Посещений:
АНГИОГЕНЕЗ СОСУДОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА
Роль ADAM17
|
ADAM17 overexpression promotes angiogenesis by increasing blood vessel sprouting and pericyte number during brain microvessel development
JUNTANG LIN, CORNELIUS LEMKE, CHRISTOPH REDIES, XIN YAN EILHARD MIX, ARNDT ROLFS and JIANKAI LUO
Int. J. Dev. Biol. 55: 961-968
doi: 10.1387/ijdb.103210jl
|
The angiogenic process is precisely regulated by different molecular mechanisms, with a balance between stimulatory and inhibitory factors in embryonic development. Transmembrane proteins of the ADAM (a disintegrin and metalloprotease) family play a critical role in embryogenesis and are involved in protein ectodomain shedding, as well as cell-cell and cell-matrix interactions. In the present study, we found that ADAM17 is expressed spatiotemporally in the tectal layers during chicken embryonic development. To investigate the effect of ADAM17 overexpression on angiogenesis, chicken ADAM17 plasmids were transfected into the developing tectum in vivo by electroporation. Results showed that overexpression of ADAM17 induces morphological changes of brain microvessels, such as an increase in diameter, of capillary sprouting from radial microvessels and an increase in the number of pericytes, but not of endothelial cells. Our data suggest that overexpression of ADAM17 in the developing tectum promotes angiogenesis by increasing the number of pericytes and capillary sprouting in the radial vessels.
|
Во время развития головного мозга микрососуды внутри головного мозга происходят из leptomeningeal сосудов с помощью ангиогенного процесса разрастания (Risau, 1997). Разрастающиеся капилляры проникают в головной мозг, где внеклеточный матрикс деградирует. Стенка типичного микрососуда головного мозга принципиально состоит из двух разных типов клеток: эндотелиальных клеток и перицитов. Эндотелиальные клетки формируют внутреннюю сторону сосудистой трубки, а перициты формируют наружную оболочку, окружающую эндотелий (Nehls et al., 1992; Risau, 1997).
Эндотелиальные клетки микрососудов головного мозга соединяются др. сдр. посредством плотных соединений и взаимодействуют непосредственно в многочисленными перицитами, чтобы сформировать почти непроницаемый гемато-энцефалический барьер, который защищает клетки головного мозга от потенциальных токсических субстанций, присутствующих в системном кровообращении (Lai and Kuo, 2005). Перициты важны для формирования, созревания и поддержания нормальной структуры и функции микрососудов (Bergers and Song, 2005).
Ангиогенез является сложным процессом, который включает генерацию пространства для клеточной миграции в ткани путем удаления закупоривающих матричных белков, деградации эндотелиальной базальной мембраны и модификации ростовых факторов, цитокинов и рецепторов (Patan, 2000; van Hinsbergh and Koolwijk, 2008).
ADAM белки участвуют в межклеточных и клетка-матрикс взаимодействиях и обеспечивают потенциальную протеазную активность, клеточную адгезию и клеточную сигнальную трансдукцию (Blobel, 2005; Edwards et al., 2009). Напр., ADAM10 и ADAM17 были идентифицированы как основные заменители (sheddases) для лигандов epidermal growth factor receptor (EGFR) и Notch. Активация сигнальных путей EGFR и Notch вносит вклад в физиологические и патологические события, напр., в ангиогенез у развивающихся эмбрионов и при опухолевом росте (Sahin and Blobel, 2007; Edwards et al., 2009). Интересно, что ADAM17 экспрессируется эндотелиальными клетками и астроцитами в головном мозге взрослого человека (Goddard et al., 2001). Делеция ADAM17 в культивируемых эндотелиальных клетках ингибирует клеточную пролиферацию и образование капиляро-подобных структур (Gooz et al., 2009).У человека в первичной карцинома толстой кишки c ADAM17 избыточно и совместно экспрессируется с EGFR как в неопластических, так и эндотелиальных клетках, указывая тем самым, что ADAM17 может индуцировать опухолевый рост способствуя ангиогенезу в опухолевых тканях (Edwards et al., 2009).
В данном исследовании мы использовали эмбрионы кур в качестве модели для изучения эффекта ADAM17 на ангиогенез в микрососудах головного мозга. С помощью ex ovo электропортации, плазмиды, кодирующие ADAM17, были трансфицированы в развивающийся tectum на 6-1 день эмбриональной инкубации (E) 6 и были исследованы их избыточная экспрессия и ангогенный эффект на ст. E10 - E14. Полученные результаты показали, что избыточная экспрессия ADAM17 оказывает строгий эффект на морфологию и клеточный состав микрососудов головного мозга.
Discussion
Хотя ADAM17 не экспрессируется эндогенно в микрососудах головного мозга, избыточная экспрессия ADAM17 в развивающемся головном мозге способствует ангиогенезу за счет увеличения разрастания капилляров и пролиферации перицитов (Figs. 2-3). Ангиогенный процесс очень точно регулируется на разных стадиях посредством разных молекулярных механизмов с балансом между стимулирующими и ингибирующими факторами (Risau, 1997; Patan, 2000). Белки семейства ADAM регулируют процесс ангиогенеза путем ремоделирования клеточной миграции и инвазии, и высвобождения и модификации ростовых факторов (van Hinsbergh and Koolwijk, 2008).
