Mechanizmy tworzeniaMechanizmy tworzenianaczynaczyńń krwionokrwionośśnychnych

dr Agnieszka Łoboda

Wykład 1 19.10.2013

ZakZakłład Biotechnologii Medycznejad Biotechnologii MedycznejWydziaWydziałł Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJBiochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ

http://biotka.mol.uj.edu.pl/zbm/KIEROWNIK ZAKŁADU –Prof. dr hab. Józef Dulak

Plan wykPlan wykłładadóóww

1. Mechanizmy tworzenia naczyMechanizmy tworzenia naczyńń krwionokrwionośśnych nych (19.10.2013)

2. Rola VEGF w 2. Rola VEGF w angiogenezieangiogenezie(30.11.2013)

3. Rola angiogenezy w procesach chorobowych 3. Rola angiogenezy w procesach chorobowych (1.12.2013)

gr.

angeion = naczynie

+ genesis = pochodzenie, powstawanie

proces tworzenia nowych naczyńkrwionośnych

AngiogenezaAngiogeneza

angioblast

bFGF

VEGF

VEGF

Ang1, bFGF

Waskulogenezatworzenie kapilar

z komórek progenitorowych

Angiogeneza tworzenie naczyń

krwionośnych z istniejących kapilar

Arteriogenezatworzenie dojrzałych naczyń, róŜnicowanie do Ŝył i tętnic

Trzy mechanizmy tworzenia naczyTrzy mechanizmy tworzenia naczyńń krwionokrwionośśnychnych

MCP-1, PDGF

Ang-2

System naczySystem naczyńń

Ŝyły(do 3cm)

arteriole(30 µµµµm)

tętnice(do 0.5 cm)

kapilary(6 µµµµm)

Naczynia w mięśniu szkieletowym

(by(by Anne Weston, Cancer Research UKAnne Weston, Cancer Research UK))

Wypływ erytrocytów z uszkodzonego naczynia

Naczynia krwionośne w siatkówce oka

Budowa naczyBudowa naczyńń krwionokrwiono śśnychnych

Cleaver O & Melton DA, Nature Med., 2003

PERYCYTY - komórki okołonaczyniowe, komórki tkanki łącznej właściwej występujące

w ścianach naczyń włosowatych i Ŝyłek postkapilarnych, spłaszczone, wypustkami

otaczające komórki śródbłonka

ŚŚciana naczynia krwionociana naczynia krwionośśnego nego

Składają się z, w różnym stopniu rozwiniętych, warstw:

• warstwa wewnętrzna lub błona wewnętrzna (łac. tunica intima) - utworzona przez komórki śródbłonka i leżącej pod nimi luźnej tkanki łącznej, która może zawierać komórki mięśniówki gładkiej i nieliczne fibroblasty; • błona sprężysta wewnętrzna (łac. membrana elastica interna) - utworzona z włókien sprężystych; zaliczana do warstwy wewnętrznej; • warstwa środkowa lub błona środkowa (łac. tunica media) - utworzona przez ułożone okrężnie komórkimięśniowe gładkie, włókna lub blaszki sprężyste oraz włókna kolagenowe; • błona sprężysta zewnętrzna (łac. membrana elastica externa) • warstwa zewnętrzna, przydanka lub błona zewnętrzna (łac. tunica adventitia lub tunica externa) - utworzonaz włókien kolagenowych, może zawierać ponadto włókna sprężyste, komórki tkanki łącznej (fibroblasty, makrofagi, komórki tuczne),

perycyty

perycyty

perycyty

Naczynia krwionoNaczynia krwionośśnene

Fizjologiczna angiogeneza jest relatywnie Fizjologiczna angiogeneza jest relatywnie rzadko wystrzadko wystęępujpująącym procesemcym procesem

łłooŜŜyskoysko endometriumendometrium

wzrost wwzrost włłososóóww gojenie rangojenie ran

Naczynie Naczynie krwionokrwionośśnene

Tworzenie naczyTworzenie naczyńń krwionokrwionośśnych nych w zranionej skw zranionej skóórzerze

Zdrowa tkanka Tkanka 60 h po zranieniu

Tworzenie naczyTworzenie naczyńń krwionokrwiono śśnychnych

NADMIERNE

NIEWYSTARCZAJ ĄCE

Tworzenie naczyTworzenie naczyńń krwionokrwionośśnych nych –– krkróótka historiatka historia

