Forschungsprojekte der AG Atherogenese

Projektleiter: Bernd Hewing
Mitarbeiter: Karl Stangl, Carmen Hannemann, Alica Brettschneider, Phillip van Dijck, Andrea Weller

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Sachbeihilfe; Bernd Hewing nimmt am Charité Clinical Scientist Program (Charité́-Universitätsmedizin Berlin und Berlin Institute of Health, BIH) teil.
Alica Brettschneider: Promotionsstipendium des DZHK (Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung e.V.); Phillip van Dijck: Otto-Hess-Promotionsstipendium der DGK (Deutschen Gesellschaft für Kardiologie)

Externe Kooperationen: Edward A. Fisher, M.D., Ph.D., M.P.H. NYU School of Medicine, Division of Cardiology, New York, USA;
Carl Blobel, M.D., Ph.D. Hospital for Special Surgery, New York, USA;
Prof. Dr. med. Philipp A. Lang, Klinik für Gastroenterologie, Hepatologie und Infektiologie, Universitätsklinikum Düsseldorf, Düsseldorf, Germany

Projektbeschreibung:
Tumornekrosefaktor (TNF)-alpha ist ein potentes entzündliches Zytokin, das eine zentrale Rolle in der Entstehung der Atherosklerose spielt. TNF-alpha wird zunächst als ein transmembranes Vorläuferprotein exprimiert, das durch einen als Shedding bezeichneten Prozess durch das TNF-alpha konvertierende Enzym (TACE) in seine lösliche, bioaktive Form umgewandelt wird. Seit kurzem ist beschrieben, dass das inaktive Rhomboid-Protein 2 (iRhom2) für die Aktivierung von TACE in Immunzellen verantwortlich ist. Ein genetischer knock-out oder knock-down von iRhom2 in Immunzellen führt zu einem Verlust der TACE-Aktivität und folglich zu einer deutlichen Reduktion der TNF-alpha-Freisetzung aus Atherosklerose-relevanten Zellen, wie z.B. Makrophagen. iRhom2-defiziente Mäuse sezernieren nur minimale Mengen an TNF-alpha unter entzündlichen Stimuli, überleben eine letale Dosis von LPS und sind vor einer entzündlichen Arthritis geschützt. Diese Erkenntnisse implizieren, dass der iRhom2/TACE/TNF-alpha Signalweg eine Rolle in der Entstehung der Atherosklerose spielt, jedoch existieren dafür bisher keine Daten. Das geplante Projekt untersucht daher die Hypothese, dass iRhom2 einen entscheidenden Regulator in der Atherosklerose darstellt. Dazu wird im iRhom2-defizienten Atherosklerose-Mausmodell der Einfluss von iRhom2 auf die Entwicklung früher und fortgeschrittener Atherosklerose-Stadien untersucht. Zudem werden iRhom2-defiziente Makrophagen hinsichtlich ihrer phänotypischen und funktionellen Eigenschaften unter atherogenen Stimuli in vitro untersucht. Im klinisch-translationalen Teil des Projekts soll die pathophysiologische Bedeutung von iRhom2 in Patienten mit koronarer Herzerkrankung evaluiert werden. Zusammengefasst wird in dem geplanten Projekt erstmalig die Bedeutung von iRhom2 in der Atherosklerose charakterisiert. Die Ergebnisse sollen zum besseren Verständnis entzündlicher Prozesse in der Pathogenese der Atherosklerose beitragen und können als Ausgangspunkt zur Entwicklung neuer Therapieansätze dienen.

Projektleiter: Bernd Hewing, Karl Stangl
Mitarbeiter: Sebastian Chi-Diep Au, Rena Ellerbroek, Nicole Rösener, Antje Ludwig

Förderung: Friede-Springer-Herz-Stiftung; Bernd Hewing nimmt am Charité Clinical Scientist Program (Charité́-Universitätsmedizin Berlin und Berlin Institute of Health, BIH) teil.
Externe Kooperationen: Dr. med. Carolin Giannini, (Institut für Medizinische Immunologie/ BCRT, Charité-Universitätsmedizin Berlin)

