Angiogenese: Wie das Wachstum neuer Blutgefäße gesteuert wird

Forschung: Was unsere Blutgefäße wachsen lässt

Das menschliche Blutgefäßsystem bildet ein komplexes Netzwerk von Arterien, Venen und Kapillaren und transportiert Sauerstoff, Nährstoffe, Zellen und Abfallprodukte durch unseren Körper. Geschädigte Blutgefäße können zu Störungen des Herz-Kreislauf-Systems wie etwa Herzinfarkt oder Schlaganfällen führen. Forschende berichten nun, was Blutgefäße wachsen lässt.

Schon seit Jahren wird erforscht, wie Blutgefäße sich bilden und wachsen. Dieses Wissen soll genutzt werden, um neue Ansätze für die Prävention und Behandlung von Herz-Kreislauf-Krankheiten oder Krebs zu entwickeln. Um Organe bedarfsgerecht zu versorgen, müssen Blutgefäße ihr Wachstum an das in ihrer Umgebung vorhandene Nährstoffangebot anpassen. Ein Forschungsteam hat nun in dem Fachjournal „Nature Metabolism“ zwei Proteine beschrieben, die eine wichtige Rolle in diesem Prozess spielen.

Blutgefäße versorgen Organe

Wie es in einer gemeinsamen Pressemitteilung des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) und des Berlin Institute of Health in der Charité heißt, durchziehen Blutgefäße den gesamten menschlichen Körper; sie stellen sicher, dass Organen ausreichend Nährstoffe und Sauerstoff zur Verfügung stehen.

Wenn diese feinmaschigen Netzwerke nicht mehr so funktionieren, wie sie sollen, drohen Krankheiten. Während sie beispielsweise bei altersabhängigen Herz-Kreislauf-Leiden häufig verkümmern, sind bösartige Tumore durch ein überschießendes Wachstum fehlgeleiteter Gefäße gekennzeichnet.

Auch bei der feuchten Makuladegeneration des Auges sprießen neue Blutgefäße – aber nicht dort, wo sie es sollen. Das kann im schlimmsten Fall zu Blindheit führen.

„Um für solche Erkrankungen maßgeschneiderte Therapien entwickeln zu können, wollen wir herausfinden, wie genau das Wachstum neuer Blutgefäße, die Angiogenese, im Körper gesteuert wird“, erläutert Michael Potente, Professor für Translationale Vaskuläre Biomedizin am BIH und Gastforscher am MDC.

Zwei entscheidende Proteine

Gemeinsam mit einem internationalen Team hat Potente nun einen wichtigen Schritt getan: Wie die Forschenden in ihrer Publikation berichten, sind zwei Proteine namens YAP und TAZ entscheidend dafür, dass auch unter schwierigen Stoffwechselbedingungen Gefäße aussprießen können.

Den Angaben zufolge gehören die Proteine zum Hippo-Signalweg, der in fast allen Lebewesen das Wachstum und die Größe von Organen bestimmt. „Sind die beiden Moleküle in den Zellen der Gefäßinnenwand – dem Endothel – aktiv, so werden Gene abgelesen, die zur vermehrten Bildung bestimmter Oberflächentransporter führen“, erklärt Potente.

„Diese ermöglichen es den Gefäßzellen, vermehrt Nährstoffe aufzunehmen, die für Wachstum und Zellteilung erforderlich sind.“ Damit funktionieren die in ihrer Funktionsweise ähnlichen Proteine YAP und TAZ als eine Art Türöffner.

„Die gesteigerte Nährstoffaufnahme wiederum ermöglicht die Aktivierung eines weiteren Proteins, das mTOR genannt wird“, so Potente. Wie in der Mitteilung erklärt wird, ist mTOR eine zentrale Schaltstelle in Zellen, die Wachstum und Zellteilung in Gang setzt.

„Auf diese Weise können neue Gefäßnetzwerke expandieren“, erläutert der Wissenschaftler. Welche Signale die Aktivität von YAP und TAZ in Endothelzellen bestimmen, wissen er und sein Team allerdings noch nicht.

Hemmung des Gefäßwachstums

Der an der Publikation beteiligte Professor Holger Gerhardt, Leiter der MDC-Arbeitsgruppe „Integrative Vaskuläre Biologie“, sagt, dass sie gemeinsam einen wichtigen Mechanismus entschlüsselt haben, der es Blutgefäßen ermöglicht, ihr Wachstumsverhalten eng an die Umgebungsbedingungen anzupassen.

„Er verhindert, dass Endothelzellen sich teilen, wenn die dafür notwendigen Stoffwechselressourcen nicht vorhanden sind“, so Gerhardt.

Die Studienergebnisse basieren auf Experimenten an Mäusen. Die Netzhaut dieser Tiere ist ein ideales Modell, um die Entwicklung von Blutgefäßen zu untersuchen. „Mithilfe genetisch veränderter Mauslinien konnten wir zeigen, dass Endothelzellen, in denen die Proteine YAP und TAZ nicht hergestellt werden, sich kaum teilen“, erklärt Potente.

Das führte laut dem Forscher bei den Mäusen zu einer Hemmung des Gefäßwachstums. Das Protein TAZ spielt bei dem Prozess eine besonders bedeutende Rolle – anders als bei den meisten Zelltypen, in denen YAP entscheidend ist.

Weitere Forschung geplant

„Da neue Blutgefäße häufig in mangeldurchbluteten Geweben entstehen, müssen Endothelzellen in der Lage sein, unter schwierigsten Stoffwechselbedingungen zu wachsen“, erklärt Potente. „Daher ist es für diese Zellen von besonderer Bedeutung, eine molekulare Maschinerie zu besitzen, die subtile Veränderungen im extrazellulären Milieu wahrnimmt und auf diese reagiert.“

Die Forschenden wollen jetzt untersuchen, inwieweit der von ihnen während der Gewebeentwicklung beschriebene Mechanismus auch in Regenerations- und Reparaturprozesse involviert ist, bei denen Blutgefäße eine essentielle Rolle spielen.

„In erster Linie sind wir daran interessiert, herauszufinden, ob und – wenn ja – auf welche Weise Störungen des beschriebenen Signalwegs beim Menschen Gefäßkrankheiten bedingen“, so Potente. (ad)