CYR61 and WISP3 belong to the family of CCN-proteins. These proteins are characterised by 10% cysteine residues whose positions are strictly conserved. The proteins are extracellular signalling molecules that can be associated with the extracellular matrix. CCN-proteins function in a cell- and tissue specific overlapping yet distinct manner. CCN-proteins are expressed and function in several cells and tissues of the musculoskeletal system. In this study the impact of the angiogenic inducer cysteine-rich protein 61 (CYR61/CCN1) on endothelial progenitor cells (EPCs) and mesenchymal stem cells (MSCs) as well as the wnt1 inducible signalling pathway protein 3 (WISP3/CCN6) on MSCs were elucidated. EPCs are promising cells to induce neovascularisation in ischemic regions as tissue engineered constructs. A major drawback is the small amount of cells that can be obtained from patients; therefore a stimulating factor to induce in vitro propagation of EPCs is urgently needed. In this study, mononuclear cells obtained from peripheral blood were treated with 0.5 µg/ml CYR61, resulting in an up to 7-fold increased cell number within one week compared to untreated control cells. To characterise if EPCs treated with CYR61 display altered or maintained EPC phenotype, the expression of the established markers CD34, CD133 and KDR as well as the uptake of acLDL and concurrent staining for ulex lectin was analysed. Both CYR61 treated and untreated control cells displayed EPCs characteristics, indicating that CYR61 treatment induces EPC number without altering their phenotype. Further studies revealed that the stimulating effect of CYR61 on EPCs is due to enhanced adhesion, rather than improved proliferation. Usage of mutated CYR61-proteins showed that the adhesive effect is mediated, at least partly, by the integrin α6β1, while the integrin αυβ3 has no influence. Endogenous expression of CYR61 was not detectable in EPCs, which indicated that control cells are not influenced by endogenous secretion of CYR61 and also could explain the dose-dependent effect of CYR61 that is measured at a low concentration of 0.05 µg/ml. MSCs were treated with 0.5 µg/ml CYR61, a combination of growth factors including VEGF, both together and compared to untreated control cells. Matrigel angiogenesis assay revealed an induction of angiogenesis, detected by induced sprouting of the cells, after CYR61 treatment of the MSC. Induced sprouting and vessel like structure formation after CYR61 treatment was similar to the results obtained after treatment with growth factors including the established angiogenesis inducer VEGF. This result clearly demonstrates the angiogenic potential of CYR61 on MSCs. Further studies revealed a migrative and proliferative effect of CYR61 on MSCs. Both properties are crucial for the induction of angiogenesis thus further strengthening the view of CYR61 as an angiogenic inducer. MSCs and EPCs are promising cells for tissue engineering applications in bone remodelling and reconstruction. MSCs due to their potential to differentiate into other lineages; EPCs induce neovascularisation within the construct. Both cell types respond to CYR61 treatment. Furthermore EPCs home to sides were CYR61 expression is detectable and both are induced by similar stimulators. Therefore CYR61 is a promising factor for tissue engineered bone reconstruction applications. WISP3 is expressed in cartilage in vivo and in chondrocytes in vitro. Loss