Einfluss der Modulation der Tie-2 Aktivität auf die Permeabilität des Endothels im murinen Sepsis Modell in vivo und in vitro
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurden sowohl molekulare Mechanismen, als auch therapeutische Ansätze der endothelialen Hyperpermeabilität im septischen Tiermodell untersucht. Der molekulare Angriffspunkt der Untersuchungen war der endothel-spezifische Tyrosinkinase Rezeptor Tie-2. Vereinfacht ist Angiopoietin-1 (Angpt-1) der wichtigste zirkulierende Agonist, wohingegen Angpt-2 als kompetitiver Tie-2 Antagonist fungiert. Während einer Sepsis kommt es einerseits durch exzessive Mengen an zirkulierendem Angpt-2, andererseits durch ein Defizit an Angpt-1 zu einer reduzierten endothelialen Tie-2 Signaltransduktion. Entsprechend unserer intitalen Hypothese testeten wir den Nutzen einer exogenen Applikation von rekombinantem Angpt-1 bzw. dem synthetischen Tie2 Agonisten Vasculotide in der murinen Sepsis. Tatsächlich ließen sich Gefäßpermeabilität, Inflammation und somit konsekutiv das Multi-Organ Versagen und die Mortalität drastisch reduzieren. Anhand des Therapieversagens von Vasculotide im Kontext einer heterozygoten Tie2 Knockout Maus konnten wir zudem zeigen, dass keine Off-Target Effekte verantwortlich sind, sondern ausschließlich das Tie2 vermittelte Signal. Nicht nur die pharmakologische Tie2 Stimulation über das physiologische Maß hinaus, sondern auch die genetische Depletion des natürlichen Antagonisten – Angpt-2 – wurde in der murinen Sepsis analysiert. Interessanterweise fanden wir sehr ähnliche Resultate, v. a. in Bezug auf harte Endpunkte wie Mortalität und Organfunktion. Zur Klärung der zugrunde liegenden Mechanismen etablierten wir ein Assay zur quantitativen Echtzeitanalyse der endothelialen Schrankenstörung in vitro. Im Kontext der Permeabilität entdeckten wir das Gerüstprotein IQGAP1 und beschrieben erstmals dessen fundamentale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Gefäßbarriere. Interessanterweise benötigt Angpt-1 dieses Protein unabdingbar um die Schrankenstörung positiv beeinflussen zu können. Neben dieser bis dato unbekannten Funktion von IQGAP1 erarbeiteten wir zudem den Tie2 Signalweg bei dem die physische Bindung zwischen IQGAP1 und Rac1 den kritischen Schritt bei der späteren Rac1 Aktivierung durch Angpt-1 darstellt. Erfreulicherweise konnten alle initialen Fragestellungen des DFG Forschungsstipendiums vom mechanistischen und therapeutischen Standpunkt systematisch abgearbeitet und grundlegende Hypothesen wissenschaftlich belegt werden.
Publications
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Acute administration of recombinant Angiopoietin-1 ameliorates multiple-organ dysfunction syndrome and improves survival in murine sepsis. Cytokine. 2011 Apr 29
David S, Park J-K, van Meurs M, Zijlstra J, Koenecke Ch, Schrimpf C, Shushakova N, Gueler F, Haller H, Kuempers P
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Angiopoietin-1 requires IQ domain GTPase-activating protein 1 to activate Rac1 and promote endothelial barrier defense. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2011 Nov;31(11):2643-52
David S, Ghosh CC, Mukherjee A, Parikh SM
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Effects of a Synthetic PEG-ylated Tie- 2 Agonist Peptide on Endotoxemic Lung Injury and Mortality. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2011 Jun;300(6):L851-62
David S, Ghosh CC, Kuempers P, Shushakova N, Van Slyke P, Khankin EV, Karumanchi SA, Dumont D, Parikh SM
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PGC-1α promotes recovery after acute kidney injury during systemic inflammation in mice. J Clin Invest. 2011 Oct 3;121(10):4003-14
Tran M, Tam D, Bardia A, Bhasin M, Rowe GC, Kher A, Zsengeller ZK, Akhavan-Sharif MR, Khankin EV, Saintgeniez M, David S, Burstein D, Karumanchi SA, Stillman IE, Arany Z, Parikh SM
