Angiogenese (Prof. Dr. Wouters)
1. HIF activeert angiogene factoren
Bij hypoxie kan men een onderscheid maken tussen chronische en acute
hypoxie. Chronische hypoxie is diffusie- gelimiteerd ontstaat door de snelle
proliferatie van tumoren. De meer verwijderd de tumorale cellen komen te liggen
van het bloedvat, des te minder O 2 deze zullen ontvangen. Acute hypoxie is
perfusie-gelimiteerd en treed maar kortstondig op. De tumorale vasculatuur is
zeer onregelmatig, waardoor sommige vaten kortstondig zullen worden
afgesloten en er dus gelimiteerde perfusie optreed.
Hypoxie-induceerbare factor 1 (HIF 1) is een heterodimeer bestaande uit een α -
en β -subunit. De α unit wordt gereguleerd door zuurstofspanning en heeft drie
isovormen: HIF1-, 2- en 3α . 1α en 2α zijn betrokken bij de reactie op hypoxie, van
3α is het effect nog te onderzoeken. De β -subunit is constitutief tot expressie
gebracht en heeft ook drie isovormen: β /ARNT1, 2 en 3.
Bij een normale zuurstofspanning
(normoxie) wordt er op twee niveaus
de stabiliteit/activiteit gereguleerd. Op
het 1ste niveau wordt HIF afgebroken
door twee prolines in het zuurstof
afhankelijke degradatiedomein door
PHD. Als HIF gehydroxyleerd is zal het
herkend worden door pVHL en zal
degradatie optreden. Het 2e
mechanisme beinvloed het
transcriptiemechanisme. FIH zal
ervoor zorgen dat co-factoren niet
meer aan HIF1 α kunnen binden,
waardoor de activatie van transcriptie
van target-genen minder vlot zal
verlopen. Bij hypoxie zal pVHL HIF1 α niet langer herkenen en zal dus niet zorgen
voor proteosomale degradatie, waardoor p300 aan HIF1 α zal kunnen binden.
HIF1 α zal vervolgens zich gaan transloceren naar de nucleus en een
heterodimeer vormen met HIF1 β dat kan binden aan de HRE (hypoxie
responsieve elementen) in de doelwitgenen van HIF1.
Deze doelwitgenen zijn betrokken in een heel aantal cellen en dragen bij aan de
aanpassing van tumorale cellen aan hypoxische omgevinden en zorgen voor
activatie van genen en factoren die bijdragen aan proliferatie, overleving,
metastase en angiogenese zoals VEGF, PIGF, PDGF (plateled-derived growth
factor), VEGFR-1 en -2, angiopoëtine 2 en MMP (matrixmetalloproteïnasen).
VEGF (vasculaire endotheliale groeifactor) en wordt strikt gereguleerd via
verschillende mechanismen. VEGF heeft als functie:
Vasculogenese
o Chemotaxis en differentiatie van endotheliale precursocellen
(angioblasten)
o Integratie van endotheliale cel in vasculaire structuur
Angiogenese
1
, o Proliferatie van endotheelcellen
o Angiogene herschikking
2. De vorming van nieuwe bloedvaten d.m.v. sprouting
2.1. Het proces van ‘sprouting’
Sprouting = coördineren samen de vorming van een nieuw bloedvat uit een
bestaand bloedvat met als doel het tekort aan O 2 in de onderliggende weefsels
tegen te gaan.
Sprouting treedt op
Als antwoord op hypoxie secreteren cellen VEGF
De endotheelcellen die blootgesteld wordt aan de hoogste concentratie
VEGF-concentratie wordt de ‘tip’cel
o De tip-cel zal zelf minimaal prolifereren en geen lumen vormen.
De tipcel leidt de ‘sprout’ & migreert in omliggend weefsel door vorming
van filopodia
De ‘sprout’ wordt langer door proliferatie van endotheliale ‘stalk’cellen
Een nieuwe bloedvattak maakt verbinding met andere ‘sprout’ door
tipcelfusie
Vorming van vasculair lumen waarbij er bloeddoorstroming en een betere
oxigenatie is
o Dit leidt tot een daling van de VEGF-concentratie
Er treedt maturatie en stabilisatie op van het bloedvat aan de hand van
pericyten tot de vorming van een ECM
De vasculatuur wordt later in rust omgeven door de ‘falanx’cel en vormt
daarmee een stabiele structuur
2
,2.2. Karakteristieken van de tipcel, stalkcel en falanxcel
2.3. De ‘tip’cel
2.3.1.Karakteristieken
Gelokaliseerd aan voorzijde van de bloedvatvertakking
Gepolariseerd
Verschillende filopodia migreren in de richting van een angiogene
stimulus
Vormen geen lumen
Prolifereren minimaal
Expressie van VEGFR-2, VEGFR-3, PDGF, DII4
2.3.2.Selectie van de ‘tip’cel
Hypoxische cellen secreteren VEGF waardoor er een VEGF-gradiënt zal ontstaan.
