Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

G-Proteine steuern Umbau von Blutgefäßen

07.11.2012
Max-Planck-Forscher untersuchen Signalwege, über die die glatten Muskelzellen der Blutgefäße auf Veränderungen von außen reagieren

Blutgefäße sind äußerst dynamisch: Ihre Durchlässigkeit für Nährstoffe, ihre Kontraktionskraft, aber auch ihre Form passen sich jeweils an die äußeren Bedingungen an.


Querschnitt durch ein Blutgefäß einer normalen Maus (links) und einer Maus ohne G12/G13-Proteine (rechts). In der genetisch veränderten Maus vermehren sich die Muskelzellen der Gefäßwand exzessiv und behindern dadurch den Blutstrom.

© Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung

Anders als beispielsweise Herzmuskelzellen zeichnen sich die glatten Muskelzellen der Gefäße durch eine hohe Plastizität aus, sie können sich also je nach Bedarf entweder spezialisieren oder vermehren und damit zum Beispiel auch eine Verletzung der Gefäßwand reparieren. Dieser Gefäßumbau ist offensichtlich genauestens reguliert. Störungen spielen bei Erkrankungen wie Arteriosklerose oder Bluthochdruck eine wichtige Rolle.

Am Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim haben Wissenschaftler in Versuchen mit genetisch veränderten Mäusen herausgefunden, wie Signale von außen den Gefäßumbau in den Zellen steuern. Entstanden ist dabei ein ganz neues Bild der Regulation, das auch den Weg für neue Ansätze in Prophylaxe und Therapie der Arteriosklerose oder anderer Gefäßerkrankungen öffnen könnte.

Die Wand von Blutgefäßen besteht aus glatten Muskelzellen, elastischen Fasern und sogenannten Endothelzellen, die das Blutgefäß von innen auskleiden. Je nach Bedarf verändern die Gefäße ihre Durchlässigkeit und ihre Kontraktionskraft. Bei Verletzungen können neue spezialisierte Muskelzellen entstehen und ein Gefäß reparieren. Diese notwendige und nützliche Plastizität der Zellen kann auf der anderen Seite im Fall einer Erkrankung negative Folgen haben. So können sich beispielsweise Herzkranzgefäße, die bei einem Katheter-Eingriff durch Erweiterung und Stents geöffnet wurden, anschließend durch das Wachstum von Muskelzellen erneut verengen.

Auch bei der weit verbreiteten Arteriosklerose oder Gefäßverkalkung führen Umbauprozesse zu den gefürchteten Plaques. Reguliert werden all diese Vorgänge von Hormonen oder Neurotransmittern, die unter anderem von Zellen und Nerven der Gefäßwand freigesetzt werden. Die meisten dieser gefäßaktiven Botenstoffe wirken über Rezeptoren, die nach Aktivierung an sogenannte G-Proteine binden. Diese sind an der Innenseite der Zellmembran lokalisiert und leiten das Signal von dort in das Zellinnere weiter.

„Es sind zwei unterschiedliche G-Protein-Familien, die beim Gefäßumbau eine entscheidende Rolle spielen: Wir nennen sie nach ihren Proteinkomponenten Gq/G11 und G12/G13“, erklärt der Max-Planck-Wissenschaftler Stefan Offermanns, der sich seit Jahren mit diesen Proteinen und ihren molekularen Signalwegen beschäftigt. In der aktuellen Studie an genetisch veränderten Mäusen konnte sein Team erstmals zeigen, wie diese zwei Signalwege im lebenden Tier durch Botenstoffe reguliert werden.
„Anders als erwartet regulieren die beiden G-Protein-gekoppelten Wege die Plastizität glatter Muskelzellen in entgegengesetzter Richtung“, fasst Offermanns seine Ergebnisse zusammen. Überraschend ist das insofern, als diese Signalwege in anderem Zusammenhang zusammenspielen: Reize, die die Gefäßkontraktion fördern und damit den Blutdruck erhöhen, aktivieren beide Signalwege parallel.

Um die Signalwege und ihre Regulation verfolgen zu können, hat Till Althoff, der Leiter der Studie, Mäuse untersucht, in denen er die Gene für die verschiedenen G-Proteine gezielt inaktiviert hat. In einer an Arteriosklerose erkrankten Maus konnte der Forscher so beispielsweise zeigen, dass sich die spezialisierten Zellen bei Fehlen von G12/G13 in den glatten Muskelzellen rückbilden und exzessiv zu wachsen beginnen – die Folge war eine stark verdickte Gefäßwand. Tiere mit einem Mangel an Gq/G11-Protein hingegen waren gegen diese Zellwandverdickung geschützt.

