No description available.

No description available.

Diabetes mellitus und seine schwerwiegenden Folgen im Gefäßsystem stellen ein großes Problem der heutigen Gesellschaft dar. Ein wichtiger Aspekt der Erkrankung sind die Mikro- und Makroangiopathien, die im schlimmsten Fall zum Apoplex oder Tod führen. Es existieren bereits Hinweise, dass proinflammatorische Zytokine wie TNFα an der Entstehung des Diabetes mellitus beteiligt sind. TNFα führt zu einer Aktivierung der DLK und ihrer untergeordneten Kinase JNK, was in Betazellen zur Apoptose führt. In der vorliegenden Arbeit sollte die Rolle und Regulation der DLK in Gefäßzellen untersucht werden. Zusätzlich wurde die Angiogenese bei diät-induzierter Adipositas und Diabetes melitus in einem Mausmodell untersucht. Immunhistochemische Untersuchungen zeigen, dass die DLK in Endothelien und in glatten Muskelzellen der Aorta exprimiert wird. Um die Aktivierung und somit die Phosphorylierung der DLK zu untersuchen, wurde ein spezieller Antikörper, der an S-302 der DLK bindet, bei der Immunoblotanalyse verwendet. Eine Phosphorylierung an S-302 entspricht einer Aktivierung der DLK. Eine Behandlung von humanen Endothelzellen aus der Nabelschnurvene (HUVECs) mit TNFα zeigen eine Phosphorylierung der DLK und ihrer untergeordneten Kinase JNK. Eine Aktivierung durch Leptin oder dem vaskulären Wachstumsfaktor (VEGF) konnte hingegen nicht gezeigt werden. Zusätzlich zeigt eine Behandlung mit dem JNK-Inhibitor SP600125 eine verminderteTNFα-induzierte DLK- und JNK-Phosphorylierung, was zu der Annahme führt, dass in HUVECs die Aktivierung von JNK zu einer Phosphorylierung der DLK führt. Die Untersuchungen im Tiermodell lieferten Hinweise, dass die Regulation von TNFα ein entscheidender therapeutischer Ansatzpunkt bei der Entstehung endothelialer Dysfunktion darstellt. Es wurde gezeigt, dass das Ausschalten nur eines Allels der DLK einen messbaren Unterschied in Zusammenhang mit früher Kollateralbildung nach Ischämie erbringt. In Zusammenschau der vorliegenden Ergebnisse kann festgestellt werden, dass die Regulation der DLK durch TNFα in endothlialen Zellen einen wichtigen Aspekt in der Entwicklung der endothelialen Dysfunktion darstellt und dass die DLK als kollateralfördernde Kinase eine wichtige Rolle in der Revaskularisierung nach Ischämie spielt.

Despite intense research efforts, the repair of large bone defects is still not satisfactory and remains a major challenge in Orthopaedic Surgery. In this context bone tissue engineering has emerged as a promising strategy. However, one of the fundamental principles underlying tissue engineering approaches is that newly formed tissue must maintain sufficient vascularization to support its growth. Thus an active blood vessel network is an essential pre-requisite for scaffold constructs to integrate within existing host tissue. Currently, great efforts are made to address this problem employing transplantation of vascular cells and loading of appropriate biological factors. Endothelial progenitor cells (EPCs) are a heterogeneous subpopulation of bone marrow mononuclear progenitor cells with potential for differentiation to the endothelial lineage and thus vasculogenic capacity. However, clinical studies reported that with the increase of age, increased susceptibility to apoptosis and accelerated senescence may contribute to the numerical and functional impairments observed in EPCs, which may lead to a reduced angiogenic capacity and an increased risk of vascular disease. Hence attention has increasingly been paid to enhance mobilization and differentiation of EPCs for therapeutic purposes. A large body of evidence indicates that in Traditional Chinese Medicine (TCM) a plethora of herbs and herbal extracts are effective in the treatment of vascular diseases such as chronic wounds, diabetic retinopathy and rheumatoid arthritis. Thus, it seems rational to explore these medicinal plants as potential sources of novel angiomodulatory factors. In this thesis we demonstrated that treatment with TCM herbal extracts promote cell growth, cell migration, cell-matrix and capillary-like tube formation of BM-EPCs. Among these TCM extracts, Salidroside (SAL) and Icariin (ICAR) incubation increased VEGF and nitric oxide secretion, which in turn mediated the enhancement of angiogenic differentiation of BM-EPCs. A mechanic evaluation provided evidence that SAL stimulates the phosphorylation of Akt, mammalian target of rapamycin (mTOR) and ribosomal protein S6 kinase (p70S6K), as well as phosphorylated ERK1/2, which is associated with the cell migration and tube formation. Furthermore, a pilot in