Untersuchung der Antwort humaner Endothelzellen auf Substratdeformation

Abstract

Zellen im Gewebe werden permanent mit mechanischen Reizen konfrontiert. Die Wahrnehmung dieser Reize wird unter dem Begriff der Mechanorezeption zusammengefasst und stellt einen Prozess dar, der sich auf verschiedenste Weise auf das Zellverhalten auswirken kann. Zellen des vaskulären Endothels sind neben dem durch den Blutstrom verursachten Scherfluss einer ständigen zyklischen Deformation ausgesetzt, die durch das Wechselspiel des nach außen wirkenden Blutdrucks auf der einen Seite und der Kontraktion der Gefäßwand durch die glatte Muskulatur auf der anderen Seite entsteht. Eine strukturelle Adaptation an diese Bedingungen ist für die Zellen essentiell und Störungen in der Zellantwort werden mit Krankheitsbildern wie der Atherosklerose in Verbindung gebracht.<br /> Im Rahmen dieser Dissertation wurden die strukturellen Anpassungen humaner vaskulärer Endothelzellen auf uniaxiale Deformation betrachtet. Hierfür wurden zwei verschiedene mechanische Reize genauer analysiert. Der erste Teil dieser Arbeit widmete sich der Adaptation der Zellen an eine zyklische Dehnung durch Ausrichtung von Zellkörper und Cytoskelett als Langzeitanpassung an mechanische Reize. Im zweiten Teil der Dissertation wurde die Anlagerung des Proteins Zyxin und assoziierter Proteine an Aktinstressfasern untersucht, welche einer sofortigen Zellantwort auf eine einzelne Deformation entspricht. Beide Reizarten wurden jeweils in Lebendzell-Experimenten und in fixierten Zellen untersucht. So konnten die Prozesse sowohl in ihrer vollen Dynamik als auch mit einer guten Statistik durch Untersuchung großen Zellzahlen analysiert werden. <br /> In den Lebendzell-Analysen der Reorientierung des Zellkörpers und des Aktin-Cytoskeletts zeigte sich dabei ein zeitlich deutlicher Versatz zwischen den sich schnell ausrichtenden Aktinfasern, die bereits nach einstündiger zyklischer Dehnung senkrecht zur Zugrichtung orientiert waren, und dem langsam reagierenden Zellkörper, der sich durch Retraktion und Protrusion von Ausläufern umlagert. Zur Verbesserung der Statistik wurden weiterhin fixierte Zellen nach unterschiedlich langer Deformationsdauer untersucht. Als weiterer Cytoskelett-Typ ging in diese Analysen auch die Ausrichtung der Mikrotubuli mit ein. Die Versuche zeigten, dass sich Aktinfasern und Mikrotubuli mit einer ähnlichen Dynamik senkrecht zur Deformationsrichtung ausrichten und eine klare Koorientierung aufweisen, sich innerhalb einer Zelle aber durchaus stark voneinander unterscheiden können. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass sich die Mikrotubuli etwas schneller umlagern, die Aktinfasern im zeitlichen Verlauf jedoch stärker reorientiert sind. <br /> Für die Untersuchungen der Kurzzeitantwort auf einfache Dehnung konnte ein neues System zur Substratdeformation etabliert werden. In immuocytochemischen Analysen konnten Zyxin, VASP und α-Actinin als Bestandteile des angelagerten Komplexes nachgewiesen werden. Außerdem konnte durch eine quantitative Orientierungsanalyse der Anlagerungen ein Schwellwert der Faserdehnung ermittelt werden, oberhalb dessen die Anlagerung induziert wurde. In Lebendzell-Experimenten konnte zudem die Dynamik von Zyxin und VASP in der Auflösung der angelagerten Protein-Komplexe bestimmt werden.