* * ClaudiusClaudiusGalenGalen(1(12929––199199)) odkryodkryłł , , ŜŜe naczynia se naczynia sąą wypewypełłnione nione krwikrwiąą. William . William HarveyHarvey(1578 (1578 --1657) odkry1657) odkryłł krkrąŜąŜenie krwienie krwi

* s* słłowo owo „„ angiogenezaangiogeneza”” zostalozostalouuŜŜyte po raz pierwszy w 1787 roku przez yte po raz pierwszy w 1787 roku przez DrDr. Johna Huntera, kt. Johna Huntera, któóry opisywary opisywałł wzrost naczywzrost naczyńń krwionokrwionośśnych w nych w poroporoŜŜu reniferu reniferóóww

•• Obserwacje naczyObserwacje naczyńń krwionokrwionośśnych z wykorzystaniem kurzych nych z wykorzystaniem kurzych embrionembrionóów przez F. w przez F. FuellebornFuellebornw 1895w 1895

* Dok* Dokłładne badania angiogenezy oraz adne badania angiogenezy oraz limfangiogenezylimfangiogenezyprzeprowadziprzeprowadziłła a FlorenceFlorenceSabin w latach Sabin w latach 1902 -19201920

•• Pierwsze obserwacje Pierwsze obserwacje „„ dzieldzieląących sicych sięę”” naczynaczyńń w larwach w larwach plazplazóówwobserwowaobserwowałł Elliot Clark w 1918Elliot Clark w 1918

„„Nowa EraNowa Era”” w badaniach dotyczw badaniach dotycząących cych tworzenia naczytworzenia naczyńń krwionokrwionośśnychnych

�� Pierwszy inhibitor angiogenezy odkryty przez Pierwszy inhibitor angiogenezy odkryty przez DrDr. . JudahJudahFolkmanaFolkmanaoraz Dr. Henry Brema oraz Dr. Henry Brema w 1975w 1975

�� Pierwszy Pierwszy proangiogennyproangiogennyczynnik czynnik –– VEGF VEGF –– czynnik wzrostu czynnik wzrostu śśrróódbdbłłonka naczyonka naczyńń zostazostałłodkryty przez odkryty przez DrDr. Harolda . Harolda DvorakaDvorakaw 1983 podczas badaw 1983 podczas badańń nad nowotworaminad nowotworami

��W 1971 Dr. W 1971 Dr. JudahJudahFolkmanFolkmanzasugerowazasugerowałł , i, iŜŜ wzrost nowotworwzrost nowotworóów jest zalew jest zaleŜŜny od tworzenia ny od tworzenia naczynaczyńń krwionokrwionośśnychnych

FolkmanFolkman et al. 1971et al. 1971

Prof. Judah Folkman, 1933-2008

Jak badać procesy tworzenia naczyń krwionośnych

w laboratorium?

KomKomóórki rki śśrróódbdbłłonka onka

Kluczowe komórki w procesie angiogenezy

Komórki śródbłonka w hodowli – struktura kostki brukowej

(ang. cobblestone)

HMEC-1 -komórki śródbłonka wyizolowane ze skóry(ang. human microvascular endothelial cells)

- Linia unieśmiertelniona

HUVEC –komórki izolowane z żyły pępowinowej(ang. human umbilical vein endothelial cell line)

- Komórki pierwotne

RRóóżżne typy komne typy komóórek rek śśrróódbdbłłonka onka

Izolacja komIzolacja komóórek rek śśrróódbdbłłonka z onka z żżyyłły py pęępowinowejpowinowej

Test tworzenia naczyń (tubul) na matriżelu

Hodowle sferoidalne śródbłonka

• Procent sferek zaktywowanych (z utworzonymi wypustkami)

• Średnia długość utworzonych wypustek na jedną sferkę

• Średnia liczba utworzonych wypustek na jedną sferkę

Zakład Biotechnologii Medycznej

kontrola

Stymulacja

czynnikiem proangiogennym

„Aortic rings” – krążki aortalne

Zakład Biotechnologii Medycznej

Modelowe organizmy do badania angiogenezyModelowe organizmy do badania angiogenezy

Dorsal Aorta(DA)

Posterior Cardinal Vein(PCV)

Intersegmental Vessels(Se)

Dorsal Longitudinal Anastomotic Vessel(DLAV)

