Identification of novel chemokine and chemokine-like mechanisms in leukocyte adhesion and atherosclerotic lesion formation

Krohn, Regina; Weber, Christian

doi:28644

Identification of novel chemokine and chemokine-like mechanisms in leukocyte adhesion and atherosclerotic lesion formation = Identifizierung neuer Chemokin- und Chemokin-ähnlicher Mechanismes bei der Leukozyten-Adhäsion und der Bildung atherosklerotischer Läsionen

Krohn, Regina (Author)

2008

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Regina Krohn

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2008

UmfangV, 100 Bl. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Weber, Christian (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-06-11

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-24469
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/50155/files/Krohn_Regina.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Molekulare Herz-Kreislaufforschung (N.N.) (531010-3)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Makrophagen-Inhibitionsfaktor (Genormte SW) ; RANTES (Genormte SW) ; Zelladhäsion (Genormte SW) ; Arteriosklerose (Genormte SW) ; Plaque <Medizin> (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; Atherosclerosis (frei) ; MIF (frei) ; Plaque regression (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Expressionskontrolle und Effekten von zwei Proteinen, die eine große Auswirkung auf den Krankheitsverlauf der Atherosklerose haben. Im ersten Forschungsansatz wurde YB-1 als der Transkriptionsregulator des CC Chemokins RANTES identifiziert. Während einer Entzündungsreaktion wird die Expression von RANTES in mononukleären Zellen hochreguliert, oder RANTES wird von aktivierten Plättchen auf dem Endothel deponiert, wo es an der Entstehung von Atherosklerose und neointimaler Hyperplasie beteiligt ist. In der vorliegenden Studie wurde der Einfluss von YB-1 auf die RANTES-Expression, sowie seine Mitwirkung an der Neointimabildung nach Drahtverletzung der Carotis ermittelt. Die Bindung von YB-1 an Position -214/-173 des RANTES-Promotors wurde durch DNA-Bindungsstudien bestätigt. Die gesteigerte Expression von YB-1 und RANTES-mRNA in neointimalen versus medialen glatten Muskelzellen deutete auf eine regulatorische Funktion von YB-1 für die RANTES-Expression hin, und tatsächlich führte die Überexpression von YB-1 in glatten Muskelzellen (aber nicht in Makrophagen) zu einer verstärkten RANTES-Promotoraktivität, sowie zu einer gesteigerten Produktion von RANTES-mRNA und -Protein. Außerdem bewirkte die YB-1 Überexpression in glatten Muskelzellen einen verstärkten Monozytenarrest in Scherfluss, der durch den RANTES-Rezeptorantagonisten Met-RANTES signifikant inhibiert wurde. Darüber hinaus führte der lentivirale Transfer von YB-1 shRNA in die Karotidenlumina von hyperlipidämischen Apoe-/--Mäusen nach Drahtverletzung zu einer signifikant reduzierten Plaquefläche, sowie reduziertem Makrophagengehalt. YB-1 wurde in neointimalen SMC aber nicht in Makrophagen exprimiert und kolokalisierte mit neointimalem RANTES, dessen Expression durch YB-1-Silencing herunterreguliert wurde. Eine weitere Reduktion der Neointimafläche durch YB-1-Silencing wurde weder in Met-RANTES-behandelten noch in RANTES-Rezeptor-defizienten (Ccr5-/-) Apoe-/--Mäusen beobachtet. Dieser Umstand ließ darauf schließen, dass der YB-1-Effekt auf die Neointimabildung RANTES-abhängig war. Folglich könnte die lokale Blockade von YB-1 eine neue Strategie zur Restenose-Prävention nach Angioplastie darstellen. Im zweiten Teil dieser Arbeit sollte den Funktionsmechanismen des CLF Chemokins MIF auf den Grund gegangen werden. MIF spielt eine wichtige Rolle bei Entzündungserkrankungen wie der Atherogenese und lockt Immunzellen zu Entzündungsherden. Der einzige bekannte Zelloberflächenrezeptor für MIF ist CD74, welcher eine anhaltende Aktivierung von ERK/MAPK vermitteln kann. Es wurde bisher jedoch kein Rezeptor gefunden, der die Chemokinfunktionen von MIF in Zellen ohne CD74, wie Fibroblasten und Neutrophile, erkären würde. Diese Studie identifiziert die zwei Chemokinrezeptoren CXCR2 und CXCR4 als funktionelle Rezeptoren für MIF. MIF vermittelte G alpha i- und Integrin-abhängige Adhäsion von Monozyten und T-Zellen spezifisch durch CXCR2 und, zu einem kleineren Teil, durch CXCR4. Dabei induzierte MIF eine schnelle Integrinaktivierung und Calciummobilisierung. FACS Analyse und Co-Immunpräzipitation bestätigten die direkte Bindung von MIF an CXCR2. MIF-vermittelter Monozytenarrest in entzündlichen oder atherosklerotischen Arterien war abhängig von CXCR2 und CD74, welche einen Rezeptorkomplex bilden. MIF-Defizienz verhinderte Monozytenarrest an der Aorta-/Arterienwand in Atherosklerose-anfälligen Mäusen in vivo, und, wie intravitale Mikroskopie und MIF/CXCR2-Chimäre bestätigten, war CXCR2 verantwortlich für MIF-induzierte Leukozytenadhäsion, sowie für die Neutrophileninfiltration im Peritonitismodell. Die Blockade von MIF, aber nicht von den bekannten CXCR2/CXCR4-Liganden in Mäusen mit fortgeschrittener Atherosklerose reduzierte die Plaquefläche und deren Monozyten-und T-Zellgehalt. Die Aufklärung der Wirkungsmechanismen von MIF in dieser Studie eröffnet neue Möglichkeiten für Therapien zur Regression und Stabilisierung von atherosklerotischen Läsionen.