Projektbeschreibung:
Die Aortenklappenstenose (AS) stellt die häufigste Herzklappenerkrankung im höheren Alter dar und ist im fortgeschrittenen Stadium mit einer hohen Sterblichkeit assoziiert. Heutzutage betrachtet man die AS nicht mehr als eine passiv degenerative Veränderung des Klappengewebes, sondern als einen aktiven, chronisch entzündlichen und kalzifizierenden Prozess. Die Progression der AS weist dabei große Parallelen zur Atherosklerose auf, wie das Einwandern von Immunzellen und oxidierten Lipiden in das Gewebe. Bisher ist die Bedeutung von entzündlichen Immunzellsubpopulationen und Kalzifizierungsprozessen, sowie deren Zusammenhang bei der AS nicht ausreichend erforscht. Es ist jedoch davon auszugehen, dass den Monozytensubpopulationen wie in der Atherosklerose eine zentrale Rolle in der Entstehung und dem Verlauf der AS zukommt. Das Projekt untersucht daher die pathophysiologische Bedeutung von zirkulierenden Monozytensubpopulationen, sowie Makrophagenphänotypen in Aortenklappengewebe von Patienten mit AS. Zudem wird die Veränderung dieser Parameter durch das jeweilige gewählte Therapieverfahren zur Behandlung der AS - kathetergestützte Aortenklappenimplantation (TAVI, mit Verbleib des erkrankten Klappengewebes im Patienten) versus konventionellem chirurgischen Aortenklappenersatz - sowie der prädiktive Wert dieser Veränderungen für den Erfolg des gewählten Therapieverfahrens untersucht.

Projektleiter: Henryk Dreger

Projektbeschreibung:
Schwerpunkt unserer Arbeitsgruppe war in den vergangenen Jahren die Rolle des Ubiquitin-Proteasom-Systems (UPS) in kardiovaskulären Erkrankungen. Unter anderem zeigte sich dabei, dass eine partielle Proteasominhibition kardiovaskuläre Zellen aufgrund einer Nrf2-abhängigen Induktion antioxidativer Enzyme vor oxidativem Stress schützt. Einige lang anhaltende Effekte nach einmaliger Proteasominhibition suggerierten hier eine mögliche Verbindung zwischen dem UPS und epigenetischer Regulationsmechanismen. In einem Folge-Projekt identifizierten wir daher zunächst die Zielgene der Histonmethyltransferase Ezh2, deren Expression durch Proteasominhibition verringert wird, in humanen Nabelschnurvenen-Endothelzellen (HUVEC). Interessanterweise zeigten Ezh2-defiziente HUVEC veränderte Angiogenese-Eigenschaften als Hinweis auf eine epigenetische, Ezh2-abhängige Regulation von Angiogenese-Prozessen. Aktuell liegt der Schwerpunkt unserer Arbeit auf der Analyse einzelner Zielgene von Ezh2 in HUVEC (z.B. iNOS).

Projektleiter: Mario Lorenz, Verena Stangl
Mitarbeiter: Angelika Vietzke, Franziska Rauhut, Christine Hofer

Förderungen: Friede Springer Herz Stiftung

Externe Kooperationspartner: Dr. Benno Zimmermann, Institut für Ernährungs- und Lebensmittelwissenschaften, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Projektbeschreibung:
Eine Vielzahl von epidemiologischen und experimentellen Untersuchungen hat gezeigt, dass der Konsum von Tee mit protektiven antiatherogenen Effekten einhergeht. Ein zugrunde liegender Mechanismus für die kardioprotektiven Effekte stellt die Verbesserung der Gefäßfunktion (in Form einer verstärkten flow-mediated dilation, FMD) durch Tee-Polyphenole dar. Die Rolle des physiologisch wirksamsten Katechins Epigallocatechin-3-Gallat (EGCG) an den vasodilatierenden Effekten von Tee in vivo ist ungeklärt. Wir konnten nachweisen, dass das Tee-Katechin EGCG in vitro die Stickstoffmonoxid (Nitric oxide, NO) -Produktion in Endothelzellen steigert und zu einer NO-abhängigen Vasodilatation in isolierten Aortenringen führt. An Aortenringen von eNOS-knockout Mäusen konnten wir zeigen, dass die EGCG-induzierte Vasodilatation von einem funktionalen eNOS-Enzym und einer damit einhergehenden NO-Produktion abhängt. In vivo verbessert grüner Tee die FMD in gesunden Probanden. Um den Einfluss von EGCG auf die Endothelfunktion zu untersuchen, wird in einer klinischen Studie nach Applikation von EGCG in verschiedenen Formen die FMD gemessen. Da EGCG bereits in einer Reihe von Interventionsstudien als Substanz eingesetzt wird, stellt das Verständnis der Rolle von EGCG in vivo eine wichtige Voraussetzung für das Design entsprechender klinischer Studien dar.

