Regulation von PAR-4 Thrombinrezeptoren in humanen glatten Gefäßmuskelzellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Gerinnungsfaktor Thrombin ist neben seinen koagulatorischen Eigenschaften ein Stimulus für Entzündung und Zellwachstum in der Gefäßwand, und so ein Schalter zwischen Reparatur und, sofern nicht ausreichend reguliert, einem erneuten Gefäßverschluss. Vermittelt werden die zellulären Thrombin-Effekte überwiegend über den klassischen Thrombin-Rezeptor, PAR-1. Das vorliegende Projekt befasste sich mit einem weiteren Thrombinrezeptor, PAR-4, der ebenfalls auf diversen Zellen in Blut und Gefäßen zu finden ist. Vorarbeiten zeigten dass PAR-4, im Gegensatz zu anderen Thrombinrezeptoren, infolge erhöhter Glukosespiegel dynamisch reguliert wird, und daher von besonderer Bedeutung für die vaskulären Komplikationen von Diabetes sein könnte. In Hinblick auf die voranschreitende Entwicklung selektiver PAR-4-Inhibitoren als neue Antiplättchen-Therapeutika sind die zusätzlichen, Gerinnungs-unabhängigen, PAR-4-Funktionen von klinischer Relevanz. Das vorliegende Projekt untersuchte daher die Hypothese, dass eine vermehrte Expression von PAR-4 an den exzessiven Gefäßveränderungen beteiligt ist, die bei Diabetes auftreten. Zelluläre Mechanismen der PAR-4 Regulation wurden in kultivierten humanen glatten Gefäßmuskelzellen (SMC) untersucht. Die wichtigsten Erkenntnisse des Projektes: PAR-4 wird, anders als andere Thrombinrezeptoren in humanen SMC, schnell und anhaltend durch zelluläre Stressfaktoren wie erhöhte Glukosespiegel, dem Wachstumsfaktor Angiotensin II (Ang II) oder oxidativen Stress hochreguliert. Ein dualer Regulationsmechanismus wurde identifiziert, bei dem einerseits über den Protein Kinase C/NFkB Signalweg die Transkription von PAR-4 gesteigert wird, und parallel der Abbau von PAR-4 mRNA durch den mRNA-stabilisierenden Faktor HuR verhindert wird. Prostazyklin, wurde als Inhibitor dieses mRNA-stabilisierenden Effektes identifiziert. Glukose-behandelte Zellen zeigen verstärkte Signalaktivierung, Migration und entzündliche Gen- Expression infolge einer akuten Stimulation mit Thrombin oder PAR-4-Aktivator. PAR-1- vermittelte Effekte werden nicht beeinflusst. Gefäßproben von diabetischen Patienten weisen höhere PAR-4 Expression auf als nichtdiabetische Venen oder Arterien. Die stärkste PAR-4 Dichte wurde in Venen, die als Bypass- Gefäße dienen, gemessen. Da gerade Diabetiker zu Verschluss von venösen Bypass-Gefäßen neigen, könnte eine verstärkte Thrombin/PAR-4 Reaktivität hierbei beteiligt sein. Diabetische Mäuse entwickeln in einem Modell des Gefäßverschlusses (Ligatur den Arteria carotis) eine viel stärker ausgeprägte Neointima-Bildung als nicht-diabetische Mäuse. Genetische Deletion von PAR-4 schützt komplett vor dieser exzessiven Gefäßveränderung. Dies geht einher mit verminderter Zell-Proliferation und geringerer Anreicherung von entzündlichen Makrophagen in diabetischen Mäusen mit PAR-4-Defizienz. Erste Vorarbeiten implizieren eine besondere Funktion von PAR-4 auch bei den metabolischen und kardialen Folgekomplikationen von Diabetes, die in zukünftigen Projekten systematisch untersucht werden soll. Die erhobenen Daten bilden die Grundlage für die Habilitation der Antragsstellerin und der Promotion von Herrn Goran Pavic (ausgezeichnet mit dem Jühling-Doktorandenpreis und dem Rudolf-Buchheim Preis der Deutschen Gesellschaft für Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Cholesterol induces apoptosis-associated loss of the activated leukocyte cell adhesion molecule (ALCAM) in human monocytes. Vascul Pharmacol. 2011 Mar-Jun;54(3-6):93-9
Rauch SJ, Rosenkranz AC, Böhm A, Meyer-Kirchrath J, Hohlfeld T, Schrör K, Rauch BH
- Direct inhibitors of thrombin and factor Xa attenuate clotinduced mitogenesis and inflammatory gene expression in human vascular smooth muscle cells. Thromb Haemost. 2011 Sep;106(3):561-2
Rosenkranz AC, Schrör K, Rauch BH
- High glucose enhances thrombin responses via protease-activated receptor-4 in human vascular smooth muscle cells. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2011 Mar;31(3):624-33
Dangwal S, Rauch BH, Gensch T, Dai L, Bretschneider E, Vogelaar CF, Schrör K, Rosenkranz AC
- Redox regulation of human protease-activated receptor-2 by activated factor X. Free Radic Biol Med. 2011 Nov 1;51(9):1758-64
Jobi K, Rauch BH, Dangwal S, Freidel K, Doller A, Eberhardt W, Fischer JW, Schrör K, Rosenkranz AC
- Regulation of human vascular protease-activated receptor-3 through mRNA stabilization and the transcription factor nuclear factor of activated T cells (NFAT) Mol Pharmacol. 2011 Aug;80(2):337-44
Rosenkranz AC, Rauch BH, Doller A, Eberhardt W, Böhm A, Bretschneider E, Schrör K
- A novel function of FoxO transcription factors in thrombin-stimulated vascular smooth muscle cell proliferation. Thromb Haemost. 2012 Jul;108(1):148-58
Mahajan SG, Fender AC, Meyer-Kirchrath J, Kurt M, Barth M, Sagban TA, Fischer JW, Schrör K, Hohlfeld T, Rauch BH
(Siehe online unter https://doi.org/10.1160/TH11-11-0756) - Factor-Xainduced mitogenesis and migration require sphingosine kinase activity and S1P formation in human vascular smooth muscle cells. Cardiovasc Res. 2013 Aug 1;99(3):505-13
Böhm A, Flößer A, Ermler S, Fender AC, Lüth A, Kleuser B, Schrör K, Rauch BH
(Siehe online unter https://doi.org/10.1093/cvr/cvt112) - Sphingosine-1-phosphate induces thrombin receptor PAR-4 expression to enhance cell migration and COX-2 formation in human monocytes. J Leukoc Biol. 2014 Oct;96(4):611-8
Mahajan-Thakur S, Sostmann BD, Fender AC, Behrendt D, Felix SB, Schrör K, Rauch BH
(Siehe online unter https://doi.org/10.1189/jlb.3AB1013-567R) - Thrombin receptor protease-activated receptor 4 is a key regulator of exaggerated intimal thickening in diabetes mellitus. Circulation. 2014 Nov 4;130(19):1700-11
Pavic G, Grandoch M, Dangwal S, Jobi K, Rauch BH, Doller A, Oberhuber A, Akhyari P, Schrör K, Fischer JW, Fender AC
(Siehe online unter https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.113.007590) - Unexpected anti-hypertrophic responses to low-level stimulation of protease-activated receptors in adult rat cardiomyocytes. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 2014 Oct;387(10):1001-7
Fender AC, Pavic G, Drummond GR, Dusting GJ, Ritchie RH
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00210-014-1026-9)
