Кровеносные сосуды играют важную роль на протяжении всей жизни. Их рост определяет, будут ли органы своевременно обеспечиваться питательными веществами во время эмбрионального развития. В зрелом возрасте развитие новых кровеносных сосудов способствует процессам восстановления и регенерации. Когда рост кровеносных сосудов нарушен, это может быть важным фактором прогрессирования рака, диабета и заболеваний глаз. Ученые из Института исследований сердца и легких им. Макса Планка в Бад-Наухайме обнаружили, что рост самого внутреннего слоя клеток в кровеносных сосудах можно контролировать с помощью его метаболизма. Результаты могут служить основой для новых методов лечения заболеваний, в которых играет роль рост кровеносных сосудов.
Кровеносные сосуды часто сравнивают с водопроводами: системой трубопроводов, которая снабжает органы кислородом и богатой питательными веществами кровью; однако у этой аналогии есть серьезный недостаток. В отличие от водопроводных труб, кровеносные сосуды образуют не жесткую статическую сеть каналов, а сложную и высокодинамичную систему, которая быстро реагирует на меняющиеся потребности, возникающие, например, в результате длительного увеличения потребности в кислороде и питательных веществах в тканях. Если органы постоянно получают недостаточно кислорода, это стимулирует рост новых кровеносных сосудов.
В этом процессе эндотелиальные клетки играют важную роль. Эндотелиальные клетки выстилают внутреннюю часть кровеносных сосудов. Как элементы мельчайших сосудов, капилляров, они также имеют прямой контакт с органами. Когда эндотелиальные клетки получают сигнал роста от ткани, требующей большего количества кислорода и питательных веществ, клетки за короткое время переключаются из состояния покоя в состояние ускоренного деления клеток. Этот процесс переключения требует обширной адаптации их метаболизма, поскольку необходимо обеспечить достаточное количество энергии и строительных блоков для поддержки деления клеток.
Исследовательская группа под руководством Майкла Потенте из Института исследований сердца и легких им. Макса Планка обнаружила молекулярный переключатель, который участвует в росте кровеносных сосудов и координирует деление и метаболизм эндотелиальных клеток: фактор транскрипции FOXO1, который контролирует работу генов. читать в ядре клетки. "Когда мы инактивировали FOXO1 у мышей в лаборатории, мы наблюдали неконтролируемый рост сосудистых клеток. И наоборот, активация молекулы замедляет рост кровеносных сосудов," Potente объясняет.
Вместе с европейскими и американскими коллегами ученые также пролили свет на основной механизм. Очевидно, FOXO1 замедляет метаболизм и деление клеток эндотелия. "В нормальном физиологическом состоянии FOXO1 предотвращает неконтролируемое деление клеток, которое может нарушить функцию сосудов. Однако, когда необходим рост кровеносных сосудов, FOXO1 способствует большей метаболической активности в эндотелиальных клетках," Potente объясняет. Таким образом, может быть предоставлено достаточное количество клеточных строительных блоков для расширяющейся сосудистой сети.
Важность FOXO1 в эндотелии отражается в том факте, что молекула была высоко консервативной на протяжении всей эволюции. "Белковая молекула встречается у самых разных видов – от остриц и плодовых мушек до человека – и в большинстве типов клеток," говорит Potente. Он считает, что тот факт, что FOXO1 выполняет такую важную функцию в эндотелиальных клетках, обусловлен особой метаболической средой, в которой эти клетки находятся. "Сосудистые клетки находятся в прямом контакте с кислородом и богатой питательными веществами кровью и должны выделять эти вещества в окружающие ткани." Поэтому оптимальное регулирование метаболизма клеток имеет решающее значение.
Исследователи Max Planck считают, что FOXO1 может сыграть важную роль в лечении различных заболеваний в будущем. Известно, например, что FOXO1 часто инактивируется в опухолях, что может способствовать неконтролируемому росту сосудов, характерному для злокачественных новообразований. "Рост опухолей потенциально может быть поставлен под контроль с помощью целевой фармакологической активации FOXO1," Potente размышляет. FOXO1 также может быть вовлечен в метаболические заболевания, такие как диабет. "Наблюдаемое нарушение роста сосудов может быть связано с нарушением регуляции FOXO1 в эндотелиальных клетках," говорит Potente.