Konstantin Evdokimov (medizinischer Doktorand)
Manuela Gfell (naturwissenschaftliche Doktorandin)
Miriam Kaus (naturwissenschaftliche Doktorandin)
Christine Kuntz (naturwissenschaftliche Doktorandin)
Shun Lu (medizinischer Doktorand)
Alexandra Demory (BTA)

Ehemalige Mitarbeiter:
Martin Falkowski
Dr. rer. nat. Berit Hansen
Dr. rer. nat. Diana Klein
Francis Peyre

 

Endothelien kleiden als innerste Zellschicht Lymph- und Blutgefäße aus. Zum einen bilden sie somit eine Barriere zwischen Blut und Gewebe, zum anderen spielen sie jedoch auch bei der Regulation des Blutdrucks und von Gerinnungsprozessen mittels Mediatoren wie Stickstoffmonoxid und Prostazyklin eine wichtige Rolle. Auch im Rahmen entzündlicher Prozesse werden Endothelien aktiviert und beeinflussen - durch Ausschüttung von Zytokinen sowie Expression von Ädhäsionsmolekülen – die Aktivierung von Leukozyten, deren Adhärens und Transmigration. Unter physiologischen (Embryogenese, zyklische Prozesse im Eierstock und Plazenta) sowie pathologischen (Wundheilung, Tumorwachstum und Metastasierung) Bedingungen kommt es zur Neubildung und Proliferation von Blutgefäßen. Dieser als Angiogenese bezeichnete Prozess wird bereits erfolgreich in der Therapie von schwerwiegenden Krankheiten mit anti-angiogenen Therapieverfahren („Biologicals“) moduliert (u.a. beim Kolonkarzinom und der altersabhängigen Makuladegeneration).  

Endothelzellen weisen eine ausgeprägte organ-spezifische Heterogeneität auf. Ein Paradebeispiel organ-spezifsch differenzierter Endothelzellen sind die Sinus-Endothelzellen der Leber (LSEC), welche sich von normalen Endothelzellen durch ihre besondere Morphologie und eine fehlende Basalmembran unterscheiden. Pathologische Veränderungen dieser spezialisierten, von diskontinuierlichem Endothel ausgekleideten Lebersinusoide tragen zu häufigen, schwerwiegenden Lebererkrankungen wie der alkoholischen Leberzirrhose bei. Normale Lebersinusoidendothelien (LSEC) weisen eine hohe Endozytosekapazität zur Clearance des Blutes auf; hierzu sind sie mit einem komplexen Zytoskelett mit Fenestrationen ausgestattet. Darüber hinaus regulieren sie den Pfortaderblutdruck.

In den vergangenen Jahren konnte unsere Gruppe, teils über klassische Biochemie, teils über moderne molekulare Verfahren wie Gene-Profiling-Untersuchungen zahlreiche neue Proteine dieses Zelltyps identifizieren. Neben Stabilin-1 und Stabilin-2, die wir als spezifische Oberflächenmoleküle  von LSECs beschrieben haben, konnten wir Transkriptionsfaktoren, Wachstumsfaktor-Rezeptoren, sowie Wachstumsfaktoren wie Wnt2 als mögliche Mediatoren der spezifischen Differenzierung von LSEC identifizieren. Aktuell konnte mit Leda-1 ein neues Adhärenzmolekül der LSEC identifiziert werden. Die Arbeiten zur Aufklärung der Differenzierung dieser spezialisierten Endothelzellen werden aktuell von der deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Sonderforschungsbereichs Transregio 23 (SFB-TR23) gefördert.

Durch Überexpression bzw. knock-down Experimente in HSEC sowie anderen Endothelzellen sollen insbesondere LSEC-spezifische Transkriptionsfaktoren untersucht werden, um zu überprüfen, ob diese auf die LSEC-spezifische Differenzierung Einfluß nehmen bzw. im Sinne von Mastergenen eine HSEC-Differenzierung in anderen Endothelien aktiv induzieren.

In einem weiteren Projekt sollen durch Reprogrammierung induzierter pluripotenter Stammzellen in endothelial differenzierte Zellen mit organotypischen Charakteristika gewonnen werden. Diese Zellen sollen u.a. durch Untersuchungen zur epigenetischen Regulation und Promoteranalysen eingehend untersucht werden und so zur weiteren Aufklärung der Mechanismen, die organotypischer Endothelzelldifferenzierung unterliegen, beitragen.