of function mutations in the WISP3 gene are associated to the inherited human disease progressive pseudorheumatoid dysplasia (PPD), that is characterised by cartilage loss and bone and joint destruction. Since MSCs also express the protein, the aim of this study was to elucidate if recombinant protein targets MSCs. A migratory effect of WISP3 treatment on MSCs and osteogenic differentiated MSCs has been proven in this study. To elucidate if global gene expression patterns are influenced by WISP3, cells were treated with 0.5 µg/ml WISP3 and compared to untreated control MSCs. Gene expression study by using affymetrix technology revealed an induction of interferon inducible genes including CXCL chemokines and members of the TNFSF family. Reevaluation by RT-PCR on identical RNA and an additional time series confirmed the results. Although no established cartilage associated genes were detected as regulated genes within this 24h treatment, anti-angiogenic and immunosuppressive genes indicate a protective role of WISP3 for the cartilage, which is sensitive to inflammatory processes. Both CCN-proteins CYR61 and WISP3 are valuable for the musculoskeletal system. This and previous studies revealed the role of CYR61 for osteogenesis and angiogenesis of tissue engineered applications. WISP3 is responsible for development, protection and maintenance of cartilage. Therefore further studies with the proteins in the musculoskeletal system are of high relevance. / CYR61 und WISP3 gehören zur Familie der CCN-Protein. Diese Proteine werden durch ihre Cysteinreste charakterisiert die10 % der Proteine ausmachen und hoch konserviert sind. Die Proteine sind extrazelluläre Signalmoleküle und können an die extrazelluläre Matrix gebunden sein. CCN-Proteine wirken Zell- und Gewebeabhängig in einer spezifischen und doch überlappenden Weise. CCN-Proteine werden exprimiert und wirken gleichzeitig in einigen Zellen und Geweben des muskoloskeletalen Systems. In dieser Arbeit wurde der Einfluss des angiogen wirkenden Cystein-reichen Proteins 61 (CYR61/CCN1) auf endotheliale Progenitorzellen (EPCs) und mesenchymale Stammzellen (MSCs), sowie die Wirkung vom wnt indizierbaren Signalweg Protein 3 (WISP3/CCN6) auf MSCs untersucht. EPCs sind viel versprechende Zellen für die Behandlung und Neovaskularisierung von Ischämien wie zum Beispiel in Konstrukten aus dem Tissue Engineering. Von Nachteil ist die geringe Zellzahl, die von einem Patienten gewonnen werden kann. Aus diesem Grund ist ein Stimulator notwendig, der die in vitro Vermehrung der Zellen induziert. In dieser Studie wurden mononukleäre Zellen aus dem peripheren Blut von Spendern mit 0,5 µg/ml CYR61 behandelt. Die Zellzahl der CYR61 behandelten Zellen nahm innerhalb von einer Woche um das 7-fache im Vergleich zu den unbehandelten Zellen zu. Um die CYR61 behandelten EPCs zu charakterisieren wurde die Expression der etablierten Oberflächenmarker CD34, CD133 und KDR sowie die Aufnahme von acLDL mit der gleichzeitigen Anfärbbarkeit für Ulex lektin untersucht. Sowohl die CYR61 behandelten als auch die unbehandelten Zellen zeigten die charakteristischen Merkmale für EPCs. Somit ist der Nachweis erbracht, dass die EPC Zellzahl durch die CYR61 Behandlung erhöht wird ohne den Phänotyp der Zellen zu ändern. Weitere Studien ergaben dass der beobachtete Effekt eher auf verstärkter Adhäsion an die Zellkulturoberfläche als auf eine Induktion der Proliferationsrate beruht. Die Verwendung von