This study surveys the expression control and the down-stream effects of two mediators that have a severe impact on atherosclerosis progression. The first approach identified YB-1 as a new transcriptional regulator of the CC chemokine RANTES. RANTES is upregulated in mononuclear cells or deposited by activated platelets during inflammation and has been implicated in atherosclerosis and neointimal hyperplasia. Here, the influence of YB-1 on RANTES expression and its contribution to neointima formation after guide-wire injury has been investigated. The binding of YB-1 to position -214/-173 was confirmed by DNA binding studies. Increased expression of both YB-1 and RANTES mRNA in neointimal versus medial SMC suggested a regulatory function of YB-1 for RANTES expression and, indeed, overexpression of YB-1 in smooth muscle cells (but not macrophages) enhanced RANTES transcriptional activity in reporter assays, mRNA and protein expression, and RANTES-dependent monocyte arrest in shear flow. Furthermore, intraluminal transfection of carotid arteries of hyperlipidemic Apoe-/- mice with a lentivirus encoding YB-1 shRNA directly after wire injury led to a significant reduction in plaque area and macrophage content. YB-1 was expressed in neointimal SMC but not macrophages and colocalized with neointimal RANTES, which was downregulated by YB-1 shRNA. A further reduction of lesion formation by YB-1 knockdown was not observed in Apoe-/- mice deficient in the RANTES receptor Ccr5 or after treatment with the RANTES receptor antagonist Met-RANTES, which indicates that YB-1 effects were dependent on RANTES. Thus, local blockade of YB-1 might become a suitable strategy in preventing restenosis after balloon angioplasty. The second part of this work intended to elucidate the mechanisms of the pleiotropic functions of the CLF chemokine MIF. MIF plays a critical role in inflammatory diseases and atherogenesis and attracts immune cells to sites of inflammation. The only known cell surface receptor for MIF is CD74, which can mediate sustained activation of ERK/MAPK. Yet, no receptor had been discovered that would be able to confer MIF’s chemokine-like functions in cells devoid of CD74, as neutrophils and fibroblast, which are also affected by MIF. This thesis introduces the two chemokine receptors CXCR2 and CXCR4 as functional receptors for MIF. MIF triggered G alpha i and integrin-dependent arrest of monocytes and T cells specifically through CXCR2 and, to a lesser extent, CXCR4, inducing rapid integrin activation and calcium influx. MIF directly bound to CXCR2 as revealed by FACS analysis and coimmunoprecipitation. Monocyte arrest mediated by MIF in inflamed or atherosclerotic arteries involved CXCR2 and CD74, which occur in a receptor complex. In vivo, MIF deficiency impaired monocyte adhesion to the aortic/arterial wall in atherosclerosis-prone mice, and MIF-induced leukocyte adhesion as well as peritoneal recruitment required CXCR2, as evidenced by intravital microscopy and MIF/CXCR2 chimeric mice. Blocking MIF but not bona fide ligands of CXCR2 or CXCR4 in mice with advanced atherosclerosis reduced plaque area, monocyte and T-cell content. These data open the possibility of achieving therapeutic regression and stabilization of advanced atherosclerotic lesions by targeting MIF.

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