Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Verzweigen oder dicker werden – Oszillationen bestimmen das Schicksal neuer Adern

26.04.2016

Wenn neue Blutgefäße wachsen, müssen sie sich entscheiden, ob sie neue Seitenäste bilden oder ihren Durchmesser vergrößern. Prof. Holger Gerhardt am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) in der Helmholtz-Gemeinschaft machte mit seinen internationalen Forschungsteams eine entscheidende Entdeckung: Gefäßzellen können sich verbünden und sich gemeinsam bewegen. Die Zellen kommunizieren dafür untereinander mit oszillierenden Signalen, wie die Teams mithilfe von Computersimulationen und Experimenten herausfanden. Die Ergebnisse haben Bedeutung für Krankheitsbilder wie Diabetes und Krebs. Sie erschienen nun im renommierten Open-Access-Fachjournal eLife.

„Eine der großen Fragen der Biologie der Blutgefäße ist: Wie werden Größe und Form dieses schlauchartigen Organsystems reguliert?“, sagt Prof. Holger Gerhardt, Gruppenleiter am MDC in Berlin-Buch und am Berliner Institut für Gesundheitsforschung (BIH).


Die fluoreszenzmarkierte Netzhaut einer Maus unter dem Mikroskop. Links: Blutgefäße im Verzweigungsmodus, rechts verdicken sie sich. Die oszillierenden Proteine leuchten rot.

Bild: CC-BY, eLife

Er ist auch in das Deutsche Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) eingebunden. Der Wissenschaftler, der 2014 vom damaligen London Research Institute nach Berlin gezogen ist, erforscht mit seinen Teams am VIB im belgischen Leuven und am MDC die vielen Aspekte der Angiogenese, also der Bildung und des Wachstums von Blutgefäßen.

Das Hormon VEGFA spielt eine Hauptrolle bei dem Wachstum der Adern. Bei niedrigem VEGFA-Spiegel schaltet es die Gefäßzellen in den Verzweigungsmodus – dem Gefäß wachsen neue Seitenäste. Ist es höher konzentriert, lässt es die Gefäße an Durchmesser zulegen. Der zu Grunde liegende Mechanismus war bisher nicht bekannt.

Holger Gerhardts neue Studie klärt die Zusammenhänge auf: „Unsere Studie zeigt, dass sich die Zellen der Adern jeweils neu anordnen, um neue Seitenäste zu bilden oder den Durchmesser zu vergrößern“, sagt der Angiogenese-Spezialist.

Der VEGFA-Spiegel beeinflusst den Notch-Signalweg, über den benachbarte Gefäßzellen miteinander kommunizieren. In der Signalkette werden bestimmte Proteine in der Zelle periodisch hergestellt und gleich wieder abgebaut, was zu einer oszillierenden Aktivität des Notch-Signalwegs in den Gefäßzellen führt.

Bei einem hohen VEGFA-Spiegel synchronisieren sich diese Oszillationen benachbarter Zellen zunehmend miteinander – die Gefäßzellen marschieren im Takt und sorgen so als Kollektiv für die Vergrößerung des Durchmessers des Gefäßes. Bei niedrigem VEGFA-Spiegel geraten die intrazellulären Schwankungen dagegen wieder aus dem Takt. Die Zellen bewegen sich dann individuell und das Blutgefäß befindet sich im Verzweigungsmodus.

Methodisch war das Forschungsprojekt außergewöhnlich herausfordernd, erklärt Holger Gerhardt: „Mit Computermodellen und Experimenten haben wir uns an die erste Hypothese herangetastet. Diese Strategie führte uns letztlich zu den richtigen Fragen und zu den entscheidenden Experimenten.“

Die oszillierenden Proteine sind nur schwer zu beobachten, weil sie so rasch wieder abgebaut werden. Mit einer fluoreszierenden Markierung versehen, waren die Schwankungen zwar in präparierten Netzhäuten von Mäusen sichtbar, die kollektiven Zellbewegungen aber nur in Zellkultur-Versuchen. Für Beobachtungen im lebenden Organismus sind daher bessere, stärker leuchtende Fluoreszenzmarker nötig. An deren Entwicklung arbeiten die Forscher nun.