 

Stabilin-1 und Stabilin-2, die als zunächst als Markerproteine nicht-kontinuierlicher Sinus-Endothelien identifiziert wurden, zeigen in einer bioinformatorischen Analyse eine Proteinstruktur, die sie als endozytotisch aktive Scavangerrezeptoren klassifiziert. In den vergangenen Jahren konnten wir zeigen, dass die Stabiline einen wesentlichen Beitrag zur Clearance Funktion der LSEC beitragen. Als Liganden konnten u.a. Hyaluronsäure, AGE-modified proteins und das extrazelluläre Matrixprotein SPARC identifiziert werden. Zur Untersuchung dieser Endozytose Funktion in vivo haben wir Tiermodelle etabliert, in denen die Stabilin-Gene durch rekombinante Techniken gezielt entfernt wurden („knockout“-Mäuse). Diesen Tieren fehlen entweder Stabilin-1, Stabilin-2 oder beide Stabilin-Gene. Diese Tiere befinden sich derzeit in der phänotypischen, funktionellen und biochemischen Analyse. 

Als weiteres LSEC-spezifisches Molekül wurde kürzlich das junktionale Protein Leda-1 (liver endothelial differentiation associated – 1) entdeckt und charakterisiert. Leda-1 lokalisiert in polarisierten Epithelzellen in adherens junctions und moduliert hier vermutlich ähnlich wie sein Homolog Ajap-1 diesen Junktionskomplex. In LSEC findet sich Leda-1 Expression basolateral, so dass hier eine mögliche Rolle bei der Adhäsison an der extrazellulären Matrix des Disse Raums oder an anderen Zellen der Leber vermutet werden kann.

Leda-1 soll nun umfassend funktionell und proteinbiochemisch in vitro und in vivo mittels knock-in und knock-out Experimenten untersucht werden und auf eine Rolle bei pathologischen Veränderungen wie der Tumorigenese und Entzündung überprüft werden.

Unter Förderung eines europäischen, interuniversitären Graduiertenkollegs (GRK-880-3) von der DFG und der niederländischen Wissenschaftsorganisation (NWO) wird in einem weiteren Projekt die Tumor-induzierte Aktivierung von mikrovaskulären Endothelien der Lunge und Leber während des Prozesses der Metastasierung untersucht.

Ein Verständnis dieser Prozesse ist von großer Bedeutung, da Leber und Lunge die am häufigsten von Metastasierung betroffenen Organe darstellen und ein Befall dieser Organe zumeist eine sehr schlechte Prognose aufweist. Aufklärung molekularer Mechanismen, die bei diesen Prozessen ablaufen, stellen eine Voraussetzung sowohl für verbesserte Diagnostik als auch für zielgerichtete Therapien dieser oft tödlichen Erkrankungsstadien dar.

Im Rahmen des SFB-TR77 „Leberkrebs - von der molekularen Pathogenese zur zielgerichteten Therapie“ (http://livercancer.de) soll zudem die Transdifferenzierung der LSEC im Rahmen der Hepatocarcinogenese mit dem Ziel intensiv untersucht werden neue Targetstrukturen in Tumorgefäßen des hepatocellulären Karzinoms (HCC) zu identifizieren und zu charakterisieren (Teilprojekt C3). 

Bei Interesse an der Mitarbeit an einem unserer Forschungsprojekte wenden Sie sich bitte an Dr. Cyrill Géraud. Es besteht die Möglichkeit der Absolvierung eines Laborpraktikums, der Anfertigung einer Diplom- bzw. Masterarbeit sowie die Durchführung einer medizinischen bzw. naturwissenschaftlichen Doktorarbeit. 

Differentiation and remodeling of hepatic sinusoidal endothelium in homeostasis and dysfunction, 2009-2013, Teilprojekt B1, Transregio-SFB TRR23  

Physiological mechanisms and pathological changes in sinusoidal endothelial cell endocytosis: identification of key regulators as targets for hepatic vascular repair, 2008-2012, Teilprojekt 2, GRK880/3

 Stabilin-1/CD63: analysis of a novel receptor/ligand pair as a potential target to modulate sinusoidal endothelial cell-mediated adhesion / transmigration in inflammation and metastasis, 2008-2012, Teilprojekt 3, GRK880/3 

Tumor-specific vascular reprogramming in HCC: mechanisms and therapeutic targets, 2010-2013, Teilprojekt C3, Transregio-SFB TRR77

1: Géraud C*, Schledzewski K*, Demory A, Klein D, Kaus M, Peyre F, Sticht C, Evdokimov K, Lu S, Schmieder A, Goerdt S (2010) Liver sinusoidal endothelium: a microenvironment-dependent differentiation program in rat including the novel junctional protein liver endothelial differentiation-associated protein-1. Hepatology, accepted article 

