Dokument: Proatherogenic crosstalk between adipose tissue and smooth muscle cells: Identification of pivotal mechanisms and mediators

Titel:	Proatherogenic crosstalk between adipose tissue and smooth muscle cells: Identification of pivotal mechanisms and mediators
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=23591
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20130125-145815-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Schlich, Raphaela [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,43 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 25.01.2013 / geändert 25.01.2013
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Obesity is a hallmark of the metabolic syndrome and represents a major global health problem, which is frequently associated with the development of non-communicable diseases, including type 2 diabetes and cardiovascular disease. Interestingly, a complex inter-organ crosstalk scenario between liver, muscle, vasculature and fat underlies the progression of these diseases, with adipose tissue being on top of the crosstalk hierarchy. Today it is well known, that this is due to the huge diversity of proteins and bioactive peptides, the so-called adipokines, secreted from adipose tissue, which is now considered as one of the major endocrine organs. Moreover, several studies revealed that beside the increased secretion of adipokines also the enhanced release of free fatty acids in obesity is associated with cardiovascular risk and the development of atherosclerosis. In this regard, considerable research in recent years has focused on the impact of single adipokines with or without free fatty acids on VSMC proliferation, migration and signaling, trying to provide insight into the complex cellular mechanisms linking obesity and cardiovascular disease. Although one study investigated the effects of conditioned medium from mouse cell lines and rat adipose tissue explants on human vascular smooth muscle cells, the impact of the whole human adipocyte secretory output on the crosstalk with human vascular smooth muscle cells is only incompletely unraveled. Therefore, the main topic of this work was to address the atherogenic impact of adipokines and free fatty acids at the level of human vascular smooth muscle cells. Here, conditioned media from in vitro differentiated human adipocytes (which does not contain free fatty acids) induced proliferation and migration of vascular smooth muscle cells. Furthermore, conditioned media enhanced the expression of the adhesion molecule ICAM-1 and activated proliferative and pro-inflammatory signaling pathways (p38 MAPK, NF-κB, and mTOR). The combination of conditioned media with oleic acid synergistically induced proliferation and enhanced the activation of the above mentioned proliferative and pro-inflammatory signaling pathways in comparison to both factors alone. Moreover, only combined treatment also increased iNOS expression, NO production, inducing a marked release of VEGF of human vascular smooth muscle cells. Interestingly, the proliferative impact of various conditioned media correlated highly significantly with their content of VEGF. Human recombinant VEGF alone enhanced proliferation of smooth muscle cells, and the combination of VEGF and oleic acid induced proliferation in an additive way. Blocking VEGF with a specific antibody significantly reduced the proliferation under all conditions. Furthermore, the incubation of smooth muscle cells with oleic acid alone or in combination with conditioned media enhanced the triglyceride concentration of smooth muscle cells significantly. Here, we could also observe that conditioned media induced the expression of the fatty acid transporter CD36. Silencing CD36 with specific siRNA also significantly reduced smooth muscle cell proliferation after treatment with oleic acid, conditioned media and VEGF alone or in combination. Interestingly, CD36 silencing abrogates VEGF-induced ERK signaling without affecting VEGF receptor expression. In addition, perivascular adipose tissue explants from diabetic patients release significantly higher amounts of VEGF and induce stronger proliferation of smooth muscle cells as compared to subcutaneous fat obtained from the same subject and both fat depots of non-diabetics, in parallel to marked induction of CD36 and VEGF receptors. The combination of conditioned media and oleic acid synergistically induced NF-κB activation. Investigations of distinct NF-κB target genes revealed different results after smooth muscle cell treatment with the monounsaturated fatty acid, oleic acid, and the saturated fatty acid, palmitic acid, in combination with conditioned media. Whereas the combination of conditioned media with oleic acid significantly decreased the mRNA expression levels of cytosolic superoxide dismutase 1, matrix-metalloproteinase 1 and activin A, the combination of palmitic acid and conditioned media enhanced IL-6 mRNA expression and secretion, ROS production as well as matrix-metalloproteinase 1 activity in comparison to both factors alone, respectively. Furthermore, the combination of conditioned media with oleic acid as well as palmitic acid significantly reduced mRNA expression of angiopoietin-1 and the lipid droplet coating protein CIDEA in human vascular smooth muscle cells. These findings indicate that the combination of protein factors and lipid mediators augments the detrimental effects compared to either conditioned media or fatty acids alone. In conclusion, the atherogenic impact of the whole secretory output of human adipocytes alone or in combination with fatty acids on vascular smooth muscle cell function was investigated. Here, we identified VEGF and CD36 as essential factors for the synergistic effect of adipokines and oleic acid-induced smooth muscle cell proliferation. Taken together, the