INSTITUT FÜR PROPHYLAXE UND EPIDEMIOLOGIE DER KREISLAUFKRANKHEITEN

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1 Rechenschaftsbericht 2008 zum Nachweis über die Erfüllung des Stiftungszweckes INSTITUT FÜR PROPHYLAXE UND EPIDEMIOLOGIE DER KREISLAUFKRANKHEITEN - August-Lenz-Stiftung - Direktor: Prof. Dr. med. P. C. Weber 1. MITARBEITER Prof. Dr. med. Reinhard Lorenz Prof. Dr. med. Wolfgang Siess PD Dr.rer.biol.hum.habil. Stefan Linder PD Dr. rer.biol.hum.habil. Wolfgang Erl Dr. med. Adelheid Clados Dr. rer. nat. Christian Johannes (z.t. DFG) Dr.rer.biol.hum. P. Goyal (z.t. DFG) Dr. Vera Krump-Konvalinkova (z.t. Dt. Herz-St.) Dr. rer.biol.hum. D. Pandey (z.t. DFG) Antje Behring, Pharmazeutin (FöFoLe) Dipl. Biol Reinhard Brauner (DFG, A.-L.-Stift.) Dipl. Biol. Ilona Chwalla (Else-Kröner-Stift.) M.Sc. Susanne Cornfine (DFG) Dipl.Biochem. Anna Khandoga (BayEFG) Dipl. Biol. Sandra Penz (Hella-Langer-Stift.) Dipl. Biol. Ariane Rode (DFG, A.-Lenz-Stiftung) Dipl. Biol. Sabine Rode (DFG, August-Lenz-St.) Dipl. Biol. A. Schäffauer, (August-Lenz-Stiftung) Dipl. Biol. Vanessa van Vliet (DFG) Dipl. Biol. Christiane Wiesner (DFG) Dr. Biochem. A. Perchuc (August-Lenz-Stiftung) 3 med. Doktoranden/innen 8 technische Mitarbeiter, Labor- und Büroangestellte (z. T. August-Lenz-Stiftung) 2. KLINISCHE LEISTUNGSDATEN 2.1. Patientenbezogene Untersuchungen Ambulante Mehrfachuntersuchungen: ca. 900 Patienten mit internistischen, insbesondere kardiovaskulären Erkrankungen und zur Vorsorge Laborleistungen: In den Labors des Kreislaufinstitutes werden Untersuchungen im Rahmen der nicht-invasiven Herz-Kreislauf-Diagnostik und von Hypertonie- sowie Stoffwechselerkrankungen vorgenommen. Weiterhin werden spezielle Laborbestimmungen bioaktiver Lipide und von Zellfunktionen durchgeführt und unter kontrollierten Bedingungen Analysen von Mikronutrients sowie spezieller Risiko-Marker für Arteriosklerose angeboten. 3. LEHRE Seminare zur Pathogenese und Prävention der Arteriosklerose Kurse (EKG, Zellbiologie), Repetitorien, Gruppenunterricht Innere Medizin Journal-Clubs Kolloquien 4. FORSCHUNGSSCHWERPUNKTE Ziel der Arbeiten am Institut ist die Erforschung der Ursachen, der Früherkennung und Diagnostik sowie der Behandlung und Vorbeugung von Erkrankungen des Herz-Kreislauf- Systems. Schwerpunkte liegen bei der Aufklärung molekularer Prozesse des vaskulären Gewebsumbaus und früher Erkrankungs- bzw. Risikomarker der Arteriosklerose. Die

2 Untersuchungen betreffen Mechanismen der Arteriosklerose-Entstehung und -Rückbildung wie die Einwanderung von Zellen aus der Blutbahn in die Gefäßwände, die Aufnahme, Ansammlung in und Ausschleusung von Cholesterin aus den Arterien, die überschießende Proliferation und den Untergang vaskulärer Zellen, sowie die intraarterielle Thrombosebildung nach Ruptur arteriosklerotischer Plaques. Einige aktuelle Forschungsergebnisse haben bereits Bedeutung für die Behandlung. Daneben können Messungen von Fettsäurezusammensetzung und Eikosanoidbildung, von Lipiden und sekundären Pflanzenstoffen sowie Untersuchungen an zirkulierenden Immunzellen Aufschluss über biologische Effekte von Nahrungskomponenten und Pharmaka geben. Proliferationspotential und Apoptose-Regulation in Gefäßwandzellen Das Proliferationspotential und die Apoptose bestimmen die Zellhomöostase und Regenerationsfähigkeit des Gefäßsystems. Bei der Atherosklerose tritt eine Störung dieses Gleichgewichts auf. Dies beeinflusst die Anzahl und Funktion der Progenitorzellen und kann zur Progression der Arteriosklerose