CTEPH, veränderte biologische Pfade in Endothelzellen

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Studie lokalisiert veränderte biologische Pfade in Endothelzellen
29. März 2021 von Vanda Pintoby Vanda Pinto

In Endothelzellen von Patienten mit chronisch thromboembolischer pulmonaler Hypertonie (CTEPH) sind mehrere Proteine, die am Gefäßumbau, am Stoffwechsel und am oxidativen Stress beteiligt sind, nicht richtig reguliert, wie eine Studie ergab.

Die Studie mit dem Titel "Protein network analyses of pulmonary endothelial cells in chronic thromboembolic pulmonary hypertension" wurde in der Zeitschrift Nature Scientific Reports veröffentlicht.

Eine seltene Form der pulmonalen Hypertonie, CTEPH, ist durch hohen Blutdruck in den Blutgefäßen der Lunge gekennzeichnet, der durch das Vorhandensein von Blutgerinnseln verursacht wird.

Die innere Auskleidung der Blutgefäße, das sogenannte Gefäßendothel, besteht aus einer dünnen Schicht von Endothelzellen. Sie hat viele wichtige Funktionen, wie z. B. die Verhinderung der Bildung von Blutgerinnseln, die Reduzierung von Entzündungen und die Regulierung des Nährstoffflusses.

Bei der CTEPH funktioniert das Gefäßendothel nicht mehr richtig - ein Prozess, der als endotheliale Dysfunktion bezeichnet wird - und die zugrunde liegenden Mechanismen sind nicht bekannt.

Nun untersuchte ein Team unter Leitung von Forschern der Universität Mailand in Italien Proteinprofile in Endothelzellen von fünf CTEPH-Patienten. Ihr Ziel war es, die molekularen Prozesse zu identifizieren, die der Endothelschädigung bei diesen Patienten zugrunde liegen. Gesunde Lungenarterien-Endothelzellen wurden als Kontrollen analysiert.

Mit Hilfe der markierungsfreien Quantifizierungs-Proteomik - einer Technik, die die Proteinexpression in komplexen biologischen Proben bestimmen kann - identifizierte das Team Proteine in den Patientenzellen, die im Vergleich zu den gesunden Endothelzellen veränderte Expressionswerte aufwiesen.

Von den 673 Proteinen, die unterschiedlich exprimiert wurden, hatten insbesondere 82 Proteine eine höhere Expression in CTEPH-Zellen im Vergleich zu gesunden Zellen und 232 eine niedrigere Expression. Bemerkenswert ist, dass Proteine mit einem Verhältnis größer als 1,5 als hochreguliert oder überexprimiert angesehen wurden, während ein Verhältnis unter 1,5 Proteine charakterisierte, die herunterreguliert oder unterexprimiert waren.

Tissue Scarring-bezogene Proteine wie PLOD2 (Ratio von 5,50) und TGLN (Ratio von 5,28) waren in CTEPH-Zellen stark überexprimiert, was auf das Auftreten von Fibrose hinweist. Endoglin (Verhältnis von 3,05), ein Protein, das an der Angiogenese (der Entwicklung neuer Blutgefäße) beteiligt ist, war hochreguliert, während NOS3 (Verhältnis von 0,52), das für den Gefäßumbau notwendig ist, herunterreguliert war.

Computergestützte Methoden wurden dann verwendet, um Gruppen von Proteinen zu analysieren, die zum gleichen Signalweg gehören. Zum Beispiel wurden Gruppen von Proteinen, die für Zellbewegung und Angiogenese verantwortlich sind, mit einem z-Score von minus 2,994 als vermindert vorhergesagt. Z-Scores, die kleiner als Null sind, zeigen eine Herabregulierung an, während höhere Werte eine Hochregulierung anzeigen.

Weiße Blutkörperchen, oder Leukozyten, spielen eine wichtige Rolle beim Auflösen von Blutgerinnseln. Die Daten zeigten, dass die Zellbewegung der Leukozyten-Signalisierung einen z-Score von minus 1,50 hatte, was auf eine Abnahme hinweist.

Viele endotheliale Funktionen hängen von Veränderungen der Kalziumkonzentration ab. Das Team fand eine Abnahme des Kalzium-Signalwegs (z-Score von minus 2,23), die mit der Herunterregulierung der PI3K/AKT-, mTOR-, NFAT-, eiF4- und p70S6K-Signalwege verbunden war.

Das Team untersuchte auch die Wege des oxidativen Stresses. Oxidativer Stress tritt auf, wenn ein Ungleichgewicht zwischen der Produktion spezifischer Moleküle (so genannter reaktiver Sauerstoffspezies), die DNA und Proteine schädigen können, und der Fähigkeit des Organismus besteht, ihre Auswirkungen mit Antioxidantien zu neutralisieren.

Der Stoffwechsel reaktiver Sauerstoffspezies war vermindert (z-Score von minus 0,684), was möglicherweise eine unzureichende Reaktion der CTEPH-Zellen auf oxidativen Stress widerspiegelt. Zusätzlich war ein wichtiges Antioxidans namens GPX4 (Z-Score von 0,2) in CTEPH-Zellen deutlich unterexprimiert, "was auf eine Dysregulation der Reaktion auf oxidativen Stress/Schäden hindeutet", schreiben die Forscher.

Die Atmungs- und oxidativen Phosphorylierungswege in den Mitochondrien, Organellen, die in den Zellen Energie produzieren, waren in CTEPH-Zellen herunterreguliert. Auch der Lipid-(Fett-)Stoffwechsel wurde bei CTEPH als gestört nachgewiesen. Zellen von CTEPH-Patienten hatten eine erhöhte Lipidkonzentration (z-Score von 1,846), während der Fettsäurestoffwechsel (z-Score von minus 0,933) vermindert war.



Die Entzündung wurde als erhöht vorhergesagt (z-Score von 3,147).

"Dies ist die erste Studie, die die Beschreibung des molekularen Netzwerks in der endothelialen Dysfunktion im Zusammenhang mit CTEPH unter Verwendung von patientenabgeleiteten pathologischen ECs [Endothelzellen] versucht", schreiben die Forscher. "Der fortschrittliche analytische Ansatz in Kombination mit der Untersuchung dysregulierter Signalwege ermöglichte die Identifizierung mehrerer wichtiger abnormal regulierter Funktionsmodule ..., die das Vorhandensein einer endothelialen Dysfunktion belegen."

"Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Mechanismen, die der endothelialen Dysfunktion zugrunde liegen, Veränderungen im Stoffwechsel, Entzündungen und oxidativen Stressereignissen implizieren", schloss das Team.

Die Forscher merkten an, dass die Expression dieser Proteine in klinischen Proben, wie z. B. Blut, validiert werden muss, um herauszufinden, ob sie als potenzielle Biomarker für endotheliale Beeinträchtigungen bei CTEPH verwendet werden können.
Vanda Pinto