Caudal Vein Capillary Plexus

Markery komMarkery komóórek rek śśrróódbdbłłonkaonka

Scavenger receptorUptake of Ac-LDL

Factor VIII von Willebrand Factor (vWF)

VEGFVEGFR-2

AngiopoietinsTie-2

Ephrin B2EphB4

EphB4Ephrin B2

ET-1Endothelin receptor B (ETBR)

CD144 homotypic interactionCD144 (VE-cadherin)

ThrombinCD141 (thrombomodulin)

VLA-4 integrinCD106 (VCAM-1)

TGF-β1 and –β3CD105 (endoglin)

Sialyl-Lewis-X antigen and other carbohydratesCD62E (E-selectin)

LFA-1 integrinCD54 (ICAM-1)

L-selectinCD34

CD31 on endothelial cells, leukocytes; glycosaminoglycansCD31 (PECAM-1)

LigandMarker

GGłłóówne czynniki wzrostowe i receptory wne czynniki wzrostowe i receptory zaangazaangażżowane w regulacjowane w regulacjęę angiogenezyangiogenezy

VEGF – vascular endothelial growth factors – czynnik wzrostu śródbłonka naczyń

VEGF-A – główny mediator angiogenezy

VEGF-R – receptory dla czynnika wzrostu śródbłonka naczyń

Angiopoetyny (Ang-1, 2) Tie- 2 – receptor dla Ang-1, -2

FGFs – czynniki wzrostu fibroblastów

PDGF – płytkowopochodny czynnik wzrostu(ang. platelet-derived growth factor)

VEGFVEGF--AA•• czynnik wzrostu czynnik wzrostu śśrróódbdbłłonka naczyonka naczyńń(ang. (ang. vascularvascular endothelialendothelial growthgrowth factorfactor, , vascularvascular permeabilitypermeability factorfactor, , vasculotropinvasculotropin))–– homodimerhomodimer, 34, 34--42 42 kDakDa

•• Produkowany przez wiele typProdukowany przez wiele typóów komw komóórek (rek (npnp. makrofagi, fibroblasty, . makrofagi, fibroblasty, komkomóórki mirki mięśęśni gni głładkich oraz komadkich oraz komóórki nowotworowe)rki nowotworowe)

•• Ekspresja VEGF jest indukowana przez niedotlenienie oraz Ekspresja VEGF jest indukowana przez niedotlenienie oraz cytokinycytokinyprozapalneprozapalne

•• Receptory (VEGFReceptory (VEGF--R1 i VEGFR1 i VEGF--R2) sR2) sąą obecne przede wszystkim na komobecne przede wszystkim na komóórkach rkach śśrróódbdbłłonka, dlatego VEGF dziaonka, dlatego VEGF działła ga głłóównie na komwnie na komóórki rki śśrróódbdbłłonka (ale ronka (ale róówniewnieżżna neurony czy komna neurony czy komóórki rki SchwannaSchwanna))

•• VEGFVEGF--R1 ulega ekspresji rR1 ulega ekspresji róówniewnieżż na monocytach i komna monocytach i komóórkach mirkach mięśęśni ni ggłładkich adkich –– jego aktywacja zwijego aktywacja zwięększa ekspresjksza ekspresjęę metaloproteinazmetaloproteinaz i nasila migracji nasila migracjęękomkomóórekrek

VEGFVEGF--AA

•• chroni komchroni komóórki rki śśrróódbdbłłonka przed onka przed apoptozapoptoząą, stymuluje proliferacj, stymuluje proliferacjęę i i migracjmigracjęę komkomóórek rek śśrróódbdbłłonkaonka

•• VEGF dziaVEGF działła protekcyjnie na neuronya protekcyjnie na neurony

•• VEGF jest konieczny do normalnego rozwoju embrionalnego, cyklicVEGF jest konieczny do normalnego rozwoju embrionalnego, cyklicznego znego wzrostu naczywzrostu naczyńń krwionokrwionośśnych podczas regeneracji nych podczas regeneracji endometriumendometrium u kobiet czy u kobiet czy podczas gojenia ranpodczas gojenia ran

•• Z drugiej strony, VEGF jest odpowiedzialny za patologicznZ drugiej strony, VEGF jest odpowiedzialny za patologicznąą angiogenezangiogenezęęobserwowanobserwowanąą podczas zwyrodnienia stawpodczas zwyrodnienia stawóów, w, łłuszczycy czy uszczycy czy nowotworzenianowotworzenia

