HHT wird in verschiedene Typen unterteilt, wobei Typ 1 am häufigsten vorkommt und durch vaskuläre Unregelmäßigkeiten und Blutungsepisoden aufgrund von CD105-Haploinsuffizienz gekennzeichnet ist. Da CD105 vor allem in ECs exprimiert wird, nutzte unsere Gruppe das VE-cadh-ERT2:cre-CD105f/f-Mausmodell, um die Auswirkungen des EC-CD105-Mangels auf das vaskuläre und hämatopoetische System des Knochenmarks von erwachsenen Mäusen zu untersuchen. Dieses Modell schuf eine Umgebung, in der ECs in erwachsenen Mäusen mit zuvor regulärer CD105-Expression in einer In-vivo-Umgebung reduzierte Werte aufwiesen, was zum ersten Mal eine Zeitraffer-Analyse der EC-Umstrukturierung als Reaktion auf CD105-Mangel ermöglichte. In der vorliegenden Studie untersuchten wir das Zusammenspiel zwischen Blutgefäßumbau und hämatopoetischen und Immunzellaktivitäten nach EC-CD105-Mangel. Insbesondere konnten wir einen zeitabhängigen vaskulären Umbauprozess im Knochenmark feststellen, der etwa vier Wochen andauerte. Dieser Umbau war durch eine allmähliche Abnahme der Größe einzelner Blutgefäße gekennzeichnet, die in Woche 4 zum Stillstand kam. Bemerkenswert ist, dass diese Schrumpfung mit Veränderungen des EC-Zyklus und der Lebensfähigkeit einherging. Insbesondere waren die ECs von cKO-Mäusen in den Wochen 2 und 3 weniger ruhig und in Woche 4 nach der Induktion des EC-CD105-Mangels weniger lebensfähig. Bemerkenswert ist, dass der Anstieg der Proliferation in Woche 2 mit einer vorübergehenden Zunahme der Bindung der VEGFR2-Gensignatur korrelierte. Neben diesen Veränderungen in der Proliferation und Lebensfähigkeit zeigten die ECs zeitabhängige Veränderungen in ihrer Adhäsions, MMP- und Integrin-Aktivität. Darüber hinaus wurden diese Veränderungen der Endothelaktivität von einer erhöhten Menge an Wachstumsfaktoren im extrazellulären Proteingehalt des Knochenmarks in Woche 2 begleitet, die in Woche 4 nicht mehr vorhanden waren, einschließlich VEGF-A. Nach intrakardialer Injektion von Brustkrebszellen wiesen Mäuse mit EC-CD105-Mangel 72 Stunden nach der Injektion weniger metastatische Knoten in ihrem Knochenmark auf als ihre WT-Wurfgeschwister, was darauf hindeutet, dass EC-CD105 ein wichtiger Akteur bei der Regulierung der Extravasation von Brustkrebs in das Knochenmark ist. Darüber hinaus stellt Woche 3 möglicherweise einen entscheidenden Zeitraum dar, in dem das Endothel des Knochenmarks anfälliger für die Infiltration verschiedener Zelltypen wird, wie der vorübergehende Anstieg von B-Zellen und Monozyten und der dauerhafte Anstieg der Neutrophilen- und Eosinophilenzahlen im Blutkreislauf zeigen. Darüber hinaus stieg die Extravasation von Dextran in das Knochenmark nach Woche 3 ebenfalls dauerhaft an. Bemerkenswert ist, dass die Zahl der Eosinophilen und Neutrophilen auch nach heterozygoter Deletion von EC-CD105 anstieg, während die Zahl der Monozyten und B-Zellen davon unberührt blieb. Als Teil der Auswirkungen des homozygoten EC-CD105-Mangels wurde die Sequestrierung von Erythrozyten und PLTs durch die Milz erhöht, was zu Splenomegalie und einem Rückgang der Erythrozyten und PLTs im Kreislauf führte. Gleichzeitig stieg die Zahl der HSPCs, die zu Erythrozyten und PLTs im Knochenmark führen, was darauf hindeutet, dass das Knochenmark die Produktion von Erythrozyten und PLTs als Ausgleichsmechanismus erhöht. Heterozygoter EC-CD105-Mangel führte auch zu einem dauerhaften Anstieg der Neutrophilen- und Eosinophilenzahlen im Blutkreislauf in Woche 3. Die Zahl der B-Zellen und Monozyten blieb jedoch unverändert. Dies korrelierte mit einem fehlenden Unterschied in der Größe der Blutgefäße in Woche 4. Dies deutet darauf hin, dass das Gefäßsystem des Knochenmarks nach einem homozygoten EC-CD105-Mangel aufgrund des Gefäßumbaus eine erhöhte Anfälligkeit für die Infiltration von B-Zellen und Monozyten aufweist. Darüber hinaus führte die heterozygote EC-CD105-Deletion nicht zu signifikanten Unterschieden in der Anzahl der Erythrozyten und PLT im Blutkreislauf. Dieser fehlende Unterschied ging einher mit einer fehlenden Splenomegalie bei diesen Mäusen und keinen signifikanten Unterschieden in der Anzahl der HSPCs, die zu Erythrozyten und PLTs in ihrem Knochenmark führen. Diese Ergebnisse unterstützen die Annahme, dass ein homozygoter EC-CD105-Mangel zu einer verstärkten Sequestrierung von PLTs und RBCs in der Milz und damit zu Splenomegalie führt.:Table of Contents Acknowledgements 3 1 INTRODUCTION 9 1.1 Endoglin (CD105) 9 1.2 The endothelium and angiogenesis 12 1.3 The hematopoietic niche 17 1.4 Vascular control of hematopoiesis 21 1.4.1 EC control of oxygenation 22 1.4.2 Endothelial secretory factors and the perivascular niche 22 1.4. Remodeling of the ECM 23 1.4.4 Physical barrier separating marrow and lumen 24 1.5 β-integrin family 25 