Regulierung der Lymphangiogenese durch Wachstumsfaktoren

Alle Zellen unseres Körpers benötigen Sauerstoff, den sie über das zirkulierende Blut erhalten. Deshalb ist das Gefäßsystem das erste Organsystem, das bei einem sich entwickelnden Embryo seine Funktion aufnimmt. Bevor das Herz zu schlagen beginnt, muss der Sauerstoffbedarf des Embryos allein durch Diffusion gedeckt werden. Diffusion reicht jedoch nur so lange aus, bis der Embryo eine Größe von mehreren Millimetern erreicht hat. Tumore stehen vor dem gleichen Problem, wenn sie eine ähnliche Größe erreichen. Sowohl der sich entwickelnde Embryo als auch der solide Tumor können nur weiterwachsen, wenn es ihnen gelingt, ein Kreislaufsystem aufzubauen, das sie mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt. Während Krebs vom pathologischen Wachstum von Blutgefäßen abhängt, werden andere Erkrankungen durch eine unzureichende Gefäßfunktion verursacht. Beispielsweise können bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen die Blutgefäße dem Herzmuskel nicht genügend Sauerstoff zuführen. Neben dem Herz-Kreislauf-System gibt es noch ein weiteres Gefäßsystem: das Lymphsystem. Es dient hauptsächlich der Gewebedrainage und der Immunabwehr gegen Krankheitserreger. Ähnlich wie das Herz-Kreislauf-System spielt auch das Lymphsystem bei verschiedenen Erkrankungen eine wichtige Rolle. Beispielsweise leiden Patienten mit Lymphödemen unter geschwollenen Gliedmaßen, weil Lymphgefäße fehlen oder nicht richtig funktionieren. Und die Ausbreitung von Krebs („Metastasierung“) scheint eng mit dem Lymphsystem verbunden zu sein, da die Krebszellen die Lymphgefäße als Wege nutzen, um sich im Körper auszubreiten.

Es liegt auf der Hand, dass viele Krankheiten behandelt werden könnten, wenn wir in der Lage wären, das Wachstum sowohl der Blut- als auch der Lymphgefäße zu beeinflussen. Genau darauf konzentriert sich unsere Forschung.Kommunizierende ZellenDer menschliche Körper besteht aus mehreren Billionen Zellen. Um Chaos zu vermeiden, müssen all diese Zellen miteinander kommunizieren. Ein einfaches Modell dieser Kommunikation ist unten dargestellt. Zelle A sendet eine Botschaft, indem sie ein Signalmolekül produziert. Zelle B erkennt das Signalmolekül, da sie über Rezeptoren verfügt, die wie ein Schlüssel in ein Schlüsselloch zu diesem Signalmolekül passen („Rezeptorbindung“). Zelle B reagiert auf die Botschaft, indem sie ihr Verhalten ändert. Wachstumsfaktoren sind solche Signalmoleküle. Hunderte verschiedener Wachstumsfaktoren sind bekannt, und jeder übermittelt eine spezielle Botschaft von einer Zelle zur anderen.

Unser Labor befasst sich mit Wachstumsfaktoren, die die Entwicklung und Funktion von Blutgefäßen und Lymphgefäßen regulieren. Nachdem ein sich entwickelnder Embryo eine Größe von mehreren Millimetern erreicht hat, kann er nur noch weiterwachsen, indem er ein Kreislaufsystem aufbaut, das alle seine Zellen mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt. Blutgefäße bestehen hauptsächlich aus Endothelzellen und entstehen durch zwei verschiedene Mechanismen: Vaskulogenese und Angiogenese. Vaskulogenese Die frühesten Blutgefäße eines Embryos entstehen durch Vaskulogenese. Vaskulogenese ist die Differenzierung von Endothelzellen aus Vorläuferzellen (Angioblasten). Angioblasten aggregieren und bilden Blutinseln. Zellen an der Peripherie entwickeln sich zu Endothelzellen; Zellen im Zentrum werden zu Blutzellen. Durch die Vaskulogenese entstehen das frühe Herzrudiment, die großen Blutgefäße sowie die Gefäße von Lunge, Milz und Bauchspeicheldrüse. AngiogeneseAngiogenese ist das Aussprossen neuer Blutgefäße aus bereits vorhandenen Gefäßen.

Die Angiogenese ist für die Vaskularisierung sich entwickelnder Organe wie Gehirn, Niere und Gliedmaßen verantwortlich. Der wichtigste Wachstumsfaktor, der das Wachstum von Blutgefäßen anregt, ist der vaskuläre endotheliale Wachstumsfaktor (VEGF). VEGF bindet an zwei verschiedene Rezeptoren: den VEGF-Rezeptor-1 (VEGFR-1) und den VEGF-Rezeptor-2 (VEGFR-2).LymphangiogeneseDas Lymphsystem entwickelt sich später als das Herz-Kreislauf-System. Alle Lymphgefäße entstehen durch Angiogenese. Die ersten Lymphgefäße sprießen aus dem venösen Kompartiment des Kreislaufsystems. Der einzige bekannte Wachstumsfaktor, der das Wachstum von Lymphgefäßen stimuliert, wurde in unserem Labor kloniert: VEGF-C. VEGF-C bindet an den VEGF-Rezeptor-2 und den VEGF-Rezeptor-3 (VEGFR-3). Blutgefäßwachstum bei Erwachsenen Die Blutgefäße eines voll entwickelten Organismus müssen nur unter besonderen Umständen wachsen, z. B. bei der Wundheilung. Das Blutgefäßwachstum bei Erwachsenen erfolgt fast ausschließlich durch Angiogenese.