mutierten CYR61 Proteinen zeigte, dass der adhäsive Effekt zumindest zum Teil über das Integrin α6β1 vermittelt wird, während das Integrin αυβ3 keinen Effekt zu haben scheint. Eine endogene Expression von CYR61 in EPCs konnte nicht nachgewiesen werden, was die Ansprechbarkeit der EPCs schon bei niedrigen dosis-abhängigen Konzentrationen von 0,05 µg/ml erklären könnte. MSCs wurden mit 0,5 µg/ml CYR61, einer Kombination von Wachstumsfaktoren inklusive VEGF und beiden zusammen behandelt und mit unbehandelten Kontrollzellen verglichen. Im Matrigel Angiogenese Assay konnte die Induktion von Angiogenese, ermittelt durch die Induktion der Zellsprossung, durch die Behandlung der MSCs mit CYR61 nachgewiesen werden. Die beobachtete Sprossung und Bildung von Gefäß-ähnlichen Strukturen nach der CYR61 Behandlung war dem Effekt nach der Behandlung mit Wachstumsfaktoren inklusive dem etablierten angiogenen Stimulator VEGF ähnlich. Dieses Ergebnis ist der Beweis für das angiogene Potential von CYR61 auf MSCs. Weitere Studien bewiesen einen migrativen und proliferativen Effekt von CYR61 auf MSCs. Beide Eigenschaften sind entscheidend für die Induktion von Angiogenese, wodurch das Bild von CYR61 als angiogener Induktor verstärkt wird. MSCs und EPCs sind viel versprechende Zellen für die Rekonstruktion und den Umbau von Knochen mittels Tissue Engineering. MSCs durch ihr Potential in verschiedene Richtungen zu differenzieren und EPCs durch die Möglichkeit der Neovaskularisierung der besiedelten Konstrukte. Beide Zellarten reagieren auf CYR61 Behandlung. Weiterhin akkumulieren EPCs an ähnlichen Stellen im Körper an denen CYR61 exprimiert wird. Außerdem werden beide durch die gleichen Faktoren stimuliert. Deshalb stellt CYR61 einen viel versprechenden Faktor für Knochenrekonstruktions-Anwendungen mittels Tissue Engineering dar. WISP3 wird in vivo im Knorpel und in vitro in Chondrozyten exprimiert. Außerdem sind Funktionsverlust-Mutationen im WISP3-Gen mit der vererbten Krankheit Progressive Pseudorheumatoide Dysplasie (PPD) assoziiert. Die Krankheit ist durch den Verlust von Knorpel und dem Abbau von Knochen gekennzeichnet. MSCs exprimieren WISP3, aus diesem Grund sollte in der Studie geklärt werden welche Wirkung das rekombinate Protein auf MSCs hat. Ein migratorischer Effekt von WISP3 auf MSCs und osteogen differenzierte MSCs wurde in dieser Studie nachgewiesen. Um den Einfuß der WISP3 Behandlung auf das globale Genexpressionsmuster der MSCs zu ermitteln, wurden diese mit 0,5 µg/ml WISP3 behandelt und mit unbehandelten Zellen verglichen. Genexpressionsstudien mittels Affymetrix Technologie zeigte eine Induktion von interferon stimulierten Genen, unter anderem CXC Chemokine und Mitglieder der TNFSF Familie. Die Ergebnisse wurden durch RT-PCR an identischer RNA und einer zusätzlichen Zeitreihe bestätigt. Obwohl keine eindeutig knorpelrelevanten Gene detektiert wurden, stellen die gefundenen anti-angiogen und immunsupressiv wirkende Gene eine schützende Funktion für den im Zusammenhang mit immuninflamtorischen Prozessen empfindlichen Knorpel dar. Sowohl CYR61 als auch WISP3 sind wichtig für das muskoloskeletale System. Diese und vorherige Studien haben gezeigt das CYR61 einen Einfluss auf die Osteogenese und Angiogenese vom MSCs hat. WISP3 ist verantwortlich für die Entwicklung, den Schutz und Erhalt von Knorpel. Deshalb sollten weitere Studien zur Funktionsaufklärung der Proteine im muskoloskeltalen System durchgeführt werden.

