Atheroprotective role of the C5aR2 deficiency in apolipoprotein E deficient mice

Selle, Jaco; Shagdarsuren, Erdenechimeg; Pradel, Gabriele

doi:10.18154/RWTH-2017-04620

Atheroprotective role of the C5aR2 deficiency in apolipoprotein E deficient mice = Die atheroprotektive Rolle der C5aR2 Defizienz in Apolipoprotein E defizienten Mäusen

Selle, Jaco

2017

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von M.Sc. Jaco Manuel Tonio Selle

ImpressumAachen 2017

Umfang1 Online-Ressource (viii, 135 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Pradel, Gabriele (Thesis advisor)^RWTH* ; Shagdarsuren, Erdenechimeg (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2017-05-19

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2017-04620
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/689835/files/689835.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/689835/files/689835.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
atherosclerosis (frei) ; cytokines (frei) ; gene knock-out (frei) ; vascular remodelling (frei) ; receptors (frei) ; C5a (frei) ; complement system (frei) ; wire-injury (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
In dieser Arbeit wurde die Rolle des C5a Anaphylatoxin Rezeptors C5aR2 in zwei Arteriosklerosemodellen untersucht. Kardiovaskuläre Erkrankungen sind die häufigste Todesursache in der westlichen industrialisierten Welt. Denen der kardiovaskulären Erkrankungen zugrundeliegenden pathophysiologischen Prozesse ist die Arteriosklerose. Diese ist unter anderem für Herzinfarkte, Angina Pectoris, plötzlicher Herzstillstand und Schlaganfälle verantwortlich. Die Arteriosklerose wird als eine entzündliche Krankheit der arteriellen Gefäßwände angesehen, welche bevorzugt an Stellen turbulenten Blutflusses, wie er an Bifurkationen auftritt, entsteht. Das Komplement System ist Teil des angeborenen Immunsystems und fungiert als eine erste Barriere gegen eindringende Pathogene. In der Atherogenese spielt es eine wichtige Rolle in der Initialisierung und dem Fortschreiten der Arteriosklerose. Die Aktivierung des Komplement Systems leitet die Spaltung von C5 in C5a und C5b ein. C5a ist ein Anaphylatoxin welches seine Wirkung über die beiden Rezeptoren C5aR1 und C5aR2 vermittelt. Für den C5aR1 Rezeptor konnte gezeigt werden, dass er in der Arteriosklerose involviert ist wobei er hier die Atherogenese beschleunigt. Zudem konnte für den C5aR2 Rezeptor gezeigt werden, dass seine Expression in Menschen mit den Arteriosklerosestadien korreliert. Nichtsdestotrotz ist der Einfluss des C5aR2 auf die Arteriosklerose weitgehend unbekannt. Aus diesem Grund war das Ziel dieser Arbeit die Rolle des C5aR2 Rezeptors in der Arteriosklerose und deren zugrundeliegenden Prozesse genauer zu bestimmen. Hierfür wurde zwei unabhängige Modelle herangezogen: Ein Modell der durch chronische Diät verursachten Arteriosklerose und ein Modell der durch akute Verletzung verursachten Arteriosklerose. In beiden Ansätzen wurden C5aR2 defiziente Mäuse herangezogen, welche einen hyperlipidämischen ApoE defizienten Hintergrund aufweisen. Um die zugrundeliegende Prozesse und Mechanismen des C5aR2 Rezeptors in der Arteriosklerose zu untersuchen wurden die Expression von pro inflammatorischen Zytokinen, Adhäsionsmolekülen und Anzahl an Zellen positiv auf pro inflammatorischen Markern untersucht. In beiden, dem akuten als auch dem chronischen Arteriosklerosemodell, zeigte sich eine Verringerung der Läsionsflache in C5ar2-/-/Apoe-/- im Vergleich zu den entsprechenden Apoe-/- Kontrollmäusen. Die beobachtete Verringerung war begleitet von einem stabileren Plaquephänotypen. Untersuchungen der läsionalen zellulären Zusammensetzung und der Genexpression von pro inflammatorischen Zytokinen zeigten eine Verminderung an Zellen positiv für pro inflammatorischen Markern und eine niedrigere Genexpression an pro inflammatorischen Zytokinen.Des Weiteren weisen in vitro Experimente in Knochenmarksmakrophgen darauf hin, dass die C5aR2 Defizienz eine Verschiebung der Makrophagenpolarisation hin zu einen anti inflammatorischen M2 Phänotypen verursacht. Dies wird in einer Reduktion der Genexpression von pro inflammatorischen Zytokinen und Adhäsionsmolekülen deutlich. Dem hingegen zeigen systemische Untersuchungen, dass es in C5aR2 defizienten Mäusen zu einer Verringerung der Cholesterinlevel und Erhöhung der Triglyzeridlevel kommt. Auch war in der Leber von C5ar2-/-/Apoe-/- Mäusen die Genexpression an pro inflammatorischen Zytokinen erhöht. Dies könnte jedoch möglicherweise auf eine Stressreaktion der Leber auf die erhöhten Triglyzeridlevel zurückzuführen sein. Zuletzt wurden die kooperativen Effekte einer Doppelblockade von beiden C5a Rezeptoren, dem C5aR1 und dem C5aR2, untersucht. Dafür wurden C5ar2-/-/Apoe-/- Mäusen, bei welchen eine endotheliale Denudation vorgenommen wurde, zusätzlich mit einer osmotischen Minipumpe versehen, welche einen C5aR1 Inhibitor (C5ar2-/-/Apoe-/-+C5aR1 A) enthielten. Untersuchungen der Karotiden zeigten eine weitere Verringerung der Läsionsfläche in C5ar2-/-/Apoe-/-+Inhibitor Mäusen zu den entsprechenden C5ar2-/-/Apoe-/- Mäusen auf. Diese Beobachtung konnte ebenfalls mit einer weiteren Verringerung der Makrophagenzahl gemacht werden, wohingegen die Zahl der glatten Muskelzellen im Vergleich zu den C5ar2-/-/Apoe-/- Mäusen unverändert blieb. Zudem waren ebenfalls die pro inflammatorischen Zytokine und Adhäsionsmoleküle weiter verringert. Hier kann gesagt werden, dass die Blockade beider Rezeptoren zu einem positiven additivem Effekt in der Behandlung der Arteriosklerose und Restenose führt.Abschließend kann zusammenfassend gesagt werden, dass die hier dargelegten Daten darauf hinweisen, dass der C5aR2 Rezeptor funktionale Eigenschaften hat und einen pro atherogene Einfluss auf die Initialisierung und das Fortschreiten der Arteriosklerose hat. C5aR2 induziert die Expression von pro inflammatorischen Zytokinen und stimuliert die Rekrutierung von inflammatorischen Zellen. Dies könnte die Ursache sein auf welche Weise der C5aR2 den atherogenen Effekt vermittelt. Diese Eigenschaft macht ihn zu einem geeigneten Kandidaten für zukünftige Medikamentenentwicklung. Nichtsdestotrotz, sind noch weiterführende Experimente vonnöten, um die genauen Mechanismen aufzudecken auf welche Art und Weise der C5aR2 Rezeptor seine pro atherogenen Effekte vermittelt

