Kurzfassung

Chronische und akute Wunden sind im menschlichen Körper eng mit entzündlichen Prozessen verbunden. In der frühen Entzündungsphase der Wundheilung werden inflammatorische Zellen (Neutrophile, Makrophagen) aus dem Blut zum geschädigten Gewebe rekrutiert, um die Wunde von infektiösen Agenzien und Zellresten zu befreien. In der darauffolgenden Proliferationsphase wird die Wunde mit neugebildetem Granulationsgewebe gefüllt, welches hauptsächlich aus Matrix-produzierenden Fibroblasten und...
Chronische und akute Wunden sind im menschlichen Körper eng mit entzündlichen Prozessen verbunden. In der frühen Entzündungsphase der Wundheilung werden inflammatorische Zellen (Neutrophile, Makrophagen) aus dem Blut zum geschädigten Gewebe rekrutiert, um die Wunde von infektiösen Agenzien und Zellresten zu befreien. In der darauffolgenden Proliferationsphase wird die Wunde mit neugebildetem Granulationsgewebe gefüllt, welches hauptsächlich aus Matrix-produzierenden Fibroblasten und Blutgefäßen besteht. Anschließend sprossen neue Gefäße in das Wundareal ein. Endothelzellen spielen somit sowohl in der Entzündungsphase (Rekrutierung der inflammatorischen Zellen durch Expression von Adhäsionsmolekülen und durch die Freisetzung von Zytokinen) als auch bei der Gefäßeinsprossung (Angiogenese) eine bedeutende Rolle.
Sowohl die initiale Entzündungsreaktionen als auch die anschließende Wundheilung erfordern die Synthese neuer Proteine. So werden bei der Zellproliferation und Angiogenese neue, membranständige Rezeptoren an die Zellmembran gebracht und während der Bildung von Granulationsgwebe vermehrt Matrix gebildet und sezerniert. Die neu gebildeten Rezeptoren und Matrixproteine, aber auch Zytokine und Wachstumsfaktoren werden in das endoplasmatische Retikulum (ER) geschleust, wo sie posttranslational modifiziert und in ihre funktionsfähige Konformation überführt werden. Hierbei handelt es sich um enorme Proteinmengen, die das ER passieren: Pro Minute werden pro Zelle ca 0,1 bis 1 Mio. Proteine in das ER geschleust. Die korrekten Proteinmodifikationen, Proteinfaltungen und auch die Überprüfung der Proteinkonformation findet durch eine eigene ER-ständige Proteinfamilie, die Chaperone, statt. Kommt es durch vermehrte Proteinsynthese oder durch Änderungen im zellulären Mikromilieu zu einer Missverhältnis im Protein/Chaperon Verhältnis, so wird eine Signalkaskade, die sogenannte „unfolded protein response (UPR)“ initiiert. Die UPR induziert 3 Signalwege, die i) zum Abschalten der generellen Proteinsynthese führen, was die Proteinbelastung des ER drastisch vermindert, ii) zur spezifischen Induktion und Translation ausgewählter Proteine, wie z.B. der Chaperone, was die Faltungskapazität im ER erhöht, iii) zum Zellzyklusarrest und iv) bei langanhaltendem ER-Stress zur Apoptose. Zentraler Regulator der UPR ist BiP, das ER-ständige Chaperon der Hsp70 Familie.
In Kooperation mit der Universität Freiburg wurde in chronisch entzündlichem Granulationsgewebe die erhöhte Expression der ER-ständigen Chaperone BiP, Grp94 und Mdg1 gezeigt. Neben Fibroblasten und inflammatorischen Zellen, zeigten auch Endothelzellen eine erhöhte Menge von oben genannten Chaperone. Faktoren, die bei der Wundheilung eine Rolle spielen, unter anderem TNF-α und Hypoxie, induzierten ebenfalls die erhöhte Expression von UPR Chaperonen. Interessanterweise führten Kobalt-Ionen, die in hoher Menge im Granulationsgewebe um Metallimplantate verfügbar sind, auch zu einer Hochregulation von Mdg1. Die Rolle der Chaperone und der induzierten UPR Signalkaskaden sind bisher bei entzündlichen Prozessen und bei der Wundheilung noch nicht bekannt. Außerdem gibt es nur wenige Daten hinsichtlich der Funktionen von Mdg1. Mdg1 scheint aber eng mit der BiP Aktivität assoziiert zu sein und fungiert möglicherweise als ein BiP-Cochaperon. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass erhöhte Mdg1 Mengen hauptsächlich in aktivierten Endothelzellen gefunden werden können.
Im Rahmen dieses Projektes soll die Bedeutung von BiP und Mdg1 als auch der UPR generell in Endothelzellen bei der Wundheilung erforscht werden. Durch Überexpression bzw. Herunterregulation von Mdg1 und BiP soll in primären Endothelzell-Kulturen die Rolle dieser Chaperone für verschiedene Endothelzellfunktionen, insbesondere bei Entzündungsreaktionen und bei der Gefäßneubildung, untersucht werden. Zur Untersuchung der Rolle der Chaperone bei Entzündungsreaktionen, sollen - nach erfolgreicher Hoch- bzw. Herunterregulation der Chaperone – die Expression und Synthese von Adhäsionsmoleküle (ICAM-1, E-Selektin) nach Applikation von TNF-α, aber auch von Kobaltchlorid oder unter hypoxischen Bedingungen auf RNA und Proteinebene bestimmt werden. Zur Untersuchung der Chaperonfunktion bei der Gefäßneubildung sollen standardisierte Angiogenese-Assays durchgeführt werden. Die in vitro Ergebnisse werden dann an histologischem Biopsie-Material überprüft. Neue Erkenntnisse bezüglich der Rolle der UPR bei entzündlichen Erkrankungen bieten neue Diagnose und Therapiemöglichkeiten bei akuten und chronischen Entzündungen als auch bei Wundheilungsprozessen.


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