Im Alter reduziert sich die Anzahl und Funktion zirkulierender endothelialer Pro-genitorzellen (EPC). Gleichzeitig sinken die Spiegel des Insulin-like growth fac-tor-1 (IGF-1), und das Risiko, arteriosklerotische Läsionen auszubilden, steigt. Unsere Daten weisen auf einen direkten Zusammenhang zwischen Alter, IGF-1-Spiegeln sowie Zahl und Funktion zirkulierender EPC hin. IGF-1 stimuliert nicht nur die Angiogenese, sondern besitzt auch vasoprotektive Eigenschaften. In dieser Studie wurde die Anzahl und Funktion der EPC ge-sunder männlicher Probanden (n=16) vor und nach 10tägiger Behandlung mit humanem rekombinantem Wachstumshormon (0,4 mg s.c./Tag) untersucht. Als Kontrollgruppe dienten junge Studienteilnehmer (n=10). Sowohl ihre IGF-1-Spiegel (223,1±15,7 ng/ ml vs 126,0±7,2 ng/ml) als auch die Anzahl zirkulieren-der CD133+/VEGF-2+ EPC waren im Vergleich mit der älteren Teilnehmergrup-pe höher. Zusätzlich zeigten sich eine bessere EPC-Funktion und eine höhere Telomeraseaktivität. Die Behandlung mit Wachstumshormon erhöhte die IGF-1-Spiegel und die Anzahl der zirkulierenden EPC bei den älteren Probanden deut-lich. Auch zeigten sie eine erhöhte Fähigkeit, Kolonien zu bilden und eine ver-mehrte Migrationskapazität. Außerdem war der Einbau in gefäßähnliche Strukturen durch Wachstumshormon- behandlung verbessert und die Telomeraseakti-vität mit der jungen Kontrollgruppe vergleichbar. In vitro-Untersuchungen zeigten, daß Expression, Phosphorylierung und Aktivi-tät der endothelialen NO-Synthase (eNOS) in EPC von IGF-1 mittels des IGF-1-Rezeptors stimuliert werden. IGF-1 erhöht in vivo und in vitro die Funktion der EPC über den IGF-1-Rezeptor sowie den Phosphatidyl-Inositol-3- Kinase (PI3K)/Akt-Signalweg. Die durch Wachstumshormon vermittelte Erhöhung von IGF-1 könnte eine neue Therapiestrategie zur Verminderung vaskulärer Defekte bei Patienten mit ver-minderter Anzahl und Funktion von EPC darstellen. Weitere Untersuchungen sowie klinische Studien sollten durchgeführt werden. / Aging is associated with an increased risk for atherosclerosis. A possible cause is low numbers and dysfunction of endothelial progenitor cells (EPC) which insufficiently repair damaged vascular walls. We hypothesized that decreased levels of IGF-1 during age contribute to dysfunctional EPC. We therefore measured the effect of growth hormone (GH), which increases endogenous insulin-like growth factor-1 (IGF-1) levels, on EPC in mice and human subjects. We compared EPC number and function in healthy middle-aged male volunteers (57.4 ± 1.4 years) before and after a ten day treatment with recombinant GH (0.4 mg/day) with that of younger and elderly male subjects (27.5 ± 0.9 and 74.1 ± 0.9 years). Middle-aged and elderly subjects had lower circulating CD133+/VEGFR-2+ EPC with impaired function and increased senescence. GH treatment in middle-aged subjects elevated IGF-1 levels (126.0±7.2ng/ml vs. 241.1±13.8ng/ml; p<0.0001), increased circulating EPC with improved colony forming and migratory capacity, enhanced incorporation into tube-like structures, and augmented endothelial nitric oxide synthase (eNOS) expression in EPC comparable to that of the younger group. EPC senescence was attenuated, whereas telomerase activity was increased after GH treatment. Treatment of aged mice with GH (7 days) or IGF-1 increased IGF-1 and EPC levels and improved EPC function, whereas a two day GH treatment did not alter IGF-1 or EPC levels. Ex vivo treatment of EPC from elderly individuals with IGF-1 improved function and attenuated cellular senescence. IGF-1 stimulated EPC differentiation, migratory capacity and the ability to incorporate into forming vascular networks in vitro via the IGF-1 receptor. IGF-1 increased telomerase activity, eNOS expression, phosphorylation and activity in EPC in a phosphoinositide-3-kinase/Akt dependent manner. Small interference RNA-mediated knockdown of eNOS in EPC abolished the IGF-1 effects. Growth hormone-mediated increase in IGF-1 reverses age-related EPC dysfunction and may be a novel therapeutic strategy against vascular disorders with impairment of EPC.