vivo study showed that SAL has the potential to enhance bone formation in a murine femoral critical-size bone defects model. Another new finding of the present study is that hydrogen peroxide (H2O2)-induced cytotoxicity is counteracted by TCM extracts. We found that SAL, Salvianolic acid B (SalB) and ICAR significantly abrogated H2O2-induced cell apoptosis, reduced the intracellular level of reactive oxygen species (ROS) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-oxidase (NADPH) expression, and restored the mitochondrial membrane potential of BM-EPCs. Our data suggest that this protective effect of SalB is mediated by the activation of mTOR, p70S6K, 4EBP1, and by the suppression of MKK3/6-p38 MAPK-ATF2 and ERK1/2 signaling pathways after H2O2 stress. In addition, the investigation also demonstrates that ICAR owns the ability to inhibit apoptotic and autophagic programmed cell death via restoring the loss of mTOR and attenuation of ATF2 activity upon oxidative stress. Based on the outcomes of the present work, we propose SAL, SalB and ICAR as novel proanigiogenic and cytoprotective therapeutic agents with potential applications in the fields of systemic and site-specific tissue regeneration including ischaemic disease and extended musculoskeletal tissue defects.

There is increasing evidence that chronic inflammation is tightly linked to diseases associated with endothelial dysfunction, including the induction of aberrant angiogenesis. While leukocytes have been described as mediators of inflammation-associated angiogenesis, the effects of direct chronic endothelial activation have not been addressed in this context. Using an uncleavable mutant of the transmembrane form of tumor necrosis factor-α (TNF-α), we have established models of stable TNF-α expression in endothelial cells in vitro and in transgenic mice in vivo. In the in vitro model, continuous endothelial activation leads to increased leukocyte cellular adhesion molecule expression and intracellular reactive oxygen species, hallmarks of a proinflammatory and dysfunctional endothelium. In addition, stable expression of TNF-α in endothelial cells increased angiogenic sprout formation in the presence but also in the absence of angiogenic growth factors. The partial neutralization of this effect by TNF-α antibodies and the inability of conditioned media from stable TNF-α-expressing endothelial cells to induce angiogenic activities in control endothelial cells suggest that this effect does not require expression of additional autocrine factors, but is an autonomous effect of the transmembrane TNF on the endothelial cells. Furthermore, using the Matrigel plug assay in vivo, increased angiogenesis was observed in endothelial TNF-α-expressing transgenic versus control mice. In conclusion, chronic inflammatory changes mediated by TNF-α can induce angiogenesis in vitro and in vivo, suggesting endothelial cell activation as a direct link between inflammation and angiogenesis. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

The cardiovascular system of bilaterians developed from a common ancestor. However, no endothelial cells exist in invertebrates demonstrating that primitive cardiovascular tubes do not require this vertebrate-specific cell type in order to form. This raises the question of how cardiovascular tubes form in invertebrates? Here we discovered that in the invertebrate cephalochordate amphioxus, the basement membranes of endoderm and mesoderm line the lumen of the major vessels, namely aorta and heart. During amphioxus development a laminin-containing extracellular matrix (ECM) was found to fill the space between the basal cell surfaces of endoderm and mesoderm along their anterior-posterior (A-P) axes. Blood cells appear in this ECM-filled tubular space, coincident with the development of a vascular lumen. To get insight into the underlying cellular mechanism, we induced vessels in vitro with a cell polarity similar to the vessels of amphioxus. We show that basal cell surfaces can form a vascular lumen filled with ECM, and that phagocytotic blood cells can clear this luminal ECM to generate a patent vascular lumen. Therefore, our experiments suggest a mechanism of blood vessel formation via basal cell surfaces in amphioxus and possibly in other invertebrates that do not have any endothelial cells. In addition, a comparison between amphioxus and mouse shows that endothelial cells physically separate the basement membranes from the vascular lumen, suggesting that endothelial cells create cardiovascular tubes with a cell polarity of epithelial tubes in vertebrates and mammals.

