Kontrolle von Regeneration und Reparatur in der Haut^[*]

Zusammenfassung

Die Ausbildung eines gefäßreichen, hyperpermeablen Granulationsgewebes ist eine der Grundvoraussetzungen für einen geweberekonstruierenden Heilungsprozess. Morphologische und funktionelle Untersuchungen am Ulcus cruris venosum geben Hinweis darauf, dass die Endothelzellfunktion und letztlich die Ausbildung eines gefäßreichen Granulationsgewebes gestört sind. Die Mechanismen der verzögerten Wundheilung, insbesondere der Kapillarrarifizierung im Wundbereich sind bisher in ihren molekularen Grundlagen nicht verstanden. Auf der Grundlage dieser Beobachtungen formulierten wir die Hypothese, dass die verminderte Ausbildung eines gefäßreichen Granulationsgewebes im Ulcus cruris venosum mit einer eingeschränkten Aktivität der Proteine der Familie des vaskulären Endothelzellfaktors (Vascular endothelial growth factor-A, VEGF-A; Placenta growth factor, PlGF-1/-2) einhergeht. Um die Rolle der VEGF-Proteine in der kutanen Wundheilung herauszuarbeiten, untersuchten wir die Expression und Stabilität von VEGF-A und PlGF und ihrer Rezeptoren in heilenden und nicht heilenden humanen Wunden. Unsere Untersuchungen (Spaltung durch Proteinasen, MALDI-TOF-Analyse, BIAcore-Analyse, funktionelle In-vitro- und In-vivo-Analysen der Gefäßbildung) weisen darauf hin, dass die Aktivität von VEGF165 und PlGF durch eine plasminkatalysierte Spaltung der Carboxyl-terminalen Heparinbindungsdomäne reguliert werden kann. Struktur-Funktions-Analysen der Moleküle zeigten, dass die Zellproliferation und die Bindung an extrazelluläre Matrix durch die Carboxyl-terminale Sequenz reguliert wird. In db/db-Mäusen führte die lokale Verabreichung einer plasminresistenten VEGF165-Mutante zu einer gesteigerten Angiogenese und letztlich zu einem beschleunigten Wundschluss. Die tierexperimentellen Studien unterstützen somit die von uns im Humanmodell gewonnen Erkenntnisse eines Aktivitätsverlustes der VEGF-Proteine durch Proteolyse in der chronischen Wunde. Darüber hinaus unterstreichen sie das therapeutische Potenzial der plasminresistenten VEGF165-Mutante bei chronischen Wundheilungsstörungen.

Abstract

VEGF family members are key mediators in vascular remodeling. Structure-function analysis of this protein family is not complete and a detailed analysis is mandatory for a comprehensive understanding of this essential growth factor family in processes such as tissue repair and cancer. A common structural feature of VEGF proteins is differential mRNA splicing, which gives raise to different protein isoforms, that differ primarily in the absence or presence of a C-terminal domain of highly basic-amino acids. This so called heparin-binding domain (HBD) has been identified as the epitope for neuropilin and proteoglycans, both of which are central receptor molecules to control vascular growth. Furthermore, there is genetic evidence demonstrating that the HBD is essential for vascular patterning and survival. However, it is still unclear how cell functions are specifically modulated by HBD-interactions in different VEGF proteins. Furthermore, beside genetic mechanisms no other process has been identified that controls the activity of the HBD. We performed systematic structure-function analysis of different VEGF family members (Vascular endothelial growth factor-A, VEGF-A; Placenta growth factor, PlGF-1/-2). Using screens for protease sensitivity, MALDI-TOF-mass-spectrometry, BIAcore analysis and functional in vitro and in vivo angiogenic assays, we revealed novel chemotactic and molecular binding activities of the C-terminal domain of PlGF isoforms. Furthermore, in different VEGF proteins (VEGF-A, PlGF) we identified a specific plasmin-cleavage site, which leads to loss of the HBD and significant alterations in functional properties of VEGF proteins. Differential analysis of the amino acid sequence of the plasmin cleavage site in VEGF proteins across different species revealed a high conservation. Our data strongly support the significant impact of the HBD of different VEGF proteins on vascular remodeling and emphasize plasmin-mediated cleavage as a general mechanism that controls interactions of different VEGF family members with neuropilins and proteoglycans.

^* Vortrag gehalten anlässlich der Verleihung des Wissenschaftspreises 2012 der Berliner Stiftung für Dermatologie an die Autorin. Dresden, 2. Mai 2013

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