Die In-vitro-Kultivierung von cornealem Endothel, einer funktionalen, beim Menschen nicht regenerierbaren Schicht in der Hornhaut des Auges, eröffnet weitreichende Möglichkeiten zum Zell- und Gewebeersatz. Dieser Artikel beschreibt aktuelle und künftige Optionen für zellbasierte Therapieansätze sowie die Bedeutung unbegrenzt proliferationsfähiger (immortalisierter) Zellpopulationen als Modellsystem für die Entwicklung neuartiger Methoden. In diesem Zusammenhang werden schaltbare Zellkulturträger als Möglichkeit zur schonenden Gewinnung transplantierbarer „cell sheets“ vorgestellt. Darüber hinaus wird die serumfreie Kultivierung als wichtige Voraussetzung für eine Anwendung am Menschen diskutiert. / The in vitro cultivation of corneal endothelium – a functional, non-regenerable layer of the human cornea – is a promising approach for cell and tissue replacement. This paper introduces options for cell-based therapies and points out the importance of immortalised cell populations as a model system to develop tissue engineering strategies. In particular, the use of stimuli-responsive cell culture carriers for the gentle harvesting of “cell sheets” is described. Furthermore, serum-free cultivation is discussed as a prerequisite for future applications.

Zsfassung in engl. Sprache. - Würzburg, Univ., Diss., 2008

Würzburg, Univ., Diss., 2009. / Zsfassung in engl. Sprache.

Hamburg, FB Medizin, Universiẗat, Diss., 2004.

Frankfurt (Main), Univ., Diss., 2002.

Viele im klinischen Alltag verwendete volatile Anästhetika verursachen während der Narkose eine Vasodilatation. In dieser Hinsicht wäre es interessant, zu Untersuchen, ob volatile Anästhetika die Prostacyclinbildung in Endothelzellen beeinflussen können. Für diese Untersuchungen wurden primäre humane Endothelzellen aus der Nabelschnurvene (HUVEC) isoliert und in Zellkulturen kultiviert. Diese Zellen zeigen nach Zugabe von Histamin eine Dosis- und Zeitabhängige Prostacyclinbildung. Entscheidend für diese Prostacyclinbildung ist die Ca2+-Freisetzung aus intrazellulären Speichern. Die dosisabhängige Untersuchung von Halothan auf die Prostacyclinbildung zeigte eine signifikante Stimulation der Prostacyclinbildung von 33,8% bei einer klinisch relevanten Konzentration von 1 Vol.%. Diese stimulierende Wirkung von Halothan auf die Prostacyclinbildung könnte einen Beitrag zu der in vivo beobachteten vasodilatierenden Wirkung des Anästhetikums leisten. Eine ähnliche stimulierende Wirkung wurde auch für Isofluran beobachtet, obwohl der stimulierende Effekt auf die Prostacyclinbildung keine statistische Relevanz erreichte. Höhere supraklinische Konzentrationen der beiden Anästhetika hemmen allerdings signifikant die Prostacyclinbildung. Die Aktivierung der Proteinkinase C in den HUVEC Zellen hat keinen signifikanten Einfluss auf die Histamin-induzierte Prostacyclinbildung. Dieses Ergebnis macht eine stimulierende Wirkung der volatilen Anästhetika auf die Prostacyclinbildung mittels Proteinkinase C-Aktivierung unwahrscheinlich. Die Stimulation der NO-Signalweges mittels Natrium-Nitroprussid in den HUVEC Zellen verursachte eine signifikante Hemmung der Histamin-induzierten Prostacyclinbildung. Andererseits führte die Hemmung des NO-Signalwegs mit L-NAME nicht zu einer signifikanten Zunahme der Prostacyclinbildung. Eine mögliche Hemmung des NO-Signalwegs durch volatile Anästhetika kann daher in HUVEC Zellen nicht durch vermehrte Prostacyclinbildung kompensiert werden. / Many volatile anesthetics cause vasodilatiation during their clinical use.Theredore it is of interest to investigate the effect of volatile anesthetics on prostacyclin production in endothelial cells. Primary Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVEC) were isolated ans cultivated in cell cultures. A dose and time dependent prostacyclin production was found in these cells. The release of Ca2+ from intracellular stores is essential for prostacyclin production. After application of Halothane a significant stimulation of prostacyclin production of 33.8% was found at clinically relevant concentrations of 1 Vol%. Isoflurane showed similar effects. However, increase of prostacyclin production after incubation with Isoflurane was not statistically relevant. High supraclinical concentrations of both anesthetics result in significant inhibition of prostacyclin production. Activation of protein-kinase-C in HUVECs was found to have no significant effect on histamine-induced prostacyclin production. Therefore, a stimulating effect of volatile anesthetics via protein-kinase-C activation is unlikely. Stimulation of th NO-pathway with sodium-nitroprussid resulted in significant inhibition of histamine-induced prostacyclin production in the HUVECs. Inhibition of the NO-pathway with L-NAME had no significant effect on prostacyclin production. In HUVECs, inhibition of the NO-pathway by volatile anesthetics cannot be compensated by increased prostacyclin production.