Projektleiter: Mario Lorenz, Henryk Dreger, Verena Stangl
Mitarbeiter: Angelika Vietzke, Cornelia Bartsch, Benjamin Blaschke

Förderungen: DZHK (Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung e.V.)

Externe Kooperationspartner: Prof. Petra Knaus und Dr. Andreas Benn, Institut für Chemie und Biochemie, FU Berlin; Prof. Dr. Uwe Völker und Dr. Elke Hammer, Interfaculty Institute of Genetics and Functional Genomics, Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald; Prof. Dr. Ana Zenclussen und Dr. Anne Schumacher, Experimentelle Gynäkologie und Geburtshilfe, Medizinische Fakultät der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg: Prof. Dr. Werner Reutter und Paul Robin Wratil, Institut für Laboratoriumsmedizin, Klinische Chemie und Pathobiochemie, Charité – Universitätsmedizin Berlin (CBF)

Projektbeschreibung:
Geschlechtsspezifische Unterschiede in der Entstehung und im Verlauf von kardiovaskulären Erkrankungen sind bis jetzt nur unvollständig verstanden. Häufig werden sie vor allem auf die Wirkung von Steroidhormonen (vor allem Östrogen) zurückgeführt. Zunehmend gibt es aber auch Hinweise darauf, dass einer geschlechtsspezifisch differenziellen intrinsischen Genexpression eine Rolle zukommen könnte. In ersten Untersuchungen haben wir zwischen weiblichen und männlichen HUVEC Unterschiede in der Gen-Expression auf mRNA-Ebene gefunden. Im Vergleich zu männlichen Zellen sind in weiblichen Zellen unter anderem Gene, die in der Immun- und Stressantwort involviert sind, stärker exprimiert. Darüber hinaus zeigten weibliche Zellen eine stärkere transkriptionelle Antwort auf physiologischen Shear Stress als männliche Zellen. Die Ergebnisse zeigen, dass es sowohl basal als auch nach Stimulation Unterschiede in der Genexpression zwischen weiblichen und männlichen Zellen gibt. Aufbauend auf diesen Unterschieden untersuchen wir nun, ob Unterschiede auf transkriptioneller Ebene auch zu funktionellen Unterschieden zwischen weiblichen und männlichen HUVEC führen. Dazu werden Migrationsversuche und metabolische Untersuchungen durchgeführt. Wir konnten nachweisen, dass weibliche HUVEC im Vergleich zu männlichen eine stärkere Tube Formation (Bildung gefäßähnlicher Strukturen) aufweisen.
Unsere weiteren Untersuchungen konzentrieren sich auf HUVEC von getrenntgeschlechtlichen Zwillingspaaren. Mit diesen Zellen werden wir geschlechtsspezifische Unterschiede auf Gesamtprotein-Ebene (Proteomics) untersuchen. Dabei werden sowohl intrazelluläre Proteine als auch lösliche Faktoren (Secretome) bestimmt. Von diesen Analysen erwarten wir uns Hinweise und potentielle Kandidaten für die beobachteten funktionellen Unterschiede zwischen weiblichen und männlichen HUVEC. Die Ergebnisse dieses Projekts können dazu beitragen, physiologische und pathophysiologische geschlechtsspezifische Unterschiede besser zu verstehen und beteiligte Mechanismen für Geschlechtsunterschiede für das vaskuläre System aufzuklären.

Projektleiter: Antje Ludwig, Wolfram Poller, Verena Stangl
Mitarbeiter: Anke Stach

Förderung: DFG-KFO 213, DZHK

Externe Kooperationen: Charité Experimentelle Radiologie, Physikalisch Technische Bundesanstalt Berlin, AG Biosignale

