| Beschreibungen: | Das Endothel, die innere Auskleidung der Gefäße, spielt eine wichtige Rolle in der Blutgefäßhomöostase und auch in pathologischen Prozessen, z.B. bei Gefäßverletzungen. Eine Verletzung der Endothelzellschicht führt zu einem Umbau der Gefäßwand, der gekennzeichnet ist durch Infiltration mit inflammatorischen Zellen, Proliferation von glatten Muskelzellen und auch Migration von Endothelzellen. Diese Prozesse führen zur Entwicklung atherosklerotischer Läsionen, welche die Hauptursache für koronare Gefäßerkrankungen darstellt. Die Endothelzellen spielen eine wichtige Rolle in der Krankheitsentstehung. Sie zeigen profunde Veränderungen im Verlauf des Alterns. Zahlreiche Studien belegen, dass es während des Alterungsprozesses zu einem Anstieg reaktiver Sauerstoffspezies (reactive oxygen species, ROS) und einer Verringerung der Stickstoffmonoxid-Bioverfügbarkeit kommt, was zu einer erhöhten Apoptose-Sensitivität der Endothelzellen führt. Ein weitere wichtige Rolle in der Endothelzellalterung spielt das Enzym Telomerase. Es wird für die Integrität der Chromosomenenden, der Telomere benötigt. Während jeder Zellteilung verkürzen sich die Telomere bis ein kritisches Limit erreicht wird, unterhalb dessen die Zellen seneszent werden. Telomerase mit ihrer katalytischen Untereinheit Telomerase Reverse Transkriptase (TERT) wirkt dieser Telomerverkürzung entgegen. Daher ist die Entschlüsselung der Regulationsmechanismen dieses Enzyms eine Voraussetzung zum Verständnis der Endothelzellalterung und somit Ziel dieser Arbeit. Kritische Parameter in der Regulation von TERT sind ihre Phosphorylierung und Lokalisation innerhalb der Zelle. Unter oxidativem Stress und während des Alterns von Endothelzellen wird TERT an seinem Tyrosinrest 707 durch Kinasen der Src-Familie phosphoryliert, was zu einem Export aus dem Zellkern führt. Ich konnte zeigen, dass die Tyrosin-Phosphatase Shp-2 diesem Kernexport entgegenwirkt. Dies beinhaltete den Nachweis, dass Shp-2, welches bisher als ein zytosolisches Enzym bekannt war, auch im Zellkern vorhanden ist, wo es mit TERT assoziiert. Dies führt zu einer Inhibition der Phosphorylierung von TERT, entweder durch Inhibition der Src Kinase-Aktivität oder durch direkte Dephosphorylierung von TERT. Interessanterweise konnte ich zeigen, dass Shp-2 neben seiner Funktion als Phosphatase die ROS-Bildung in Endothelzellen nicht nur im Zytosol, sondern auch in den Mitochondrien reduziert. Dies legt nahe, dass Shp-2 auch in diesem Zellorganell vorkommt, was ich in vorläufigen Experimenten nachweisen konnte. Da sowohl TERT als auch Src in Mitochondrien detektierbar sind, vermute ich, dass dort, ähnlich wie im Zellkern, ein regulatorisches Netzwerk mit Src, TERT und Shp-2 existiert, eine These, die ich in Zukunft untersuchen werde. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Shp-2 mit nukleärer TERT interagiert, wodurch diese vor dem Src-abhängigen Export geschützt wird, und dass es den zellulären ROS-Spiegel senkt, was einen Angriffspunkt zur Verzögerung der Endothelzell-Seneszenz bieten könnte. Dies eröffnet die Möglichkeit therapeutische Strategien zur Erhaltung der Integrität des Endothels zu entwicklen, indem man spezifisch die Shp-2 Konzentration im Zellkern steigert. Dabei ist allerdings zu bedenken, dass derartige Therapiestrategien nicht mit der Shp-2 Funktion im Zytosol interferieren dürfen, um ein unkontrolliertes Zellwachstum als Nebenwirkung zu verhindern.The endothelium, the inner lining of the vessels, plays an important role for the physiological maintenance of blood vessel homeostasis, but also for pathological processes such as vessel injury. Injury of the endothelial monolayer results in inflammatory remodelling of the vessel wall, which is characterized by invasion of inflammatory cells, proliferation of smooth muscle cells, but also in migration of endothelial cells. These processes lead to the development of atherosclerotic lesions, which are the major cause for coronary vascular disease. Endothelial cells, play an important role in the cascade of pathology, and these cells show profound changes with age. Recent studies demonstrated that aging is associated with an increase in reactive oxygen species (ROS) and reduced nitric oxide bioavailability leading to an enhanced apoptosis sensitivity of endothelial cells. Another important player in endothelial cell aging is telomerase. This enzyme is required to maintain the integrity of the telomeres, the ends of the chromosomes. During each cell division the telomeres are shortened until a critical limit is reached, when the cells become senescent. Telomerase with its catalytic subunit telomerase reverse transcriptase (TERT) counteracts this process. Therefore, decoding the regulation of this enzyme is a prerequisite to understand endothelial cell aging and is the aim of this study. Critical parameters in the regulation of TERT are its phosphorylation and intracellular localisation. Under oxidative stress and during aging TERT is phosphorylated on tyrosine 707 by Src family kinases resulting in its export from the nucleus in endothelial cells. I could show that this export is counteracted by the tyrosine phosphatase Shp-2. This involved the demonstration that Shp-2, which was previously known as a cytosolic enzyme, is also present in the nucleus, where it associates with TERT. This results in inhibition of net TERT phosphorylation either by inhibition of Src kinase activity or direct dephosphorylation of TERT. Interestingly, I demonstrated that Shp-2, besides its function as a phosphatase, reduces ROS formation in endothelial cells, not only in the cytosol, but also in mitochondria. This leads to the assumption that Shp-2 might be present in these organelles, which I could demonstrate in preliminary work. Knowing that TERT and Src are present in the mitochondria, I speculate that similar to the nucleus a regulatory circuit involving TERT, Src and Shp-2 exists there, which will be the subject of my future studies. In summary, Shp-2 interacts with nuclear TERT thereby protecting it against Src-dependent export and reduces cellular ROS levels, which might provide mechanisms to delay endothelial cell senescence. This offers the prospect to maintain the integrity of the endothelium by therapeutic strategies aimed at elevating specifically the nuclear levels of Shp-2. Such strategies must not interfere with cytosolic Shp-2 functions to avoid uncontrolled cell growth as a side effect.
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