterbrechen. Die Ergebnisse zeigen, dass V Integrine und Signalkaskaden, die FAK vermittelt sind, wichtig für die Zellmigration sind. Die Unterbrechung dieser FAK vermittelten Signalwege, sei es durch einen pharmakologischen Inhibitor oder durch die Überexpression von FRNK führte zu einer Inhibition der Migration.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Würzburg

Year

2006

Author dc:creator

• Varadarajulu, Jeeva

Contributors dc:contributor

• Hauck, Christof

• Integrin
• AAV vector
• restenosis
• FAK
• ECM
• EZM

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