Projektbeschreibung:
Magnetresonanztomografie (MRT) mit Kontrastmitteln, welche spezifisch inflammatorische Komponenten der atherosklerotischen Läsion darstellen, haben ein hohes Potenzial für die nicht-invasive Bildgebung zur Detektion rupturgefährdeter Plaques. Wir untersuchen, ob elektrostatisch stabilisierte superparamagnetische Nanopartikel (very small superparamagnetic iron oxide particles - VSOP) geeignet sind, gefährliche atherosklerotische Plaques darzustellen. Als mögliche Bindungsstrukturen der VSOP untersuchen wir pathologisch veränderte zelluläre und extrazelluläre Bestandteile der atherosklerotischen Läsion. Wir erforschen die Aufnahme- und Transportmechanismen der VSOP in Zelltypen, die an der Plaquebildung beteiligt sind (Monozyten, Makrophagen, Schaumzellen, Endothelzellen, glatte Gefäßmuskelzellen), sowie die Aufnahme in atherosklerotische Mäuse. Darüber hinaus, untersuchen wir mögliche toxische Effekte dieser Zitrat-ummantelten Nanopartikel und den Einfluss ihrer Akkumulation auf die zelluläre Funktion und Signalwege.
Magnetpartikelbildgebung (Magnetic Particle Imaging - MPI) ist eine neue Bildgebungstechnik, welche die Verteilung magnetischer Nanopartikel (MNP) – sogenannte MPI-Tracer - dreidimensional aufgrund ihrer spezifischen magnetischen Eigenschaften darstellt. Unser Ziel ist es, das Potenzial von MPI für die kardiovaskuläre Bildgebung zu testen. Wir nutzen experimentelle Modelle der Atherosklerose (Zellen, Tiermodelle), um zu untersuchen, ob mittels geeigneter MPI-Tracer eine Darstellung entzündlicher atherosklerotischer Plaques durch MPI möglich ist.

Project leader: Antje Ludwig, Karl Stangl
Mitarbeiter: Nicola Wilck, Bernd Hewing, Henryk Dreger, Anke Stach

Förderung: DZHK (Deutsches Zentrum für Herz-Kreislaufforschung e.V.)

Externe Kooperationen: PD Dr. Silke Meiners (Comprehensive Pneumology Center München), Prof. Michael Groll (TU München), Prof. Agnes Görlach (TU München)

Projektbeschreibung:
Die Atherosklerose wird als chronisch inflammatorische Erkrankung betrachtet, die in Arterien zur Plaquebildung und Gefäßverengung führt. Das Ubiquitin-Proteasom-System (UPS) ist in eukaryontischen Zellen für den Abbau von Proteinen verantwortlich. Das UPS beeinflusst viele für die Entwicklung der Atherosklerose bedeutsame Prozesse. Neben seiner essentiellen Rolle beim Abbau nichtbenötigter oder beschädigter Proteine, ist es in die Regulation inflammatorischer Prozesse, in Schutzmechanismen gegen oxidativen Stress sowie in den Cholesterolstoffwechsel involviert. Wir untersuchen die Bedeutung des UPS in grundlegenden Prozessen der Atherosklerose. Darüber hinaus testen wir, ob die Beeinflussung des UPS (z.B. durch Proteasominhibitoren) eine mögliche Therapieoption für die Behandlung der Atherosklerose darstellt.

Projektleiter: Wolfram Poller, Antje Ludwig, Verena Stangl
Mitarbeiter: Anke Stach, Vasileios Karampelas
Förderung: Friede Springer Herz Stiftung; Deutsche Gesellschaft für Kardiologie; Charité BIH Clinical Scientist Programm  

Externe Kooperationen: Physikalisch-Technische Bundesanstalt Berlin, AG Biosignale; Institut für Pathologie; Klinik für Allgemein-, Viszeral-, Gefäß- und Thoraxchirurgie; Institut für Laboratoriumsmedizin, Klinische Chemie und Pathobiochemie

Projektbeschreibung:
Rupturen atherosklerotischer Plaques verursachen lebensbedrohliche Komplikationen wie Herzinfarkt und Schlaganfall. Diagnostische Methoden zur rechtzeitigen Erkennung instabiler Plaques sind daher dringend erforderlich. Proteoglykane (PG) und ihre Glykosaminoglykan - Seitenketten (GAG) sind Hauptbestandteile der Extrazellulärmatrix in atherosklerotischen Plaques und spielen eine wichtige Rolle bei der Krankheitsprogression. Es ist derzeit nicht bekannt, ob Plaqueinstabilität mit einem spezifischen PG/GAG Muster korreliert. Ziel dieses Projektes ist die Identifikation instabilitäts-assoziierter PG/GAG und ihre Nutzung als Zielstrukturen für die nicht invasive Bildgebung. Es wird eine vergleichende Analyse der PG/GAG Zusammensetzung, der GAG Struktur sowie ihrer chemischen Modifikationen in stabilen und instabilen Plaques aus humanen Koronarien und Karotiden durchgeführt. Dabei kommen sowohl glykoanalytische Techniken (HPLC, CE-LIF, MALDI-Imaging), als auch histologische und expressionsanalytische Methoden (RT-PCR, Western Blot, IHC, TEM, FISH) zum Einsatz um instabilitäts-assoziierte PG/GAG als neue Zielstrukturen für die nicht-invasive Atherosklerose-Bildgebung zu identifizieren.