beitragen. Glatte Gefäßmuskelzellen der Neointima reagieren auf verschiedene Apoptosestimuli sensitiver als Zellen aus der Media. Substanzen, die sich diese Eigenschaften zu nutzen machen, können einen neuen Ansatz zur Beeinflussung der Arteriosklerose darstellen. Das Tumorsuppressorprotein p53 spielt eine wichtige Rolle bei der Apoptoseregulation sowohl in Endothelzellen als auch in glatten Gefäßmuskelzellen, da die Aktivierung dieses Proteins in Media- und Neointima-Zellen sehr unterschiedlich verläuft. Eine Herunterregulierung von p53 in Zellen der Neointima führte zu einer Apoptoseinduktion. D. h. eine Hemmung von p53 in Neointimazellen z.b. durch drug-eluting stents böte eine Möglichkeit zur Verminderung von Restenoseprozessen. Mechanismen der zellulären Sterolselektivität Die Selektivität der systemischen Absorption von Cholesterin und die Interaktion mit zahlreichen, strukturell sehr ähnlichen Phytosterolen ist mechanistisch unvollständig verstanden. An enteralen, hepatischen und monozytären Modellen wurde deshalb die zelluläre Aufnahme, Metabolisierung und Resekretion von Sterolen untersucht. Entstehende Sterolmetabolite wurden auf ihre biologische Aktivität als Agonisten des nukleären Transskriptionsfaktors LXR untersucht und für die Untersuchung ihrer intrazellulären Verteilung fluoreszenzmarkiert dargestellt. Es fanden sich sowohl auf Ebene der zellulären Aufnahme, der intrazellulären Deposition, der Metabolisierung und der biologischen Aktivität Unterschiede, die gemeinsam die hohe zelluläre Sterolselektivität erklären können. Regulation des Matrix-Abbaus durch monozytäre und invasive Zellen Der Abbau extrazellulärer Matrix ist ein für physiologische wie pathologische Vorgänge entscheidender Mechanismus. Wir haben in verschiedenen Zellsystemen regulatorische Proteine untersucht, die diese Vorgänge auf grundlegende Weise beeinflussen. Die Rolle Matrix-abbauender Enzyme wurde unter verschiedenen inflammatorischen Bedingungen, wie z.b. Ischämie-Reperfusion, untersucht. Als Ursache einer erhöhten mikrovaskulären Permeabilität konnte ein verstärkter Abbau von Kollagen in der Basalmembran durch die Matrix-Metalloproteinase MMP-9 identifiziert werden. Eine Dysregulation des Matrix-Abbaus trägt auch entscheidend zur Tumor-Dissemination bei. Es wurde gefunden, dass der Zytoskelett-Regulator Coronin-3, ein Aktin-Bindeprotein, zu verstärktem Matrix-Abbau und erhöhter Invasivität von Tumorzellen beiträgt. Regulation der Adhäsion glatter Gefässmuskelzellen Vaskuläre Dysfunktionen wie Atheroskelerose oder Restenose werden u.a. durch sekundäre Botenstoffe wie Stickstoffmonoxid (NO) oder zyklisches Guanosin Monophosphat (cgmp) beeinflusst. Es wurde nachgewiesen, dass die NO/cGMP-abhängige Proteinkinase cgki einen entscheidenden Einfluss auf die Adhäsion primärer glatter Gefässmuskelzellen aus der murinen Aorta (VSMCs) hat. Dieser Effekt beruht auf einer Inhibition des Rho-Rho Kinase 2

3 pathways sowie einer erhöhten Exposition von 1 und 3 Integrinen auf der Zelloberfläche und ist spezifisch für frisch isolierte, jedoch nicht für passagierte Zellen. Diese Daten stellen eine wertvolle Grundlage zum Verständnis vaskulärer Dysfunktionen dar. Entwicklung neuer Messmethoden zur Erfassung der Wirksamkeit Thrombozytenhemmender Medikamente Es wurde eine Methode entwickelt, die den Grad der thrombozytären Hemmung nach Einnahme von ADP-Rezeptorantagonisten (Clopidogrel) und Aspirin (100 mg) zuverlässig und spezifisch misst. Die Messung wird im antikoagulierten Blut durchgeführt