Eine Schädigung des Endothels ist früh nachweisbar in der Pathogenese kardiovaskulärer Erkrankungen. Beim Diabetes mellitus führt die Entkopplung der endothelialen Stickstoffmonoxid-Synthase (eNOS) durch Bildung von Superoxidanionen (O2-) anstatt von Stickstoffmonoxid (NO) zu einer gesteigerten Produktion an reaktiven Sauerstoffradikalen (ROS) und zu einer Schädigung des Endothels. Bei der Endothelregeneration spielen die kürzlich entdeckten endothelialen Progenitorzellen (EPCs) eine entscheidende Rolle. Für deren Mobilisierung und volle Funktionalität ist die eNOS von essentieller Bedeutung. In der vorliegenden Arbeit wurde die Hypothese untersucht, daß die beim Diabetes mellitus bekannte Entkopplung der eNOS auch eine wichtige Rolle bei der verminderten Mobilisierung und Dysfunktion von EPCs spielen könnte. Bei Patienten mit Typ-II Diabetes waren die EPC-Spiegel im Blut deutlich vermindert, die EPCs von diabetischen Patienten produzierten mehr O2- und ihre Funktion war im Vergleich zu den EPCs von Kontrollen eingeschränkt. Die gestörte Funktion der EPCs ließ sich durch eine Blockade der NOS mit NG-nitro-L-Arginin (L-NNA) zu einem großen Teil wiederherstellen. Gleichzeitig war dies auch mit einer verminderten O2--Produktion verbunden. In kultivierten EPCs führte die Inkubation mit Glukose zu einer vermehrten O2-- Produktion und einer verminderten Migrationsfähigkeit. Die Proteinkinase C scheint hierbei mechanistisch über eine Aktivierung der NADPH-Oxidase (NOX) von Bedeutung zu sein. Die durch Glukose hervorgerufene gesteigerte O2--Generierung resultiert in verminderten intrazellulären Tetrahydrobiopterin (BH4) -Spiegeln, dem wahrscheinlich entscheidenden pathophysiologischen Mechanismus bei der eNOS-Entkopplung. Nach exogener Zufuhr von BH4 kam es zu einer signifikanten Funktionsverbesserung der EPCs und einer deutlich verminderten O2--Produktion. Im Tiermodell des Diabetes wurden EPC-mobilisierende Mechanismen untersucht. Bei Ratten wurde durch Streptozotozininjektion ein Typ-I-Diabetes hervorgerufen. Bei diesen Tieren konnten ebenso wie bei den diabetischen Patienten verminderte EPC-Spiegel nachgewiesen werden. Ursache hierfür könnte eine Entkopplung der eNOS im Knochenmark sein. Hier zeigte sich eine gesteigerte O2--Produktion, welche durch eine NOS-Blockade mittels L-NNA teilweise reversibel war. Wahrscheinlich sind die auf die Entkopplung der eNOS zurückzuführende verminderte EPC-Mobilisierung und -Funktion mitbestimmende Faktoren in der Pathogenese von vaskulären Komplikationen beim Diabetes mellitus. / Early in the pathogenesis of cardiovascular diseases the endothelium gets impaired. In diabetes mellitus the uncoupling of the endothelial nitric oxide synthase (eNOS) causes endothelial dysfunction by the formation of superoxide anions (O2-) instead of nitric oxide (NO). For the proper regeneration of the endothelial monolayer endothelial progenitor cells (EPC) are essential. The eNOS plays a crucial role in the mobilisation and functionality of the EPCs. In this work we investigated, if the in diabetes mellitus appearing uncoupling of the eNOS plays a major role in the dysfunction and lesser mobilisation of EPCs. EPC levels in diabetic patients were significantly reduced and produced more O2-. The impaired function of EPCs could be nearly be reversed by adding NG-nitro-L-arginine (L-NNA) and also the O2-- production was reduced. Cultivated