2 Aims of this thesis 28 3 MATERIALS AND METHODS 30 3.1 Tamoxifen treatment 30 3.2 Blood analysis 30 3.3 Flow cytometry and cell sorting 30 3.4 Next generation sequencing 30 3.5 Bone isolation for histological analysis 31 3.6 Bone sectioning and microscopy image acquisition 31 3.7 Dextran injection 31 3.8 Dextran area analysis 32 3.9 Breast cancer homing to bone marrow 32 3.10 Blood vessel histological analysis and calculation of distribution peak 32 3.11 Flow cytometry 33 3.12 Cell cycle analysis with Ki67 33 3.13 Cell viability analysis with Annexin V 33 3.14 Extracellular integrin staining 34 3.15 Intracellular integrin staining 34 3.16 Proteome profiler 35 3.17 Statistics 35 3.18 Breast cancer homing to bone marrow 36 3.19 Micro-computed tomography 36 4 RESULTS 39 4.1 Induced CD105-deficiency in endothelial cells of the bone marrow reduces blood vessel size 39 4.2 EC-CD105 deficiency differentially affects circulating cell populations throughout time 41 4. 3 EC-CD105 deficiency reorganizes hematopoietic progenitors in the bone marrow 45 4.4 CD105 deficiency causes vessels to remodel through endothelial cell proliferation and consequent apoptosis 48 4.5 CD105 deficiency differentially switches EC activity from angiogenic to apoptotic in a time dependent manner 51 4.6 EC-CD105 deficiency reduces EC adhesion and regulates integrin dynamics in a time dependent manner 57 4.7 Partial EC-CD105 deficiency affects immune cell dynamics in a time dependent manner 61 4.8 EC-CD105 deficiency affects cancer homing to bone marrow 65 5 DISCUSSION 67 5.1 EC-CD105 deficiency induces temporally orchestrated vasculature remodeling in the bone marrow 67 5.2 EC-CD105 deficiency affects circulating cells and the hematopoietic niche 70 5.3 EC-CD105 deficiency affects EC activity in a time dependent manner, cascading into affecting EC-circulating cell dynamics 73 5.4 EC-CD105 deficiency impairs breast cancer metastasis to bone marrow 76 6.1 Summary 79 6.2 Zussamenfassung 81 Bibliography 83 Deklaration 96 List of abbreviations 99

Background: Angiogenesis is recognised as a critical step in tumour progression. The angiogenic switch is activated by various trigger signals, such as hypoxia, low pH, and genetic mutations. Renal cell carcinoma (RCC) is often an aggressive tumour, and advanced disease has limited treatment options and bad prognosis. This study was focused on markers of angiogenesis in RCC: endoglin (CD105) and CD31 assessing microvessel density (MVD), and carbonic anhydrase (CA) IX and hypoxia-inducible factor (HIF)-2α expressed at hypoxia. Upregulation of HIF is also associated with inactivation of the von Hippel-Lindau (VHL) tumour suppressor gene, which is common in conventional/clear cell (c)RCC. Method: A tumour bank containing 308 tumours from patients operated 1982-2003 was used. The tumours were well characterised regarding tumour type, TNM stage, nuclear grade, tumour size, and patient survival. The tumours were prepared in tissue microarrays and fresh frozen in whole sections. To analyse the expression of endoglin, CD31, CA IX, and HIF-2α mRNA, immunohistochemistry and real-time PCR were used. Results: There was a higher endoglin expression in cRCC than in papillary (p)RCC and chromophobe (ch)RCC, and a higher CD31 expression in cRCC than in pRCC. MVD correlated inversely to TNM stage and nuclear grade in cRCC. There was also an inverse correlation between tumour diameter and CD31 expression in cRCCs. Patients with cRCC with high MVD had a more favourable prognosis than patients with lower MVD. Endoglin and CD31 were not independent prognostic factors. The CA IX expression was higher in cRCC than in pRCC and chRCC. Patients with cRCC expressing low CA IX had a significantly less favourable prognosis compared with those with higher expression. CA IX is an independent prognostic factor. There was a higher HIF-2α mRNA expression in cRCC than in pRCC and chRCC. In cRCC, there was a significant inverse correlation between HIF-2α mRNA expression, and TNM stage and nuclear grade. There was also an inverse correlation between HIF-2α mRNA expression and tumour size among patients with cRCC. HIF-2α was not an independent prognostic factor. Conclusion: In these studies, the factors related to hypoxia and vascularity were all inversely correlated to tumour aggressiveness in cRCC. MVD, CA IX, and HIF-2α expression were also higher in cRCC than in pRCC and chRCC. The relationship between angiogenesis, vascularity, and hypoxia is ambiguous. A line of reasoning including mutations increasing angiogenesis in advanced disease may also be applied to RCC. Measurements of individual angiogenic factors seem to provide prognostic information, and can potentially be combined in patient monitoring and treatment.