2: Biolac-Sage P, Lepreux S, Schledzewski K, Cubel G, Géraud C, Goerdt S, Balabaud C (2010) Identification of liver sinusoidal endothelial cells in the human liver. Liver international, epub ahead of print 

3: Klein D, Demory A, Peyre F, Kroll J, Géraud C, Ohnesorge N, Schledzewski K, Arnold B, Goerdt S. Wnt2 acts as an angiogenic growth factor for non-sinusoidal endothelial cells and inhibits expression of stanniocalcin-1. Angiogenesis. 2009  

4: Templin C, Grote K, Schledzewski K, Ghadri JR, Schnabel S, Napp LC, Schieffer  B, Kurzen H, Goerdt S, Landmesser U, Koenen W, Faulhaber J. Ex vivo expanded haematopoietic progenitor cells improve dermal wound healing by paracrine mechanisms. Exp Dermatol. 2009; 18(5):445-53.

 5: Klein D, Demory A, Peyre F, Kroll J, Augustin HG, Helfrich W, Kzhyshkowska J,  Schledzewski K, Arnold B, Goerdt S. Wnt2 acts as a cell type-specific, autocrine  growth factor in rat hepatic sinusoidal endothelial cells cross-stimulating the VEGF pathway. Hepatology. 2008; 47(3):1018-31. 

6: Schledzewski K, Falkowski M, Moldenhauer G, Metharom P, Kzhyshkowska J, Ganss  R, Demory A, Falkowska-Hansen B, Kurzen H, Ugurel S, Geginat G, Arnold B, Goerdt  S. Lymphatic endothelium-specific hyaluronan receptor LYVE-1 is expressed by stabilin-1+, F4/80+, CD11b+ macrophages in malignant tumours and wound healing tissue in vivo and in bone marrow cultures in vitro: implications for the assessment of lymphangiogenesis. J Pathol. 2006; 209(1):67-77.  

7: Martens JH, Kzhyshkowska J, Falkowski-Hansen M, Schledzewski K, Gratchev A, Mansmann U, Schmuttermaier C, Dippel E, Koenen W, Riedel F, Sankala M, Tryggvason K, Kobzik L, Moldenhauer G, Arnold B, Goerdt S. Differential expression of a gene signature for scavenger/lectin receptors by endothelial cells and macrophages in  human lymph node sinuses, the primary sites of regional metastasis. J Pathol. 2006; 208(4):574-89.  

8: Hansen B, Longati P, Elvevold K, Nedredal GI, Schledzewski K, Olsen R, Falkowski M, Kzhyshkowska J, Carlsson F, Johansson S, Smedsrød B, Goerdt S, Johansson S, McCourt P. Stabilin-1 and stabilin-2 are both directed into the early endocytic pathway in hepatic sinusoidal endothelium via interactions with clathrin/AP-2, independent of ligand binding. Exp Cell Res. 2005; 303(1):160-73.   

9: Kzhyshkowska J, Gratchev A, Martens JH, Pervushina O, Mamidi S, Johansson S, Schledzewski K, Hansen B, He X, Tang J, Nakayama K, Goerdt S. Stabilin-1 localizes to endosomes and the trans-Golgi network in human macrophages and interacts with GGA adaptors. J Leukoc Biol. 2004; 76(6):1151-61.  

10: McCourt PA, Hansen B, Svistuonov D, Johansson S, Longati P, Schledzewski K, Kzhyshkowska J, Goerdt S, Johansson S, Smedsrød B. The liver sinusoidal endothelial cell hyaluronan receptor and its homolog, stabilin-1 - Their roles (known and unknown) in endocytosis. Comp Hepatol. 2004; 3 Suppl 1:S24. 

11: Falkowski M, Schledzewski K, Hansen B, Goerdt S. Expression of stabilin-2, a novel fasciclin-like hyaluronan receptor protein, in murine sinusoidal endothelia, avascular tissues, and at solid/liquid interfaces. Histochem Cell Biol. 2003; 120(5):361-9.  

12: Politz O, Gratchev A, McCourt PA, Schledzewski K, Guillot P, Johansson S, Svineng G, Franke P, Kannicht C, Kzhyshkowska J, Longati P, Velten FW, Johansson  S, Goerdt S. Stabilin-1 and -2 constitute a novel family of fasciclin-like hyaluronan receptor homologues. Biochem J. 2002 15; 362:155-64.