presented work illustrates several novel aspects of the complex crosstalk between adipose tissue and smooth muscle cells in the vessel wall. Adipositas ist ein wichtiges Kennzeichen des metabolischen Syndroms und stellt weltweit eines der größten gesundheitlichen Probleme dar, welches häufig mit der Entwicklung von chronischen Erkrankungen, wie Typ 2 Diabetes und kardiovaskulären Erkrankungen, assoziiert ist. Interessanterweise unterliegt der Verlauf dieser Krankheiten einem komplexen Zusammenspiel zwischen einzelnen Organen, hierzu gehören die Leber, die Muskulatur, die Blutgefäße und das Fettgewebe, wobei das Fettgewebe an oberster Stelle dieser Hierarchie steht. Heutzutage wird das Fettgewebe, da es eine große Vielfalt von Proteinen und bioaktiven Peptiden, auch Adipokine genannt, sekretiert, als eines der größten endokrinen Organe angesehen. Desweiteren konnten mehrere Studien zeigen, dass bei Adipositas neben der erhöhten Sekretion von Adipokinen auch die gesteigerte Freisetzung von freien Fettsäuren mit dem Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen und der Entstehung von Atherosklerose assoziiert sind. In diesem Zusammenhang, untersuchten in den letzten Jahren immer mehr Studien den Einfluss von einzelnen Adipokinen mit und ohne freie Fettsäuren auf die Proliferation, Migration und Signalwege von glatten Muskelzellen, um somit neue Einblicke in die komplexen zellulären Mechanismen von Adipositas und kardiovaskuläre Erkrankungen zu erhalten. Obwohl eine Studie die Effekte von konditionierten Medien von Mauszelllinien und Ratten-Fettgewebsexplantaten untersuchte, ist der Einfluss des gesamten humanen Adipozyten-Sekretoms auf humane glatte Muskelzellen nur unvollständig entschlüsselt. Darum war das Hauptziel dieser Arbeit, den atherogenen Einfluss von Adipokinen und freien Fettsäuren auf der Ebene der humanen glatten Muskelzellen zu untersuchen. Hier konnten wir zeigen, dass konditionierte Medien von in vitro differenzierten humanen Adipozyten, welches selbst keine freien Fettsäuren enthält, Proliferation und Migration von vaskulären glatten Muskelzellen induzierte. Desweiteren steigerte konditioniertes Medium die Expression des Adhäsionsmoleküls ICAM-1 und aktivierte proliferative und inflammatorische Signalwege (p38 MAPK, NF-κB, und mTOR). Die Kombination von konditionierten Medien mit Ölsäure induzierte die Proliferation synergistisch und steigerte die oben genannten Signalwege stärker im Vergleich zu beiden Faktoren alleine. Außerdem erhöhte nur die gemeinsame Behandlung die Expression von iNOS und NO-Produktion, wodurch die verstärkte Freisetzung von VEGF aus den humanen vaskulären glatten Muskelzellen induziert wurde. Interessanterweise korrelierte der proliferative Einfluss von verschiedenen konditionierten Medien hochsignifikant mit ihrem Gehalt an VEGF. Humanes rekombinantes VEGF alleine steigerte auch die Proliferation von glatten Muskelzellen und die Kombination von VEGF und Ölsäure induzierte die Proliferation auf additive Weise. Die Blockierung von VEGF mit einem spezifischen Antikörper reduzierte signifikant die Proliferation unter allen Bedingungen. Desweiteren erhöhte die Behandlung von glatten Muskelzellen mit Ölsäure alleine oder in Kombination mit konditionierten Medien den Triglyzeridgehalt in glatten Muskelzellen signifikant. Außerdem konnten wir hier beobachten, dass konditionierte Medien die Expression des Fettsäuretransporters CD36 induzierte. Silencing von CD36 mit einer spezifischen siRNA reduzierte auch die Proliferation der glatten Muskelzellen nach Behandlung mit Ölsäure, konditionierten Medien und VEGF alleine oder in Kombination. Interessanterweise verminderte das Silencing von CD36 den durch VEGF induzierten ERK Signalweg ohne die Expression der VEGF Rezeptoren zu beeinflussen. In diesem Zusammenhang setzten perivaskuläre Fettgewebsexplantate von Diabetikern signifikant höhere Mengen an VEGF frei und induzierten eine stärkere Proliferation der glatten Muskelzellen im Vergleich zu subkutanem Fett desgleichen Patienten oder beiden Fettdepots von Nicht-Diabetikern, parallel zu eine verstärkten Induktion von CD36 und VEGF Rezeptoren. Die Kombination von konditionierten Medien und Ölsäure induzierte die Aktivierung von NF-κB synergistisch. Die Analyse verschiedener NF-κB Zielgene zeigte unterschiedliche Ergebnisse nach der Behandlung von glatten Muskelzellen mit der einfach ungesättigten Fettsäure Ölsäure bzw. der gesättigten Fettsäure Palmitinsäure in Kombination mit konditionierten Medien. Während die Kombination von konditionierten Medien mit Ölsäure die mRNA Level der zytosolischen Superoxid Dismutase 1, der Matrix Metalloproteinase 1 und von Activin A verminderte, erhöhte die Kombination von konditionierten Medien mit Palmitinsäure die mRNA Expression und Sekretion von IL-6, die Produktion von ROS und die Aktivität der Matrix Metalloproteinase 1 im Vergleich zu den jeweiligen Einzelfaktoren. Außerdem führte sowohl die Kombination von konditionierten Medien mit Ölsäure, als auch mit Palmitinsäure zu einer signifikanten Reduktion der mRNA Expression von Angiopoietin-1 und CIDEA in glatten Muskelzellen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Adipokine und freie Fettsäuren einzeln oder in Kombination die Proliferation von humanen glatten Muskelzellen induzierten, wobei VEGF und CD36 eine entscheidende Rolle für den synergistischen Effekt von Adipokinen und Ölsäure spielen. Desweiteren konnte diese Arbeit zeigen, dass die Inkubation von glatten Muskelzellen mit Adipozyten-konditioniertem Medium, mit oder ohne freie Fettsäuren, ein gutes Model darstellt, um den komplexen Crosstalk zwischen Fettgewebe und glatten Muskelzellen in der Gefäßwand zu untersuchen.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	25.01.2013
Dateien geändert am:	25.01.2013
Promotionsantrag am:	27.04.2012
Datum der Promotion:	10.09.2012