Ferrara & Alitalo, Nature Med. 2000

Obok stymulatorObok stymulatoróów angiogenezy znamy w angiogenezy znamy wiele inhibitorwiele inhibitoróów tego procesuw tego procesu

Swidzinska et al., 2006

Tworzenie naczyTworzenie naczyńń krwionokrwionośśnychnych

a) Waskulogenezatworzenie kapilar z komórek progenitorowych

b) Angiogenezatworzenie naczyń krwionośnych z istniejących kapilar

c) Arteriogenezatworzenie dojrzałych naczyń, różnicowanie do żył i tętnic

Tworzenie naczyTworzenie naczyńń krwionokrwionośśnychnych

• Waskulogeneza:

a) zachodzi podczas rozwoju embrionalnego;

• Angiogeneza:

a) podczas rozwoju embrionalnego

b) w okresie postembrionalnym: gojenie ran, tzw. neowaskularyzacja, itd.

b) w okresie postembrionalnym – związana z krążacymi komórkami progenitorowymi

WWasaskulogenezakulogeneza

1. Pierwsza faza

• Rozpoczyna się utworzeniem hemangioblastów

2. Druga faza

• Hemangioblasty proliferują i różnicują do komórek śródbłonka

3. Trzecia faza

• Komórki śródbłonka tworzą pierwotny splot naczyń krwionośnych (ang. primary capillary plexus)

Hemangioblast jest wielofunkcyjną komórką, prekursorem komórek hematopoetycznych i komórek śródbłonka

Istnienie hemangioblastów zostało opisane w 1900 roku przezWilhelma Hisa.

HemangioblastHemangioblast

Tworzenie naczyTworzenie naczyńń krwionokrwionośśnychnych

WaskulogenezaWaskulogeneza

Do niedawna uważano, że waskulogenezaograniczona jest jedynie do okresu rozwoju embrionalnego,

ale ostatnie badania sugerują, iż tzw. waskulogenezapostnatalna z komórek progenitorowych pochodzenia szpikowego może przyczyniać się do tworzenia naczyń

krwionośnych w procesach fizjologicznych (np. dojrzewanie oocytów w jajniku), naprawczych (gojenie ran) oraz patologicznych (np. wzrost naczyń w nowotworach).

WaskulogenezaWaskulogeneza zachodzi rzachodzi róówniewnieżżw okresie postnatalnymw okresie postnatalnym

JCI 1999;103:1231-1236

• Klasyczny model: Angiogeneza

– Dojrzałe komórki śródbłonka migrują i proliferują w celu utworzenia nowych naczyńkrwionośnych

• Nowy model:Angiogeneza + Waskulogeneza

- Komórki progenitorowe ze szpiku kostnego są mobilizowane do miejsc neowaskularyzacji

Progenitorowe komórki śródbłonka –EPC – ang. endothelial progenitor cells

Komórki wytwarzane głównie w szpiku kostnym, które przechodzą do krwi oraz w miejsce

uszkodzenia i biorą udział w tworzeniu i naprawienaczyń krwionośnych przez bezpośrednią

inkorporację do uszkodzonych miejsc oraz przezparakrynną stymulację komórek sąsiednich.

Mobilizacja komórek progenitorowych jest w duŜej mierze wywoływana przez lokalne niedotlenienie

EPC – ang. endothelial progenitor cellsPAC – ang. proangiogenic endothelial cells

ProgenitoroweProgenitorowe komkomóórki rki śśrróódbdbłłonkaonka

• 1997 Asahara i współpracownicy donieśli, że proces waskulogenezy zachodzi w życiu postnatalnym

– Komórki posiadają charakter progenitorowy

– Komórki te różnicują się do dojrzałych komórek śródbłonka

– Komórki biorą udział w tworzeniu naczyńkrwionośnych po wstrzyknięciu w niedotlenione miejsce

Science 1997;275:964-967

ProgenitoroweProgenitorowe komkomóórki rki śśrróódbdbłłonkaonka

Pobieranie Pobieranie AcLDLAcLDL przez EPCprzez EPC

EPC

1:200 2h

ZakZakłład Biotechnologii Medycznejad Biotechnologii Medycznej

WiWiąązanie zanie izolektynyizolektyny przez EPC przez EPC

kontrola

izolektyna

Lektyna z Bandeira simplicifolia

Zakład Biotechnologii Medycznej

Markery Markery progenitorowychprogenitorowychkomkomóórek rek śśrróódbdbłłonkaonka

CD34VEGFR2CD133 (prominin, AC133)

Etapy angiogenezy

?

