Osteoklasten-assoziierter Rezeptor (OSCAR) als Bindeglied zwischen oxidativem Stress und Gefäßkalzifizierung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Atherosklerose ist eine häufige, mit signifikanter Mortalität assoziierte, Erkrankung der alternden Bevölkerung. Die Wechselwirkung und Interaktion zwischen dem vaskulären System und dem Immunsystem spielen bei der Entstehung von kardiovaskulären Erkrankungen eine entscheidende Rolle. Der Oberflächenrezeptor Osteoklasten-assoziierte Rezeptor (OSCAR) nimmt als kostimulatorischer Faktor der Knochenhomöostase und des Immunsystems eine zentrale Rolle als Modulator der Osteoimmunologie ein. Die Rolle von OSCAR im Gefäßsystem war bislang ungeklärt. Daher war die Etablierung der Regulation und der funktionellen Bedeutung von OSCAR in Gefäßzellen Ziel der vorliegenden Untersuchung. Die Expression von OSCAR in humanen Endothelzellen der Nabelschnurvene (HUVEC) und in Endothelzellen der Koronararterie (HCAEC) auf RNA- und Proteinebene wurde nachgewiesen. Dabei war die Proteinexpression vornehmlich in der endothelialen Membranproteinfraktion nachweisbar. Im nächsten Schritt wurden Endothelzellen mit nativem LDL (nLDL) oder oxidiertem LDL (oxLDL) als Modell der Atheroskleroseentstehung stimuliert. Die mRNA- und Proteinexpression von OSCAR wurde dabei durch oxLDL zeit- und dosisabhängig induziert. Für weitergehende Untersuchungen wurde der humane OSCAR-Promotor vor ein Luciferasereportergen kloniert und damit die oxLDL-abhängige transkriptionelle Induktion von OSCAR bestätigt. Die zugrundeliegenden Signalwege der oxLDL-abhängige Induktion von OSCAR wurden im Weiteren untersucht. So konnte die Induktion durch Blockade des lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1 (LOX-1) verhindert werden. Weiterhin erhöhte oxLDL die Translokation des Transkriptionsfaktors NFATc1 in den Zellkern. Die Inhibierung des NFAT-Signalweges verhinderte die oxLDL-vermittelte Induktion der endothelialen OSCAR-Expression. Im OSCAR-Promotor wurden potentielle NFATc1-Bindungsstellen mitel zielgerichteter Mutation und EMSA identifiziert. In vivo konnte eine erhöhte OSCAR-Expression in Aorten von ApoE-defizienten Mäusen nach fettreicher Diät gezeigt werden. Versuche zur funktionellen Bedeutung von OSCAR in Endothelzellen zeigten einen positiven Einfluss auf die Zellviabilität. Erhöhung der OSCAR-Expression verstärkt weiterhin die endotheliale Monozyten- Adhäsion. Proteomweite quantitative Untersuchungen mittels der SILAC (Stable isotope labeling by amino acids in cell culture) Methode und dreidimensionaler Separation der Proteine zeigten, dass die Überexpression bzw. Reduktion von OSCAR zu einer signifikanten Regulation von 145 (Überexpression) bzw. 110 (Reduktion) Proteinen führt. Die Netzwerkanalyse ermöglichte es, diese folgenden biologischen Funktionen zuzuordnen: Zellwachstum und -proliferation, inflammatorische Antwort, zelluläre Entwicklung, Zelltod metabolische Erkrankungen und Zell-Zell-Signaling. Die Analyse der proteomweiten Untersuchung zeigte eine interessante inverse Regulation von STAT1 und STAT3 durch die OSCAR-Modulation. OSCAR-Überexpression hemmte dabei die STAT1-Proteinexpression, erhöhte jedoch die STAT3-Proteinexpression sowie -Aktivierung (Phosphorylierung). Die OSCAR-defizienz führte zur vermehrten STAT1-Proteinexpression und –Aktivierung, dagegen wurde STAT3 gehemmt. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse, dass OSCAR, ein ursprünglich als immunologischer Mediator und Regulator der Osteoklastendifferenzierung beschriebener Rezeptor, in humanen Endothelzellen exprimiert und durch proatherogene Risikofaktoren über den NFATc1-Signalweg induziert wird. Eine Rolle für OSCAR bei der endothelzell-vermittelten Zell-Aktivierung und -Entzündung während der Atherosklerose ist somit wahrscheinlich. Weitere Untersuchungen zur exakten Funktionsweise von OSCAR während der Interaktionen zwischen Gefäßzellen, Immunzellen und Signalen des Knochenstoffwechsels während der Initiation der Atherosklerose sind zur Beurteilung seiner Bedeutung notwendig.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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MiR-125b regulates vascular smooth muscle cells calcification. Am J Pathol 2011;179:1594-600
Goettsch C, Rauner M, Pacyna N, Hempel U, Bornstein SR, Hofbauer LC
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Nuclear factor of activated T cells is involved in oxidized low-density lipoprotein-induced osteogenic transdifferentiation of vascular smooth muscle cells. Diabetologia 2011;54:2690-701
Goettsch C, Rauner M, Hamann C, Hempel U, Bornstein SR, Hofbauer LC
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The osteoclastassociated receptor (OSCAR) is a novel receptor regulated by oxidized low density lipoprotein in human endothelial cells. Endocrinology 2011;152:4915-26
Goettsch C, Rauner M, Sinningen K, Helas S, Al-Fakhri N, Nemeth K, Hamann C, Kopprasch S, Aikawa E, Bornstein SR, Schoppet M, Hofbauer LC
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The role of osteoclast-associated receptor in osteoimmunology. J Immunology 2011;186(1):13-8
Nemeth K, Schoppet M, Al-Fakhri N, Helas S, Jessberger R, Hofbauer LC, Goettsch C
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Quantitative proteomics reveals novel functions of osteoclast-associated receptor in STAT signaling and cell adhesion in human endothelial cells. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 2012;53:829–837
Goettsch C, Kliemt S, Sinningen K, von Bergen M, Hofbauer LC, Kalkhof S