There is increasing evidence that chronic inflammation is tightly linked to diseases associated with endothelial dysfunction, including the induction of aberrant angiogenesis. While leukocytes have been described as mediators of inflammation-associated angiogenesis, the effects of direct chronic endothelial activation have not been addressed in this context. Using an uncleavable mutant of the transmembrane form of tumor necrosis factor-α (TNF-α), we have established models of stable TNF-α expression in endothelial cells in vitro and in transgenic mice in vivo. In the in vitro model, continuous endothelial activation leads to increased leukocyte cellular adhesion molecule expression and intracellular reactive oxygen species, hallmarks of a proinflammatory and dysfunctional endothelium. In addition, stable expression of TNF-α in endothelial cells increased angiogenic sprout formation in the presence but also in the absence of angiogenic growth factors. The partial neutralization of this effect by TNF-α antibodies and the inability of conditioned media from stable TNF-α-expressing endothelial cells to induce angiogenic activities in control endothelial cells suggest that this effect does not require expression of additional autocrine factors, but is an autonomous effect of the transmembrane TNF on the endothelial cells. Furthermore, using the Matrigel plug assay in vivo, increased angiogenesis was observed in endothelial TNF-α-expressing transgenic versus control mice. In conclusion, chronic inflammatory changes mediated by TNF-α can induce angiogenesis in vitro and in vivo, suggesting endothelial cell activation as a direct link between inflammation and angiogenesis. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Despite intense research efforts, the repair of large bone defects is still not satisfactory and remains a major challenge in Orthopaedic Surgery. In this context bone tissue engineering has emerged as a promising strategy. However, one of the fundamental principles underlying tissue engineering approaches is that newly formed tissue must maintain sufficient vascularization to support its growth. Thus an active blood vessel network is an essential pre-requisite for scaffold constructs to integrate within existing host tissue. Currently, great efforts are made to address this problem employing transplantation of vascular cells and loading of appropriate biological factors. Endothelial progenitor cells (EPCs) are a heterogeneous subpopulation of bone marrow mononuclear progenitor cells with potential for differentiation to the endothelial lineage and thus vasculogenic capacity. However, clinical studies reported that with the increase of age, increased susceptibility to apoptosis and accelerated senescence may contribute to the numerical and functional impairments observed in EPCs, which may lead to a reduced angiogenic capacity and an increased risk of vascular disease. Hence attention has increasingly been paid to enhance mobilization and differentiation of EPCs for therapeutic purposes. A large body of evidence indicates that in Traditional Chinese Medicine (TCM) a plethora of herbs and herbal extracts are effective in the treatment of vascular diseases such as chronic wounds, diabetic retinopathy and rheumatoid arthritis. Thus, it seems rational to explore these medicinal plants as potential sources of novel angiomodulatory factors. In this thesis we demonstrated that treatment with TCM herbal extracts promote cell growth, cell migration, cell-matrix and capillary-like tube formation of BM-EPCs. Among these TCM extracts, Salidroside (SAL) and Icariin (ICAR) incubation increased VEGF and nitric oxide secretion, which in turn mediated the enhancement of angiogenic differentiation of BM-EPCs. A mechanic evaluation provided evidence that SAL stimulates the phosphorylation of Akt, mammalian target of rapamycin (mTOR) and ribosomal protein S6 kinase (p70S6K), as well as phosphorylated ERK1/2, which is associated with the cell migration and tube formation. Furthermore, a pilot in vivo study showed that SAL has the potential to enhance bone formation in a murine femoral critical-size bone defects model. Another new finding of the present study is that hydrogen peroxide (H2O2)-induced cytotoxicity is counteracted by TCM extracts. We found that SAL, Salvianolic acid B (SalB) and ICAR significantly abrogated H2O2-induced cell apoptosis, reduced the intracellular level of reactive oxygen species (ROS) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-oxidase (NADPH) expression, and restored the mitochondrial membrane potential of BM-EPCs. Our data suggest that this protective effect of SalB is mediated by the activation of mTOR, p70S6K, 4EBP1, and by the suppression of MKK3/6-p38 MAPK-ATF2 and ERK1/2 signaling pathways after H2O2 stress. In addition, the investigation also demonstrates that ICAR owns the ability to inhibit apoptotic and autophagic programmed cell death via restoring the loss of mTOR and attenuation of ATF2 activity upon oxidative stress. Based on the outcomes of the present work, we propose SAL, SalB and ICAR as novel proanigiogenic and cytoprotective therapeutic agents with potential applications in the fields of systemic and site-specific tissue regeneration including ischaemic disease and extended musculoskeletal tissue defects.