„Wir sehen hier deutlich, dass die beiden Signalwege beim Gefäßumbau als Gegenspieler wirken“, erklärt Offermanns die Ergebnisse. Was durchaus sinnvoll ist, denn nur so kann man ein System Auf- und Abbau im Gleichgewicht halten. In weiteren Untersuchungen zeigten die Wissenschaftler außerdem, über welche Stufen die beiden Wege ihr Ziel erreichen und im Zellkern die Gene für die Bildung spezialisierter Zellen oder das Zellwachstum ankurbeln.

„Unsere Ergebnisse enthüllen tatsächlich ein ganz neues Bild von der Regulation des Gefäßumbaus, auch bei pathologischen Prozessen“, betont Offermanns. Dies lässt auf neue pharmakologische Ansätze hoffen. So kann der Wissenschaftler sich gut vorstellen, dass man die Plastizität im Rahmen von Gefäßerkrankungen wie Arteriosklerose oder nach kardiologischen Interventionen mit Medikamenten moduliert. Die Zielstrukturen in den beiden Signalwegen sind nun bekannt und zeigen neue Wege auf. So könnte der wachstumsfördernde Weg gehemmt und gleichzeitig der stabilisierende Weg aktiviert werden, um so den Umbauprozess abzubremsen. „Im Tiermodell erproben wir bereits neue therapeutische Ansätze zur Vorbeugung einer Arteriosklerose oder zur Unterdrückung des Zellwachstums in Gefäßen nach einer Verletzung“, berichtet Offermanns.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Stefan Offermanns
Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung, Bad Nauheim
Telefon: +49 6032 705-1202
Fax: +49 6032 705-1204
Email: stefan.offermanns@­mpi-bn.mpg.de
Dr. Matthias Heil
Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung, Bad Nauheim
Telefon: +49 6032 705-1705
Fax: +49 6032 705-1704
Email: matthias.heil@­mpi-bn.mpg.de
Originalpublikation
Till F. Althoff, Julián Albarrán Juárez, Kerstin Troidl, Cong Tang, Shengpeng Wang, Angela Wirth, Mikito Takefuji, Nina Wettschureck, Stefan Offermanns
Procontractile G protein-mediated signaling pathways antagonistically regulate smooth muscle differentiation in vascular remodeling

J. Exp. Med. 2012, online veröffentlicht 5. November 2012 DOI: 10.1084/jem.20120350

Prof. Dr. Stefan Offermanns | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/6611329/signalwege-blutgefaesse

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Neurorehabilitation nach Schlaganfall: Innovative Therapieansätze nutzen Plastizität des Gehirns
25.09.2017 | Deutsche Gesellschaft für Neurologie e.V.

nachricht Die Parkinson-Krankheit verstehen – und stoppen: aktuelle Fortschritte
25.09.2017 | Deutsche Gesellschaft für Neurologie e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Die schnellste lichtgetriebene Stromquelle der Welt

Die Stromregelung ist eine der wichtigsten Komponenten moderner Elektronik, denn über schnell angesteuerte Elektronenströme werden Daten und Signale übertragen. Die Ansprüche an die Schnelligkeit der Datenübertragung wachsen dabei beständig. In eine ganz neue Dimension der schnellen Stromregelung sind nun Wissenschaftler der Lehrstühle für Laserphysik und Angewandte Physik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) vorgedrungen. Ihnen ist es gelungen, im „Wundermaterial“ Graphen Elektronenströme innerhalb von einer Femtosekunde in die gewünschte Richtung zu lenken – eine Femtosekunde entspricht dabei dem millionsten Teil einer milliardstel Sekunde.

Der Trick: die Elektronen werden von einer einzigen Schwingung eines Lichtpulses angetrieben. Damit können sie den Vorgang um mehr als das Tausendfache im...

Im Focus: The fastest light-driven current source

Controlling electronic current is essential to modern electronics, as data and signals are transferred by streams of electrons which are controlled at high speed. Demands on transmission speeds are also increasing as technology develops. Scientists from the Chair of Laser Physics and the Chair of Applied Physics at Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) have succeeded in switching on a current with a desired direction in graphene using a single laser pulse within a femtosecond ¬¬ – a femtosecond corresponds to the millionth part of a billionth of a second. This is more than a thousand times faster compared to the most efficient transistors today.

Graphene is up to the job

Im Focus: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Im Spannungsfeld von Biologie und Modellierung

26.09.2017 | Veranstaltungen

Archaeopteryx, Klimawandel und Zugvögel: Deutsche Ornithologen-Gesellschaft tagt an der Uni Halle

26.09.2017 | Veranstaltungen

Unsere Arbeitswelt von morgen – Polarisierendes Thema beim 7. Unternehmertag der HNEE

26.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Europas erste Testumgebung für selbstfahrende Züge entsteht im Burgenland

26.09.2017 | Verkehr Logistik

Nerven steuern die Bakterienbesiedlung des Körpers

26.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Mit künstlicher Intelligenz zum chemischen Fingerabdruck

26.09.2017 | Biowissenschaften Chemie