und dauert nur ca, 10 Minuten. Die Methode könnte in klinischen Studien zur Erfassung der Aspirin- und Clopidogrel-Resistenz von Patienten eingesetzt werden. Rezeptoren bioaktiver Lipide (LPA, S1P) in Thrombozyten und Endothelzellen Lysophosphatidsäure (LPA) wurde als wesentliche Plättchen-aktivierende Substanz im lipidrich core atherosklerotischer Plaques und in LDL identifiziert. LPA wirkt über die Aktivierung von G-Protein gekoppelten Rezeptoren. Mittlerweilen sind 8 LPA-Rezeptoren bekannt. Untersuchungen mit si-rna zur Ausschaltung spezifischer LPA-Rezeptoren in einer megakaryozytären Zell-Linie und pharmakologische Untersuchungen mit LPA-Rezeptor Subtyp-spezifischen Agonisten und Antagonisten legen nahe, dass LPA 5 in der LPAinduzierten Thrombozyten-Aktivierung involviert ist. In Endothelzellen wurde gefunden, dass S1P 1 der wesentliche S1P-Rezeptor ist, der für die Migration der Endothelzellen verantwortlich ist. S1P 3 spielt keine Rolle. Weiter zeigten fluoreszenz-mikroskopische Untersuchungen in EGFP-S1P 1 und EGFP-S1P 3 transfizierten Endothelzellen die dynamische Umverteilung dieser Rezeptoren während der Zell-Migration in Membranruffles und in intrazellulären Vesikeln. Außerdem gelang es, aus CD34+ Zellen peripheren Blutes und des Nabelschnurblutes endotheliale Zellen mit hohem Proliferationspotential zu kultivieren, die die gleiche Antigen-Expression, S1P Rezeptorprofil und funktionelle Eigenschaften wie HUVEC aufwiesen. Diese Endothelzellen könnten aufgrund ihres hohen Regenerationspotentials für therapeutische Zwecke interessant sein. Aktindynamik in Thrombozyten Cofilin, ein Aktin-dynamisierendes Protein, wird in Thrombin- und LPA-stimulierten Plättchen sehr schnell dephosphoryliert, und dadurch aktiviert. Die Cofilindephospholierung reguliert spezifisch die Sekretion von Plättchengranula-Inhaltsstoffen. Der Signalweg, der zur Dephosphorylierung von Cofilin in aktivierten Thrombozyten führt, wurde aufgeklärt: er wird durch eine Ca 2+ -abhängige Rac-Aktivierung initiert, welche über eine Aktivierung der Klasse II PAK-Kinasen zur Cofilin-Dephosphorylierung führt. Die bislang unbekannte Cofilinphosphatase könnte ein neuer Angriffspunkt für zukünftige Sekretionshemmung-basierte Thrombozytenhemmer darstellen. Identifizierung einer neuen Kinasen-Familie in Endothelzellen Durch Untersuchungen an Endothelzellen, HeLa- und HEK -Zellen wurde eine neue Familie von nukleären Kinasen gefunden. Es wurde die genomische Struktur und die evolutionäre Entwicklung des Genes einer Kinase dieser Familie analysiert und aufgeklärt. Interessanterweise reguliert diese nukleäre Kinase in Endothelzellen den Zell-Zyklus negativ und die Angiogenese positiv. Die Forschungsprojekte wurden und werden gefördert durch das Bundesministerium für Forschung und Technologie, die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen von Sonderforschungsbereichen, Schwerpunktprogrammen, Einzelanträgen sowie das DFG-Graduiertenkolleg Vaskuläre Biologie in der Medizin. Daneben werden Mittel des FöFoLe-Programmes und von Wissenschafts-Stiftungen, vor allem der August-Lenz-Stiftung, eingesetzt. 5. EINGEWORBENE DRITTMITTEL 3