There is convincing evidence in vivo that the vascular homing of endothelial progenitor cells (EPCs) contributes to rapid endothelial regeneration, which could prevent thrombosis and restenosis of cardiovascular devices. To enhance the EPC homing on cardiovascular devices, immobilization of an EPC capture agent (e.g. an anti-CD34 antibody) on the surface of cardiovascular devices is critical. We describe a way of immobilizing anti-CD34 Ab on 316L Stainless Steel (316L SS). For this, surface modification of 316L SS was performed via self-polymerization of dopamine (DA) and covalent grafting of staphylococcal protein A (SPA). On this coating the anti-CD34 Abs were oriented immobilized through their Fc constant region with SPA. In this process, the results of quartz crystal microbalance, X-ray photoelectron spectroscopy and water contact angle studies indicate that DA, SPA and anti-CD34 Ab were successfully immobilized onto the surface step by step. In vitro blood-compatibility tests confirmed that the modified surface induced less pro-coagulant fibrinogen denaturation, less platelet adhesion and lower activation of the adherent platelets. The affinity of EPCs for the modified surface has been demonstrated under flow conditions. This study provides potential applications for cardiovascular implant materials.

Autoantikörper gegen Proteinase 3 (cANCA) stellen einen hochsensitiven und spezifischen Seromarker für das Krankheitsbild der Wegenersche Granulomatose dar. Während die Ätiologie dieser systemischen Vaskulitis unbekannt ist, weisen zahlreiche klinische und experimentelle Daten darauf hin, daß cANCA an der Entstehung und Chronifizierung dieser Erkrankung beteiligt sind. Insbesondere die Konsequenzen einer cANCA-Ligation an Proteinase 3 (PR3)-exprimierende Neutrophile wurden intensiv untersucht und man geht davon aus, daß Anti-PR3-Antikörper über die Aktivierung inflammatorischer, neutrophiler Zellfunktionen die Vaskulitis fördern. Über die Auswirkungen von cANCA auf Monozyten, die eine wichtige Rolle in der Regulation der Immunantwort spielen und weitere Zielzellen dieser Antikörper darstellen, ist hingegen bisher wenig bekannt. Aktivierte Monozyten sind nicht nur ein wesentlicher Bestandteil der Granulome, sondern sind auch entscheidend an den vaskulären Entzündungsinfiltraten beteiligt. Ziel der vorliegenden Studie war es daher, die Effekte von cANCA auf inflammatorische Zellfunktionen PR3-exprimierender Monozyten zu charakterisieren. Dabei war insbesondere ihr Einfluß auf die transendotheliale Migration und die Sekretion proinflammatorischer Mediatoren von Interesse. Die Isolation humaner Monozyten erfolgte mittels Gegenstromzentrifugation. Die monozytäre Transmigration wurde in mit humanen Endothelzellen bewachsenen Filtereinsätzen untersucht und mittels eines chemotaktischen Gradienten und/oder TNF-Stimulation der Endothelzellen gefördert. Die transendotheliale Migration von mit murinen, monoklonalen Anti-PR3-Antikörpern vorinkubierten Monozyten war, unabhängig vom Aktivierungszustand der Endothelzellen, deutlich vermindert. Dieser Effekt