- zwiększenie przepuszczalności ściany naczynia

- rozluźnienie warstwy komórek wspomagających (perycytów)

- uwolnienie proteinaz przez komórki śródbłonka

- trawienie błony podstawnej i macierzy pozakomórkowej otaczającejnaczynie krwionośne

- migracja i proliferacja komórek śródbłonka

- tworzenie struktur naczyniowych

- łączenie (fuzja) nowych naczyń

- inicjacja przepływu krwi

- zahamowanie proliferacji komórek śródbłonka

- zahamowanie migracji komórek śródbłonka

- synteza błony podstawnej

Etapy angiogenezy

AngiogeneAngiogeneza za –– migracja kommigracja komóórek rek śśrróódbdbłłonkaonka

Śródbłonek

VEGF

Komórki mięśni

gładkich

Błonapodstawna

Kluczowa rola Kluczowa rola metaloproteinazmetaloproteinaz w w angiogenezieangiogenezie

MMP-2 – gelatinase AMMP-9 – gelatinase B

PRO-ANGIOGENNE

• degradacja błony podstawnej oraz macierzy zewnątrzkomórkowej umożliwia migrację komórek śródbłonka

• uwalnianie aktywnego czynnika VEGF z macierzy zewnątrzkomórkowej

• cięcie błony podstawnej w celu uwolnienia bFGF czy aktywacji TGFβ

MMPsMMPs ssąą zarzaróówno pro i wno pro i antyanty--angiogenneangiogenne

MMPsMMPs ssąą zarzaróówno pro i wno pro i antyanty--angiogenneangiogenne

ANTY-ANGIOGENNE

• Tworzenie antyangiogennych czynników

- angiostatyna z plazminogenu

- endostatyna, tumostatyna, arrestyna z kolagenu (typ XVIII i IV)

TIMPs – (ang. tissue inhibitors ofmetalloproteinases )

Tkankowe inhibitory metaloproteinaz

MMPs (ang. matrix metalloproteinases)metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej

zależne od cynku endopeptydazy

Równowaga pomiędzy MMPs i TIMPsRRóównowaga pomiwnowaga pomięędzy dzy MMPsMMPs i i TIMPsTIMPs

- zwiększenie przepuszczalności ściany naczynia

- rozluźnienie warstwy komórek wspomagających (perycytów)

- uwolnienie proteinaz przez komórki śródbłonka

- trawienie błony podstawnej i macierzy pozakomórkowej otaczającejnaczynie krwionośne

- migracja i proliferacja komórek śródbłonka

- tworzenie struktur naczyniowych

- łączenie (fuzja) nowych naczyń

- inicjacja przepływu krwi

- zahamowanie proliferacji komórek śródbłonka

- zahamowanie migracji komórek śródbłonka

- synteza błony podstawnej

Etapy angiogenezy

AngiogeneAngiogeneza za –– proliferacja komproliferacja komóórek rek śśrróódbdbłłonkaonka

VEGF

wydłuŜanie

Śródbłonek

Komórki mięśni

gładkich

Błonapodstawna

- zwiększenie przepuszczalności ściany naczynia

- rozluźnienie warstwy komórek wspomagających (perycytów)

- uwolnienie proteinaz przez komórki śródbłonka

- trawienie błony podstawnej i macierzy pozakomórkowej otaczającejnaczynie krwionośne

- migracja i proliferacja komórek śródbłonka

- tworzenie struktur naczyniowych

- łączenie (fuzja) nowych naczyń

- inicjacja przepływu krwi

- zahamowanie proliferacji komórek śródbłonka

- zahamowanie migracji komórek śródbłonka

- synteza błony podstawnej

Etapy angiogenezy

AngiogeneAngiogenezaza –– tworzenie kapilartworzenie kapilar

VEGF

Śródbłonek

Komórki mięśni

gładkich

Błonapodstawna

- zwiększenie przepuszczalności ściany naczynia

- rozluźnienie warstwy komórek wspomagających (perycytów)