4 Förderinstitution Drittmittel 2007 ( /Tsd.) DFG: SFB, Graduiertenkolleg, SPP, Einzelanträge Stiftungen: A.-Lenz-St., Fr. Baur-Stift., E. Kröner Fresenius-Stift., Hella-Langer- Stiftung, Dt. Stiftung f. Herzforschung, Wilhelm-Sander-Stiftung FöFoLe (LMU), Bay.Elite FG (Universität Bayern), EU-Forschungsförderung, Sonstige Drittmittel 2008 ( /Tsd.) Gesamt ERNENNUNGEN Promotionen (1 abgeschlossenes Verfahren: Dr.rer.biol.hum.) Dr. rer.biol.hum. Sandra Magdalena Penz 7. PUBLIKATIONEN Schulz C, Konrad I, Sauer S, Orschiedt L, Koellnberger M, Lorenz R, Walter U, Massberg S. (2008) Effect of chronic treatment with acetylsalicylic acid and clopidogre on atheroprogression and atherothrombosis in ApoE-deficient mice in vivo. Thomb Haemost. 99(1): (IF: 2.8) Gimona M, Buccione R, Courtneidge S, Linder S. (2008) Assembly and biological role of podosomes and invadopodia. Current Opinion in Cell Biology 20(2): (IF: 14.3) Thal DR, Xavier CP, Rosentreter A, Linder S, Friedrichs B, Waha A, Pietsch T, Stumpf M, Noegel AA, Clemen CS. (2008) Expression of coronin-3 (coronin-ic) in diffuse gliomas is related to malignancy. J Pathol. 214(4): (IF: 5.8) Rode S, Rubic T, Lorenz RL. (2008) alpha-tocopherol disturbs macrophage LXRalpha regulation of ABCA1/G1 and cholesterol handling. Biochem Biophys Res Commun. 369(3): (IF: 2.9) Krump-Konvalinkova V, Chwalla I, Siess W. (2008) FTY720 inhibits S1P-mediated endothelial healing: Relationship to S1P 1 -receptor surface expression. Biochem Biophys Res Commun. 370(4): (IF: 2.9) Reichel CA, Rehberg M, Bihari P, Moser CM, Linder S, Khandoga A, Krombach F. (2008) Gelatinases mediate neutrophil recruitment in vivo: evidence for stimulus specificity and a critical role in collagen IV remodeling. J Leukoc Biol. 83(4): (IF: 4.6) Schulz C, Penz S, Hoffmann C, Langer H, Gillitzer A, Schneider S, Brandl R, Seidl S, Massberg S, Pichler B, Kremmer E, Stellos K, Schönberger T, Siess W, Gawaz M. (2008) Platelet GPVI binds to collagenous structures in the core region of human atheromatous plaque and is critical for atheroprogression in vivo. Basic Res Cardiol. 103(4): (IF: 3.8) 4

5 Weinmeister P, Lukowski R, Linder S, Traidl-Hoffmann C, Hengst L, Hofmann F, Feil R. (2008) Cyclic guanosine monophosphate-dependent protein kinase I promotes adhesion of primary vascular smooth muscle cells. Mol Biol Cell 19(10): (IF: 6,0) Khandoga AL, Fujiwara Y, Goyal P, Pandey D, Tsukahara,R., Bolen,A., Guo, F., Wilke N, Liu J, Valentine WJ, Durgam GG, Miller DD, Jiang G, Prestwich GD, Tigyi G, and Siess W. (2008) Lysophosphatidic acid-induced platelet shape change revealed through LPA 1-5 receptorselective probes and albumin. Platelets 19(6): (IF: 1.9) Buccione R, Gimona M, Linder S (2008). FEBS workshop: invadopodia podosomes and focal adhesions in tissue invasion. Eur J Cell Biol. 87(8-9): (IF: 3.2) Pandey D, Goyal P, Dwivedi S, Siess W (2008) Unraveling a novel Rac1-mediated signaling pathway that regulates cofilin dephosphorylation and secretion in thrombin-stimulated platelets. Blood, in revision. (IF: 10.9) Yu AL, Lorenz RL, Haritoglu C, Kampik A, Welge-Lüssen U. Biologic effects of native and oxidized low-densitiy lipoproteins in cultured human retinal pigment epithelial cells. Exp Eye Res; Epub ahead Nov 27, (IF: 2.7) Penz S, Bernlochner I, Toth O, Calatzis A, Siess W (2008) Rapid and specific measurement of platelet responsiveness to clopidogrel and aspirin alone and in combination by multiple electrode aggregometry in diluted whole blood. Submitted. Van Vliet V, Böhlig B, Peitsch WK, Osiak AE, Sixt M, Ebbing B, Schröder A, Linder S. Drebrin mediates between cell-matrix and cell-cell contact of HUVEC through regulation of actin waves and VE-cadherin levels. Submitted. Erl W, Kim HJ, Rode AJ, Brandl R, Weber PC. A role of the p53 apoptosis pathway in Docosahexaenoic acid-induced neointimal smooth muscle cell death. Submitted. 5