In this work, the role of the C5a anaphylatoxin receptor C5aR2 in two atherosclerosis models was examined. Cardiovascular diseases (CVDs) are the main cause of death in the industrialized western world. Atherosclerosis is the underlying pathophysiological cause for CVDs. It causes myocardial infarction, angina pectoris, sudden cardiac death and stroke. Atherosclerosis is an inflammatory disease of the arterial vessel wall and evolves mainly at site of disturbed blood flow as seen at bifurcations. The complement system is a part of the innate immune system and acts as a first line of defense against intruding pathogens. It has been shown to be involved in the initiation and progression of atherogenesis in humans and mice. Its activation triggers the cleavage of C5 into C5a and C5b. C5a is an anaphylatoxin, which signals through its two receptors C5aR1 and C5aR2. It was shown for C5aR1 to be implicated in atherosclerosis where it facilitates atherogenesis. On the other hand, it was demonstrated that expression of the C5aR2 in human correlates with the stage of atherogenesis. Nevertheless, the contribution of C5aR2 in atherosclerosis remains mainly unexplored. Thus, the aim of this study was to identify the role of C5aR2 in two independent mouse models of chronic diet induced or acute injury induced atherosclerosis and the underlying processes regulated and effected by C5aR2. For both approaches a C5ar2-/-/Apoe-/- mouse model was used, with a hyperlipidemic Apoe-/- background.To investigate the underlying processes and mechanisms and the C5aR2 contribution to atherogenesis, gene expression of pro inflammatory cytokines and adhesion molecules, as well as the number of cells positive for pro inflammatory markers were analyzed In Both, the acute injury induced atherosclerosis and the chronic diet induced atherosclerosis, we found a reduced lesion size in C5ar2-/-/Apoe-/- compared to their corresponding Apoe-/- control mice. This reduction was accompanied by a more stable plaque phenotype. Analysis of the cellular composition and gene expression within the lesion also revealed a reduction in inflammatory cells and cytokines.Furthermore, in vitro analysis of bone marrow derived macrophages indicate that in C5ar2-/-/Apoe-/- macrophages a shift in the polarization towards an anti inflammatory M2 phenotype occurs, which results in a reduction in pro inflammatory cytokine and adhesion molecule expression. On the other hand, systemic analysis demonstrated an increase in blood triglyceride and a reduction of cholesterol levels. Additionally, in the liver of C5ar2-/-/Apoe-/- mice elevated expression levels of pro inflammatory cytokines was found which might be a stress response of the liver to the elevated systemic triglyceride levels.Finally, to investigate the cooperative effect of blocking both C5a receptors, C5ar2-/-/Apoe-/- mice which underwent endothelial denudation additionally were implanted an osmotic mini pump equipped with a C5aR1 blocking inhibitor (C5aR1 A). Analysis of the carotid arteries revealed a further reduction in lesion size in C5aR1 A treated C5ar2-/-/Apoe-/- mice. This also manifests in a reduced macrophage number and pro inflammatory cytokine and adhesion molecule expression, whereas SMC numbers stay unchanged. Taken together, these data indicate that manipulating both receptors for C5a could provide an additional beneficial effect in handling atherosclerosis and restenosis. In summary, the shown data demonstrate that the C5aR2 is a functional receptor acting in a pro atherogenic manner on the progression and initiation of atherosclerosis. C5R2 induces pro inflammatory cytokine expression and inflammatory cell recruitment, which may be the cause how C5aR2 is mediating the atherogenic effect. This makes C5aR2 a suitable candidate for future drug targeting in order to handle atherosclerosis and restenosis. Nevertheless, further experiments are needed to clarify the exact mechanism of how C5aR2 is mediating the pro atherogenic effect.

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