- uwolnienie proteinaz przez komórki śródbłonka

- trawienie błony podstawnej i macierzy pozakomórkowej otaczającejnaczynie krwionośne

- migracja i proliferacja komórek śródbłonka

- tworzenie struktur naczyniowych

- łączenie (fuzja) nowych naczyń

- inicjacja przepływu krwi

- zahamowanie proliferacji komórek śródbłonka

- zahamowanie migracji komórek śródbłonka

- synteza błony podstawnej

Etapy angiogenezy

AngiogeneAngiogeneza za –– tworzenie funkcjonalnych naczytworzenie funkcjonalnych naczyńń

VEGF

SMC, pericyty

Śródbłonek

Komórki mięśni

gładkich

Błonapodstawna

Etapy angiogenezy

Angiogeneza

Dwa podstawowe mechanizmy:

a) sprouting angiogenesis – endothelialsprouting- kiełkowanie komórek śródbłonka

b) intussusceptive angiogenesis – wgłobienie do światła naczyń

SproutingSprouting angiogenesisangiogenesis ––„„kiekiełłkowaniekowanie”” komkomóórek rek śśrróódbdbłłonkaonka

Kiełkowanie komórek śródbłonka -wzrost i rozgałęzianie się (branching) istniejących naczyń w kierunku strefy awaskularnej

- degradacja macierzy zewnątrzkomórkowej

- migracja komórek śródbłonka

- proliferacja komórek śródbłonka

SproutingSprouting angiogenesisangiogenesis ––„„kiekiełłkowaniekowanie”” komkomóórek rek śśrróódbdbłłonkaonka

Kiełkująca komórka = komórka czołowa – tip cell

komórki śródbłonka

perycyty

błona podstawna

W „zaktywowanych” komórkach śródbłonka pojawia się tzw. komórka czołowa (tip cell). Dzięki filopodiom komórka ta „rozpoznaje” gradient stężenia

czynników proangiogennych wydzielanych przez komórki.

Suchting et al., Cell 2009 Kume, Journal of Angiogenesis Research 2009

W reakcji biorą takŜe udział receptory VEGF, neuropiliny (NRP), a takŜe białko NOTCH i jego ligandy: DDL4 i JAGGED. Proliferacja komórek śródbłonkowych (stalk cells) znajdujących się za komórką czołową jest kontrolowana m.in. przez

NOTCH, WNT, PlGF, FGF.

IntussusceptiveIntussusceptive oror nonnon--sproutingsprouting angiogenesisangiogenesisangiogeneza angiogeneza wgwgłłobieniowaobieniowa

tworzenie nowych naczyńkrwionośnych poprzez

wpuklanie tkanki łącznej – tworzącej tzw. kolumnytkankowe (tissue pillars)

– do wnętrza jużistniejących naczyń

Sacewicz et al. Postepy Hig Med Dosw, 2009

a: Remodeling: A pillar appears in closeproximity of the branching angle

b,c: From the pillar a fold developstoward the tissue of the branching angleand finally the pillar tissue merges withthe interstitium of the branching angle

d: As a result, the branching angle isrelocated proximalad and the angle isaltered

e: Pruning: A column of pillars arisesclose to the branching angleThe pillars can merge along a lineindicated by the arrows. The eccentriclocation of the pillars can lead to alterations in the diameter of a vascularbranch.

f: Ultimately, a branch can be completelypruned by repetition of the process(arrows along a theoretical line).

Mikroskopia skaningowa umożliwia wizualizację angiogenezy wgłobieniowej

Burri, PH Dev Dyn. 2004

Mechanizmy tworzenia naczyńkrwionośnych w nowotworach

Angiogeneza w nowotworachAngiogeneza w nowotworach

Loboda et al., 2012

Mechanizmy tworzeniaMechanizmy tworzenianaczynaczyńń krwionokrwionośśnych w nowotworach nych w nowotworach

Loboda et al., 2012

Loboda et al., 2012

Specjalne mechanizmy tworzeniaSpecjalne mechanizmy tworzenianaczynaczyńń krwionokrwionośśnych w nowotworach nych w nowotworach

wbudowywanie naczyńkrwionośnych gospodarza do guza

unikatowa zdolność komórek nowotworów złośliwych do ekspresji fenotypu ECs i

formowania struktur podobnych do naczyń

Jakie czynniki środowiskowe zwiększają

intensywność procesu angiogenezy?