konnte sowohl durch vier von fünf cANCA-IgG-Fraktionen von Patienten mit aktiver WG als auch durch F(ab´)2-Fragmente der Autoantikörper reproduziert werden. Da bekannt ist, daß cANCA die proteolytische Aktivität von PR3 inhibieren und membrangebundenen Formen der leukozytären Serinproteasen PR3, humaner leukozytärer Elastase (HLE) und Cathepsin G (CathG) eine Rolle bei der Extravasion von Leukozyten zugesprochen wird, wurde daraufhin überprüft, ob PR3 für die monozytäre Transmigration von Bedeutung ist. Der physiologische Inhibitor dieser Serinproteasen, 1-Antitrypsin, und ein synthetischer Inhibitor von PR3 und HLE, CE-2072, verminderten die Anzahl migrierender Monozyten in gleichem Maße wie der vollständige Anti-PR3-Antikörper bzw. dessen F(ab´)2-Fragmente. Dahingegen hatte SLPI, ein Serpin, das lediglich CathG und HLE inhibiert, keinen Effekt auf die Anzahl migrierender Zellen. Dabei waren die Effekte von Anti-PR3-Antikörpern und 1-Antitrypsin nicht additiv, wodurch die Annahme, daß die Anti-PR3-mediierte Reduktion der monozytären Transmigration auf einer funktionellen Inhibition von PR3 beruht, untermauert wird. Die Reduktion der monozytären Transmigration ging nicht mit einer modifizierten endothelialen Adhäsion der Monozyten einher, wie unter dynamischen und statischen Bedingungen gezeigt werden konnte. Weder die rollende noch die feste Adhäsion der Monozyten wurde durch Anti-PR3-Antikörper oder Serinproteaseinhibitoren beeinträchtigt. Auch die durchflußzytometrisch quantifizierte Expression monozytärer ß1- und ß2-Integrine wurde durch die Autoantikörper nicht beeinflußt. Diese Ergebnisse zeigen erstmals, daß PR3 an der transendothelialen Migration, nicht aber der Adhäsion von Monozyten teilhat. Ein weiteres, wesentliches Ergebnis der vorliegenden Studie ist die, im Vergleich zu entsprechenden IgG-Kontrollen, massive Freisetzung proinflammatorischer Mediatoren aus Monozyten in Gegenwart muriner Anti-PR3-Antikörper bzw. humaner cANCA, die mittels ELISA ermittelt wurde. Die Sekretion war zeitabhängig, wobei die Sekretion von TNF- und IL-1ß der von Thromboxan A2, IL-6 und IL-8 vorausging. Im Gegensatz zu den Auswirkungen von cANCA auf die monozytäre Transmigration, konnten diese Effekte nicht durch die alleinige Ligation des Antikörpers an das Antigen PR3 reproduziert werden, sondern waren von einer simultanen Ligation der Autoantikörper an PR3 und FcR auf der monozytären Oberfläche abhängig. Eine cANCA-mediierte Retention adhärenter Monozyten im Gefäßbett bei gleichzeitiger Aktivierung der monozytären Freisetzung inflammatorischer Zytokine und Prostanoide durch cANCA, könnte nicht nur die Entstehung der extra- und perivaskulären, granulomatösen Entzündung, sondern auch die Aufrechterhaltung der nekrotisierenden Vaskulitis fördern. Insgesamt weisen die Ergebnisse dieser Studie erstmals auf eine funktionelle Rolle von PR3 bei der transendothelialen Migration von Monozyten hin. Außerdem liefern sie weitere wesentliche Hinweise darauf, wie die Interaktion von cANCA mit Monozyten an der Pathogenese der Wegenerschen Granulomatose beteiligt sein könnten.