Dokument: Role of integrin-linked kinase (ILK) in vascularization of pancreatic islets and blood glucose homeostasis

Titel:	Role of integrin-linked kinase (ILK) in vascularization of pancreatic islets and blood glucose homeostasis
Weiterer Titel:	Einfluss der Integrin-Linked Kinase auf die Vaskularisierung von Langerhans-Inseln und die Blutglukose Homöostase
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=53596
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20200701-105204-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Karsjens, Haiko [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 15,20 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 29.06.2020 / geändert 29.06.2020
Beitragende:	Prof. Dr. Eckhard Lammert [Gutachter] PD Dr. Burkart, Volker [Gutachter]
Stichwörter:	ILK Pancreatic Islet Blood Vessel Vascularization Diabetes Angiogenesis
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Blood vessels are more than just tubes that carry oxygen and nutrients to, and carbon dioxide and waste products away from tissues. How the vascularization of a tissue is established during development and altered during disease are questions regarding fundamental biological processes, those mechanisms are not fully understood yet. A highly vascularized tissue is the pancreatic islet, which controls glucose homeostasis. Their endocrine cells are in close contact with the endothelial cells of the capillaries and enable vascularization during development as well as appropriate hormone release. Angiogenesis describes the outgrowth of endothelial cells from an existing vasculature. The formation of new blood vessels is of critical importance in embryonic development as well as in physiological and pathophysiological processes in the adult. Pericytes extend long cytoplasmic processes that encircle the endothelial tube and ensure vascular homeostasis. Here, we present an optimized in vitro bead sprouting assay that enables pharmacologic manipulation of lumenized vascular sprouts composed of human endothelial cells wrapped by human pericytes. Our new assay can screen the effect of multiple compounds on angiogenesis simultaneously and our novel ImageJ plugin allows an automated analysis of sprout morphology as well as quantification of pericyte coverage. Integrins expressed by beta cells facilitate the adhesion to the vascular basement membrane of capillaries. In a second project, we investigated the role of the β1 integrin-binding adaptor protein integrin linked kinase (ILK) in vitro and in vivo in pancreatic islet cells. We found that ILK regulates cell cortex tension of islet cells, and thereby facilitates their adhesion to endothelial cells. Thus, ILK enables the vascularization of pancreatic islets and an immediate insulin secretion. Furthermore, we studied the role of ILK as well as the intra-islet vasculature for beta cell function and proliferation in more detail. Therefore, we analyzed insulin resistant mice with beta cell specific Ilk deficiency. During the beginning of insulin resistance, beta cells compensate the increased metabolic demands by increasing their functional mass and their insulin release. We found that ILK supports beta cell proliferation during insulin resistance and is critical for insulin release during a glucose tolerance test. In conclusion, my thesis provides a novel in vitro angiogenesis assay and an accompanying ImageJ plugin, which allows automated analysis of sprout morphology and pericyte coverage in a defined human cellular system. Additionally, our study is the first to consider the biomechanical properties of an epithelial tissue as a regulator for its vascularization. We show that in pancreatic islet cells, ILK controls the cell cortex tension and adhesion force to endothelial cells, which enable islet vascularization. Furthermore, ILK supports beta cell proliferation as well as insulin secretion during insulin resistance. Blutgefäße sind mehr als nur Röhren, die Sauerstoff und Nährstoffe zu, sowie Kohlendioxid und Abfallprodukte von den Geweben abtransportieren. Wie das Blutgefäßsystem innerhalb eines Gewebes während der Entwicklung entsteht und wie dieses sich während einer Krankheit verändert, sind Fragen bezüglich grundlegender biologischer Prozesse, deren Mechanismen bis heute noch nicht vollständig aufgeklärt sind. Die Langerhans-Inseln der Bauchspeicheldrüse haben ein dichtes Blutgefäßsystem, welches für die Regulation der Blutglukose Homöostase notwendig ist. Dabei stehen die hormonproduzierenden endokrinen Zellen in Verbindung mit den Endothelzellen der Blutgefäße und ermöglichen so die Vaskularisierung der Langerhans-Inseln sowie eine angemessene Hormonausschüttung. Angiogenese bezeichnet das Aussprossen von Endothelzellen aus einem bereits vorhandenen Blutgefäß. Dies ist ein komplexer Prozess, der sowohl in der embryonalen Entwicklung als auch in physiologischen und pathologischen Prozessen von entscheidender Bedeutung ist. Perizyten bilden zusammen mit Endothelzellen die Kapillaren. Dabei umspannt ein Perizyt die Außenwand eines Blutgefäßes, sodass dieses stabilisiert wird. Wir stellen hier einen in vitro Angiogenese Assay vor, in dem sich einfache Blutgefäße, bestehend aus menschlichen Endothelzellen und Perizyten, bilden. Unser Angiogenese Assay ermöglicht das parallele Screening von Angiogenese-Inhibitoren und -Stimulatoren. Das dazugehörige ImageJ-Plugin ermöglicht eine automatisierte Analyse der Blutgefäß-Morphologie sowie der Perizytenabdeckung. Betazellen exprimieren Integrine, welche die Adhäsion an die Basalmembran der Kapillaren vermitteln. In einem weiteren Projekt untersuchten wir die Rolle des β1 Integrin bindenden Proteins Integrin-Linked Kinase (ILK) in vivo und in vitro in Zellen der Langerhans Inseln. Wir zeigen, dass ILK die Zellkortexspannung dieser Zellen reguliert und dadurch die Adhäsion an Endothelzellen ermöglicht. ILK fördert somit die Vaskularisierung der Langerhans-Inseln und eine sofortige Insulinsekretion, die zu Erhaltung der Blutglukose Homöostase notwendig ist. Darüber hinaus untersuchten wir den Einfluss von ILK und der Blutgefäße innerhalb der Langerhans-Inseln auf die Funktion und Vermehrung von Betazellen. Dafür analysierten wir insulinresistente Mäuse mit einer betazell-spezifischen Deletion des Ilk Genes. Bei einer beginnenden Insulinresistenz kompensieren die Betazellen den erhöhten Stoffwechselbedarf durch eine Erhöhung der Zellzahl sowie der Insulinausschüttung. Wir zeigen, dass ILK die Betazellproliferation bei einer Insulinresistenz unterstützt und zudem für die Insulinsekretion während eines Glukosetoleranztests nötig ist. Zusammenfassend beschreibt meine Dissertation einen neuen in vitro Angiogenese Assay und ein dazugehöriges ImageJ-Plugin, das eine automatisierte Analyse der Blutgefäße sowie der Perizytenabdeckung ermöglicht. Darüber hinaus ist unsere Studie die erste, die den Einfluss der biomechanischen Eigenschaften eines Epithelgewebes für dessen Vaskularisierung berücksichtigt. Wir zeigen, dass die ILK in Zellen der Langerhans Inseln die Spannung des Zellkortexes und die Adhäsion an Endothelzellen kontrolliert und dadurch die Vaskularisierung ermöglicht. Darüber hinaus unterstützt die ILK die Proliferation sowie die Insulinsekretion der Betazellen bei einer Insulinresistenz.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	01.07.2020
Dateien geändert am:	01.07.2020
Promotionsantrag am:	28.04.2020
Datum der Promotion:	19.06.2020