HHIIPOPOKSJKSJAA -- NIEDOTLENIENIENIEDOTLENIENIE� dostępność czy dostarczenie tlenu jest niższe

niż jego prawidłowy poziom konieczny do utrzymania podstawowych funkcji danej tkanki

� dysproporcja między zapotrzebowaniem a zaopatrzeniem w tlen

� różne tkanki posiadają różne zapotrzebowanie na tlen

Stężenie atmosferyczne 21% O2

Kapilary płucne 13% O2

Zdrowe tkanki 2.5-9% O2

Tkanki zranione < 1% O2

Niedotlenienie w tkankachNiedotlenienie w tkankach

1. Fizjologiczny proces – szczególnie podczas embriogenezy

2. W sytuacjach patologicznych – nowotwory, zawał, niedotlenienie kończyn

W guzie nowotworowym jest niedotlenienieW guzie nowotworowym jest niedotlenienie

Brahimi-Horn et al., 2007

21%

~15-20%

~14 %~5 %

~0.5-2.5 %

~0.1-1.5 %

Jak komJak komóórki rki „„odczuwajodczuwająą””zmiany stzmiany stężężenia tlenu?enia tlenu?

Badania sekwencji HRE (ang. hypoxia response element)

w genie erytropoetyny doprowadziły do odkrycia czynnika HIF-1 przez dwóch badaczy w 1992 roku

Semenza GL & Wang GL. (1992). Mol. Cell. Biol. 12: 5447-5454.

HIFHIF--1: 1: HHypoxia ypoxia IInducible nducible FFactor actor –– 11

czynnik indukowany przez niedotlenienie

HIF-1 to białko o aktywności czynnika transkrypcyjnego- wiąŜe się do DNA i reguluje ekspresję genów

Jest zbudowane z dwóch podjednostek : HIF-1αααα i HIF-1ββββ

NiedotlenienieNiedotlenienie –– 0.50.5--2%O2%O22

Aktywacja czynnika HIFAktywacja czynnika HIF--1 zwi1 zwięększa ksza ekspresjekspresjęę VEGF w komVEGF w komóórkach rkach śśrróódbdbłłonkaonka

ELISA

EF2normoxia hypoxia

VEGF **

normoxia0

100

200

300

400

hypoxia

500

VE

GF

[% o

fcon

trol

]

RT-PCR

00,51

1,52

2,53

normoxia

*

hypoxia

QRT-PCR

VE

GF

mR

NA

∗ p<0,05 vs normoksja ∗∗ p<0,01 vs normoksja

normoxia

hypoxia

LobodaLoboda et al., 2006et al., 2006

Mechanizmy zaangaMechanizmy zaangażżowane w tworzenie naczyowane w tworzenie naczyńń krwionokrwionośśnych nych ssąą ewolucyjnie bardzo konserwatywneewolucyjnie bardzo konserwatywne

Schweitzer et al. Science 2005

Mechanizmy zaangaMechanizmy zaangażżowane w tworzenie naczyowane w tworzenie naczyńńkrwionokrwionośśnych snych sąą ewolucyjnie bardzo konserwatywneewolucyjnie bardzo konserwatywne

Obecność białek podobnych do VEGF u różnych zwierząt

U nicienia Caenorhabditis elegans znaleziono 4 homologiczne do ludzkich receptory (VER-1 to VER-4) i jeden ligand (PVF-1)

Jorgensen & Mango, Nat Rev Gen 2002; Tarsitano et al. FASEB J 2006

HUVEC HUVEC + VEGF HUVEC + PVF-1

Podsumowanie

1. Komórki śródbłonka stanowią wewnętrzną warstwę naczyńkrwionośnych

2. Istnieją trzy główne mechanizmy tworzenia naczyń krwionośnych – waskulogeneza, angiogeneza i arteriogeneza

3. Wiele czynników wzrostowych, cytokin i innych mediatorów reguluje proces tworzenia naczyń krwionośnych

4. Fizjologiczna angiogeneza w dorosłym organizmie występuje tylko w ściśle określonych sytuacjach, ale jest charakterystyczna dla rozwoju wielu chorób

5. Angiogeneza jest wieloetapowym procesem, na który składają sięm.in. aktywacja komórek śródbłonka, ich proliferacja i migracja

DziDzięękujkuj ęę za uwagza uwagęę !!

http://biotka.mol.uj.edu.pl/zbm/