EPCs, who were incubated with glucose, produced more O2- and their migratory capacity was reduced. The protein-kinase C seems to activate the NADPH-oxidase. This seems to be an important mechanism in the eNOS-uncoupling. The intracellular tetrahydrobiopterin-concentration (BH4) was reduced. The exogenous application of BH4 resulted in a better EPC-function and lesser O2--production. In an animal-model the mechanisms for the EPC-mobilisation were investigated. We used type-1 diabetic rats, induced by the injection of streptocotocine. The EPC-levels in these animals were reduced. A reason for that could be the uncoupling of the eNOS in the bone marrow. The O2--formation was initially elevated and could be reduced by the addition of L-NNA. It is possible, that the by the eNOS-uncoupling induced bad function and lesser mobilisation of EPCs in diabetes mellitus can lead to vascular complications.

Endothelzellen kleiden als einschichtiger Zellverband die Blutgefäße aus und bilden so eine Barriere zwischen Blut und Interstitium. Der Austausch von Flüssigkeit und Makromolekülen über diese Barriere wird durch die transzelluläre und parazelluläre Permeabilität reguliert. Die parazelluläre Permeabilität ist von der Integrität der interzellulären endothelialen Junktionen abhängig. Eine Schwächung der Adhäsion und Öffnung der Tight Junctions bedingt unweigerlich einen Anstieg der Permeabilität, die bei verschiedenen pathologischen Bedingungen, z.B. inflammatorischen Ödemen und allergischem Schock, lebensbedrohlich werden kann. Unter physiologischen Be-dingungen ist das Endothel verschiedenen mechanischen Stimuli wie Scherstress durch den Blutfluß, zyklischer Dehnung durch die Wandspannung und hydrostatischem Druck durch den Blutdruck ausgesetzt. Da die Effekte des hydrostatischen Drucks auf die Biologie der Endothelzelle weitgehend unverstanden sind, sollte in der vorliegenden Arbeit der Einfluss des physiologischen hydrostatischen Drucks auf die Integrität des endothelialen Zellverbands näher untersucht werden. Sowohl in mikrovaskulären Endothelzellen als auch in makro-vaskulären Endothelzellen wurde gefunden, dass hydrostatischer Druck von 5-15 cmH2O, wie er typischerweise in Blutkapillaren in vivo herrscht, einen protektiven Einfluss auf die Endothelbarriere gegenüber permeabilitätssteigernden Einflüssen vermittelt. Es konnte gezeigt werden, dass eine extrazelluläre Depletion von Ca2+ durch EGTA zu einem Verlust von VE-Cadherin aus den endothelialen Junktionen mit Lückenbildung zwischen den Zellen führt (dargestellt durch Immunfluoreszenz) und dass dieser Effekt durch die gleichzeitige Applikation eines hydrostatischen Drucks von 15 cmH2O weitgehend verhindert werden konnte. Auch die durch Cytochalasin D induzierte Actindepolymerisation und interzelluläre Lückenbildung sowie die Dissoziation der Zellkontakte und Zellablösung nach Zugabe des Ca2+/Calmodulin-Antagonisten Trifluperazin und die Thrombin-induzierte Zelldissoziation konnten durch gleichzeitige Druckexposition von 15 cmH2O inhibiert werden. Darüberhinaus konnte mit Hilfe der Laserpinzetten-Technik gezeigt werden, dass hydrostatischer Druck die Haftung von mit VE-Cadherin beschichteten Mikroperlen an der endothelialen Zelloberfläche sowohl in Abwesenheit von extrazellulärem Ca2+ als auch unter Einfluss von Cytochalasin D und Trifluperazin nahezu unvermindert ermöglichte, während ohne hydrostatischen Druck die Mikroperlen unter diesen Bedingungen (Ca2+-Depletion, Cytochalasin D, Trifluperazin) nicht mehr hafteten. