Команда исследователей из Технологического института Карлсруэ (KIT) встряхивает основы догмы клеточной биологии. Посредством серии подробных экспериментов они доказали, что рост кровеносных сосудов модулируется нейронами, а не, как предполагалось до сих пор, через механизм контроля сосудистых клеток друг с другом. Результаты являются новаторскими для исследования и лечения сосудистых заболеваний, опухолей и нейродегенеративных заболеваний. Исследование будет опубликовано в престижном журнале Nature Communications.
"Наша работа – это чистое фундаментальное исследование," Профессор Фердинанд ле Нобль из Зоологического института KIT говорит:, "но дает совершенно новый взгляд на то, как кровеносные сосуды растут, разветвляются или замедляются в своем росте." На протяжении десятилетий исследователи искали способы способствовать или препятствовать образованию новых кровеносных сосудов. В то время как пациенты с сердечным приступом и инсультом выиграют от новых артерий, больные раком выиграют от голода с опухолью, остановив врастание кровеносных сосудов.
Ключевыми фигурами в недавно открытом чрезвычайно точно сбалансированном процессе являются сигнальные молекулы: тормоз роста "растворимая FMS-подобная тирозинкиназа-1", обозначается как 1sFlt1, а "фактор роста эндотелия сосудов", называемый VEGF. Несмотря на то, что до сих пор было в значительной степени неизвестно, как VEGF регулируется организмом, ингибирование этого фактора роста применялось уже в течение многих лет при лечении онкологических больных и некоторых заболеваний глаз. Однако терапия успешна только у части пациентов и имеет несколько нежелательных побочных эффектов.
"До сих пор исследования предполагали, что кровеносные сосуды более или менее регулируют собственный рост," объясняет Ле Нобль. "В случае недостатка кислорода," он указывает, "ткань, среди прочего, высвобождает фактор роста VEGF, таким образом привлекая кровеносные сосуды, несущие рецепторы VEGF на своей поверхности. Мы хотели знать, как регулируется рост кровеносных сосудов во время рождения существа." Команда, работавшая вокруг Ле Нобля, изучила непрерывный рост нервных путей и кровеносных сосудов у модельных организмов рыбок данио. Яйца рыбок данио прозрачны и развиваются вне тела матери, что позволяет исследователям наблюдать и наблюдать за развитием органов или даже отдельных клеток, не травмируя растущее животное.
Посредством флуоресцентных красителей аспирант Рафаэль Уайлд на первом этапе задокументировал колонизацию нейрональных стволовых клеток и последующее зачатие сосудов в позвоночном канале рыбок данио. Чтобы понять точный процесс, команда начала подробный биохимический и генетический анализ.
Исследователи доказали, что на разных стадиях развития нервные клетки спинного мозга производят больше или меньше sFlt1 и VEGF и, таким образом, модулируют развитие кровеносных сосудов. На ранней стадии развития нейрон sFlt1 тормозит рост кровеносных сосудов, связывая и инактивируя фактор роста VEGF. В спинном мозге это создает среду, бедную кислородом, который необходим для раннего развития нейрональных стволовых клеток. С увеличением дифференцировки нервных клеток концентрация растворимого sFlt1 непрерывно снижается, а тормоз роста сосудов ослабляется, поскольку теперь доступен более активный VEGF. Впоследствии кровеносные сосуды прорастают в молодой спинной мозг, чтобы обеспечить его кислородом и питательными веществами.
Кроме того, Рафаэль Уайлд и его коллега Алина Клемс показывают, что концентрация фактора роста имеет решающее значение для плотности развивающейся сети кровеносных сосудов. А когда "тормозить" sFlt1 в нервных клетках был полностью отключен, образовалась плотная сеть кровеносных сосудов, которые даже врастали в позвоночный канал, рост кровеносных сосудов подавлялся при увеличении sFIt1. Таким образом, даже небольшие колебания в концентрации вещества приводили к серьезным нарушениям развития сосудов.
Поскольку сосудистые клетки также имеют собственные формы sFlt1 и VEGF, возник вопрос, может ли рост кровеносных сосудов в определенной степени саморегулироваться. Чтобы выяснить это, исследователи применили еще молодой и чрезвычайно элегантный метод CRISPR / Cas: в то время как при отключении sFlt1 только в сосудистых клетках не наблюдалось никакого эффекта, тогда как при отключении sFlt1 в клетках наблюдался интенсивный рост кровеносных сосудов. только нервные клетки.
"Из результатов мы заключаем, что путем тонкой модуляции sFlt1 и VEGF нервные клетки очень динамично регулируют плотность своей сети кровеносных сосудов в соответствии с требованиями или в соответствии с соответствующей стадией развития," Ле Нобл указывает. "Предыдущее предположение, что растущие клетки кровеносных сосудов контролируют последующие сосудистые клетки, является догмой клеточной биологии, основы которой колеблются."