Untersuchungen über die Effekte von FOXO-Transkriptionsfaktoren auf die Differenzierung und Redox-Regulation in endothelialen Progenitorzellen

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Wissenschaftliche Studien haben vor kurzem gezeigt, daß vom Knochenmark abstammende endotheliale Progenitorzellen (EPC) in der peripheren Zirkulation nachweisbar sind und an Orten der ischämischen Gewebsschädigung als Neovaskularisationsfaktoren wirken. Kardiovaskuläre Erkrankungen sind durch einen vermehrten oxidativen Stress sowie reduzierte NO-Bioverfügbarkeit charakterisiert. Eine gleichzeitig vorliegende Reduktion der Anzahl und funktionalen Aktivität von EPC vermindert deren angiogenetisches und Reendothelialisierungs-Potential. EPC haben verschiedene antigene Marker mit hämatopoetischen Stammzellen gemeinsam und differenzieren sich in vitro zu Endothelzellen. Viele Zytokine, Wachstumsfaktoren und Adhäsionsmoleküle sind an der Mobilisation von EPC aus der Stammzellnische des Knochenmarks beteiligt und tragen zum “homing” und zur Differenzierung an Orten der Gewebeschädigung bei. Allerdings sind die Signal-und Transkriptionsmechanismen, welche diese Funktionen kontrollieren, nur sehr unvollständig untersucht. Der intrazelluläre PI3K/Akt-Signaltransduktionsweg ist ein bedeutender Regulator von Wachstumsprozessen in verschiedenen Zellsystemen und einige Daten deuten darauf hin, daß dieser Signaltransduktionsweg an der Proliferation und Differenzierung von EPC unter den Bedingungen von basalem sowie kompensiertem oxidativem Stress beteiligt ist. PI3K/Akt-Signalprozesse tragen zur Regulation von FOXOTranskriptionsfaktoren bei. Aktuelle Forschungsergebnisse weisen darauf hin, daß FOXO-Transkriptionsfaktoren das Gleichgewicht zwischen zellulärer Schädigung und Adaptation auf zellulären Stress kontrollieren. Die Studien im vorliegenden Antrag werden die Hypothese testen, daß die FOXO-Transkriptionsfaktoren die Proliferation und Differenzierung von endothelialen Progenitorzellen kontrollieren sowie die Vulnerabilität gegenüber oxidativem Stress regulieren. Hierzu sollen zuerst die Aktivität der unterschiedlichen FOXO-Isoformen in EPC, ihre Expression sowie die subzelluläre Lokalisation und Regulation durch ROS untersucht werden (Ziel 1). Mit Hilfe von “gainof- function” und “loss-of-function” Strategien soll dann die Rolle der FOXO-Isoformen bei der Kontrolle der biologischen Funktionen endothelialer Progenitorzellen in vitro untersucht werden (Proliferation, Differenzierung, Migration, Apoptosis und Resistenz gegenüber oxidativem Stress) (Ziel 2). Diese Studien sollen mechanistische Erkenntnisse über durch FOXO regulierte Transkriptionswege, welche den EPCPhänotyp und das Verhältnis zwischen Redox-Stress und EPC-Funktion kontrollieren, erbringen. Die generelle Hypothese, welche mit Hilfe dieser Studien getestet werden soll ist, daß das durch FOXO kontrollierte Transkriptionsprogramm einen Ruhestatus („quiescence“) und eine gesteigerte Stressresistenz in EPC induziert und somit zu ihren Stammzellcharakteristiken beiträgt. Die Ergebnisse der in vitro Studien sollen in FOXO knockout Tieren in vivo vertieft werden, insbesondere in Hinsicht auf die Differenzierung, die Freisetzung der Zellen aus dem Knochenmark sowie dem homing im ischämischen Gewebe (Ziel 3). Die Daten und Erkenntnisse aus diesen Basisstudien sollen letztendlich genutzt werden, um die Rolle von FOXO-Transkriptionsfaktoren in Patienten mit koronarer Herzerkrankung (KHK)/Dilatativer Kardiomyopathie (DCM) zu untersuchen (Ziel 4). Diese Experimente werden im Kontext des besseren Verständnisses der Rolle von ROS-Stress bei der Kontrolle des EPC-Phänotyps und wie diese Transkriptionsfaktoren die Mechanismen der Kompensation gegenüber oxidativem Stress steuern, durchgeführt werden.