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde untersucht, welche Mechanismen an den druckvermittelten Signalwegen beteiligt sein könnten. Es ist bekannt, dass cAMP und auch die Mitglieder der Rho-GTPasen-Familie Endothelbarriere-stabilisierende Funktionen haben. Es konnten jedoch keine signifikanten Veränderungen der cAMP-Konzentrationen sowie der Rho A- und Rac 1-Aktivität in makrovaskulären Endothelzellen unter hydrostatischem Druck von 15 cmH2O innerhalb von 45 Minuten nachgewiesen werden. Da Caveolin-1 in der Literatur eine Rolle in der Mechanotransduktion von zyklischer Dehnung und Scherstress zugesprochen wird, wurden im Labor generierte Endothelzellen aus Caveolin-1-defizienten Mäusen untersucht. Caveolin-1 stabilisiert plasmalemmale Invaginationen, die Caveolae, die eine Vielzahl an Molekülen mit signalgebenden und -weiterleitenden Funktionen beherbergen. In Caveolin-1-defizienten Endothelzellen war hydrostatischer Druck nicht in der Lage eine Destabilisierung des endothelialen Zellrasens durch Cytochalsin D, Trifluperazin und EGTA zu unterdrücken. Die Ergebnisse dieser Arbeit haben gezeigt, dass ein physiologischer hydrostatischer Druck zur Erhaltung der endothelialen Integrität und ihrer Barrierefunktion beiträgt und Caveolin-1-vermittelte Mechanismen bei der Mechanotransduktion des hydrostatischen Drucks eine Rolle spielen. / Endothelial monolayer integrity is required to maintain endothelial barrier functions and has found to be impaired in several disorders like inflammatory edema, allergic shock, or artherosclerosis. Under physiologic conditions in vivo, endothelial cells are exposed to mechanical forces such as hydrostatic pressure, shear stress, and cyclic stretch. However, insight into the effects of hydrostatic pressure on endothelial cell biology is very limited at present. Therefore, in this study, we tested the hypothesis that physiological hydrostatic pressure protects endothelial monolayer integrity in vitro. We investigated the protective efficacy of hydrostatic pressure in microvascular myocardial endothelial (MyEnd) cells and macrovascular pulmonary artery endothelial cells (PAECs) by the application of selected pharmacological agents known to alter monolayer integrity in the absence or presence of hydrostatic pressure. In both endothelial cell lines, extracellular Ca(2+) depletion by EGTA was followed by a loss of vascular-endothelial cadherin (VE-caherin) immunostaining at cell junctions. However, hydrostatic pressure (15 cmH(2)O) blocked this effect of EGTA. Similarly, cytochalasin D-induced actin depolymerization and intercellular gap formation and cell detachment in response to the Ca(2+)/calmodulin antagonist trifluperazine (TFP) as well as thrombin-induced cell dissociation were also reduced by hydrostatic pressure. Moreover, hydrostatic pressure significantly reduced the loss of VE-cadherin-mediated adhesion in response to EGTA, cytochalasin D, and TFP in MyEnd cells as determined by laser tweezer trapping using VE-cadherin-coated microbeads. In caveolin-1-deficient MyEnd cells, which lack caveolae, hydrostatic pressure did not protect monolayer integrity compromised by EGTA, indicating that caveolae-dependent mechanisms are involved in hydrostatic pressure sensing and signaling.