Der neu entdeckte Mechanismus ist auch auch für die Therapie von Krankheiten relevant, erklärt Gerhardt: „Wir zeigen in der Arbeit auch, dass dieser Mechanismus für die Gefäßverdickung in Krankheitsmodellen für diabetische Retinopathie oder Krebs verantwortlich ist.“

Diabetes verursacht eine Schädigung der Netzhaut-Gefäße (Diabetische Retinopathie) und ist eine der häufigsten Ursachen für die Erblindung bei Erwachsenen. Die unkontrollierte Angiogenese treibt auch die Krebsentwicklung voran. Die Forschungsergebnisse Holger Gerhardts sind somit für Therapien von Bedeutung, die Gefäße wieder normalisieren oder ihr Wachstum hemmen.

Holger Gerhardt ist Forschungsgruppenleiter am MDC und hat eine BIH-Professur für Experimentelle Herz-Kreislaufforschung an der Charité – Universitätsmedizin Berlin, sowie eine DZHK-Professur.

Benedetta Ubezio1, Raquel Blanco1, Ilse Geudens2,3, Fabio Stanchi2,3, Thomas Mathivet2,3, Martin Jones1, Anan Ragab1, Katie Bentley1,4, Holger Gerhardt1,2,3,5,6,7 (2016): „Synchronization of endothelial Dll4-Notch dynamics switches blood vessels from branching to expansion.“ eLife 2016. doi:10.7554/eLife.12167

1 Vascular Biology Laboratory, Cancer Research UK London Research Institute, London, UK; 2 Vascular Patterning Laboratory, Vesalius Research Center, VIB, Leuven, Belgien; 3 Vascular Patterning Laboratory, Vesalius Research Center, VIB, Department of Oncology, KU Leuven, Belgien; 4 derzeitige Adresse: Computational Biology Laboratory, Center for Vascular Biology Research, Harvard Medical School, Boston, USA; 5 Max-Delbrück Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC), Berlin; 6 Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung (DZHK), Standort Berlin; 7 Berliner Institut für Gesundheitsforschung (BIH), Berlin. Benedetta Ubezio und Raquel Blanco haben gleichermaßen zur Arbeit beigetragen.

Weitere Informationen:

http://elifesciences.org/content/5/e12167v1 – Manuskript der Veröffentlichung bei eLife
https://insights.mdc-berlin.de/de/2016/04/verzweigen-oder-dicker-werden-oszillat... – Pressemitteilung auf den Seiten des MDC

Vera Glaßer | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Spot auf die Maschinerie des Lebens
23.08.2017 | Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Erlangen

nachricht Immunsystem kann durch gezielte Manipulation des Zellstoffwechsels reguliert werden
23.08.2017 | Medical University of Vienna

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Platz 2 für Helikopter-Designstudie aus Stade - Carbontechnologie-Studenten der PFH erfolgreich

Bereits lange vor dem Studienabschluss haben vier Studenten des PFH Hansecampus Stade ihr ingenieurwissenschaftliches Können eindrucksvoll unter Beweis gestellt: Malte Blask, Hagen Hagens, Nick Neubert und Rouven Weg haben bei einem internationalen Wettbewerb der American Helicopter Society (AHS International) den zweiten Platz belegt. Ihre Aufgabe war es, eine Designstudie für ein helikopterähnliches Fluggerät zu entwickeln, das 24 Stunden an einem Punkt in der Luft fliegen kann.

Die vier Kommilitonen sind im Studiengang Verbundwerkstoffe/Composites am Hansecampus Stade der PFH Private Hochschule Göttingen eingeschrieben. Seit elf...

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Zukunft des Leichtbaus: Mehr als nur Material einsparen

23.08.2017 | Veranstaltungen

Logistikmanagement-Konferenz 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Spot auf die Maschinerie des Lebens

23.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die Sonne: Motor des Erdklimas

23.08.2017 | Physik Astronomie

Entfesselte Magnetkraft

23.08.2017 | Physik Astronomie