Интересно, что ADAM17 важен для vascular endothelial growth factor (VEGF) receptor 2 стимулированного процессинга некоторых рецепторов с известными функциями в биологии эндотелиальных клеток (Weskamp et al., 2010). Зависимое от ADAM17 общение между VEGF receptor 2 и передачей сигналов extracellular signal-regulated kinase (ERK) вносит вклад в ангиогенез (Swendeman et al., 2008). Потеря активности ADAM17 у мутантных мышей нарушает образование эмбриональных сосудов и вызывает геморрагии (Canault et al., 2010). Более того, tumor necrosis factor type alpha (TNF-alpha) - мишень субстрат для ADAM17, стимулирует сосудистые разрастания кровеносных сосудов у роговице кроликов и крыс, а также в хорионалантоисной мембране развивающихся кур in vivo, вызывая усиление ангиогенеза (Leibovich et al., 1987). Более того, ADAM17 может замещать лиганды для EGFR и Notch, активируя их сигнальные пути и внося вклад в ангиогенез (Edwards et al., 2009). Следовательно, возможно, что избыточная экспрессия ADAM17 в развивающемся головном мозге может способствовать ангиогенезу путем активации сигнальных путей родственных факторов роста посредством. напр., Notch и TNF-alpha.
Взаимодействие между перицитами и эндотелиальными клетками играет существенную роль для развития, стабилизации, созревания и ремоделирования сосудов (Choi and Kim, 2008). Перициты, как полагают, участвуют в 1) в восприятии присутствия стимулов ангиогенеза; 2) контроле пролиферации и дифференцировки; и 3) отложении или деградации белков внеклеточного матрикса (Dore-Duffy, 2008). Некоторые исследования показали, что перициты регулируют развитие ангиогенных разрастаний во время ранних фаз неоваскуляризации как при физиологических. так и патологических условиях (Nehls et al., 1992; Ozerdem and Stallcup, 2003). Во время развития телэнцефалона человека активированные перициты присутствуют столь же рано, как и эндотелиальные клетки и формируют свободные от эндотелия перицитарные трубки на ранних стадиях роста сосудов. Эндотелиальные клетки радиальных сосудов рекрутируются с наводятся пионерскими перицитами, указывая тем самым, что перициты стимулируют и наводят эндотелиальные клетки, чтобы формировать новые сосуды (Ozerdem and Stallcup, 2003). Более того, предыдущее исследование показало. что тела и отростки перицитов охватывают ведущие кончики сосудистых разрастаний в развивающемся ганглиолярном возвышении эмбрионов кур на ст. E5 (Gerhardt et al., 2000).
Следовательно, в данном исследовании избыточная экспрессия ADAM17 в tectum способствует пролиферации перицитов вокруг радиальных микрососудов (Figs. 2-3). С одной стороны. увеличение перицитов может продуцировать гуморальные факторы, включая VEGF, который стимулирует эндотелиальные выросты, приводя к увеличению разрастаний капилляров из микрососудов (Reinmuth et al., 2001). С др. стороны, перициты могут ингибировать пролиферацию эндотелия и контролировать дифференцировку капилляров с помощью межклеточных контактов (Nehls et al., 1992), избегая избыточной пролиферации эндотелиальных клеток.
Однако , как избыточная экспрессия ADAM17 в развивающиеся головном мозге способствует пролиферации перицитов в радиальных микрососудах, неизвестно. Risau сообщал еще в 1986 , что развивающаяся ткань головного мозга секретирует ангиогенный фактор, который стимулирует пролиферацию радиальных эндотелиальных клеток головного мозга, указывая тем самым, что пролиферация и дифференцировка нейральных предшественников участвует в проникновении радиальных микрососудов из лептоменингиальных кровеносных сосудов в развивающуюся нервную ткань (Risau, 1986). В этом контексте необходимо подчеркнуть, что в tectum дикого типа клетки радиальной глии в нейроэпителиальном слое эмбрионального tectum экспрессируют мРНК ADAM17 (Fig. 1). Их отростки пронизывают на всю толщину tectum от вентрикулярной до поверхности мягкой мозговой оболочки в радиальном направлении, которое является тем же самым направлением, что и у пенетрирующих микрососудов. При условии, что белок ADAM17 присутствует в отростках радиальной глии и ADAM17 может предоставлять один из молекулярных сигналов, которые способствуют радиальному разрастанию из leptomeningeal кровеносных- сосудов. Точный механизм индуцируемой ADAM17 пролиферации перицитов во время развития микрососудов головного мозга, остается неизвестным.
Conclusions
Our results demonstrated for the first time that the overexpression
of ADAM17 in developing chicken brain promotes angiogenesis by
increasing pericytes proliferation and capillary sprouting and results
in morphological changes of the radial microvessels.
|
Сайт создан в системе
uCoz