VEGF gaat binden met VEGFR-2 en zal vervolgens een hele signaalcascade op
gang zetten. Endotheelcellen die blootgesteld worden aan de hoogste VEGF-
concentratie beginnen te migreren. Er is maar een endotheliale cel die de leiding
neemt om een tip-cel te worden, waardoor zijn naburige endotheliale cellen
verhinderd worden om een tip-cel te worden: deze differentiëren naar stalk-
cellen.
2.3.3.Selectie van de ‘tip’cel: laterale inhibitie door DII4/Notchsignalisatie
In de tip-cel vindt er activatie plaats van VEGFR-2 wat zal leiden
tot een verhoogde expressie van VEGFR-3 en DII4. In de naburige
endotheliale cellen zullen we zien dat DII4 Notch activeert,
waardoor er een NICD (Notch intracellulair domein fungeert als
transcriptiefactor) wordt gevormd. Op zijn beurt zorgt dit voor een
daling in de expressie van VEGFR-2 en -3 en een toename van
VEGFR-1 in deze naburige endotheliale cel. Door de dalende
expressie van VEGFR-2 zal de expressie van DII4 ook afnemen en
zal er dus een afgenomen VEGF- geïnduceerde migratoire
response optreden in deze endotheliale cel.
3
, 2.3.4.Invasie van de ‘tip’cel
Sprouting angiogenese is een invasief proces dat de proteolytische afbraak van
het ECM vereist. Hiervoor brengt de tip-cel MMP’s tot expressie. MT1-MMP’s zijn
onmisbaar voor de tip-cel om een invasief kanaal te vormen. De expressie van dit
molecuul verminderd in de stalk-cellen tijdens bloedvatstabilisatie en -maturatie.
2.4. De ‘stalk’cel
2.4.1.Karakteristieken
Vormt ‘steel’ van het nieuwe bloedvat
Verbinding maken met bestaande circulatie
Geen filopodia
Vorming van een lumen
Proliferatie verlengen van de ‘sprout’
Notch-signalisatie in de ‘stalk’cel
Notch-signalisatie in de ‘stalk’cel vermindert de migratoire respons op VEGF,
verhindert de vorming van filopodia en inhibeert het ontstaan van nieuwe
bloedvaten doordat er een vermindering is in de VEGFR-2.
2.4.2.Rol van VEGFR-1 (Flt 1) in de ‘stalk’cellen
Expressie van VEGFR-1 en sFLT1 stijgt in de ‘stalk’cellen via de
Notch-signalisatie. De VEGFR-1 receptor op de stalk-cel zal
worden gekliefd aan de hand van γ -secretase waardoor een
intracellulair domein deel van VEGFR-1 zal loslaten en daarmee
de activatie van de VEGFR-2 receptor onderdrukt. Het
extracellulaire (losgekomen) deel van de VEGF1 receptor
fungeert als een val om VEGF op te vangen en te voorkomen dat
VEGF aan de stalk-cel bind via de VEGFR-2 receptor, waardoor
de VEGF response gelimiteerd blijft tot de tip- cel.
2.4.3.‘Stalk’cellen en de vorming van een lumen
In vitro treedt er lumenogenese op dat afhankelijk is van de vorming en
samenvoegen van intracellulaire pinocytische vacuolen. Bij verder onderzoek in
embryo’s van zebravissen zag men dat intra- en intercellulaire fusie van vacuolen
leidt tot lumen. MAAR recent zag men dat bloedtvaten in de zebravis wordt
gevormd door opstelling van endotheelcellen rond een intracellulair lumen.
2.5. De ‘falanx’cel
2.5.1.Karakteristieken
Weinig filopodia
Minimale migratie in respons op VEGF
Promotrn vorming van een basaalmembraan en creëren sterke juncties
Lage autocriene VEGF-niveaus laten ‘falanx’cel overleven en onderhouden
het bloedvat
2.6. Maturatie van het gevormde bloedvat
Overgang naar functioneel netwerk in rust
Onderdrukking van de endotheliale proliferatie
4
1. HIF activeert angiogene factoren
Bij hypoxie kan men een onderscheid maken tussen chronische en acute
hypoxie. Chronische hypoxie is diffusie- gelimiteerd ontstaat door de snelle
proliferatie van tumoren. De meer verwijderd de tumorale cellen komen te liggen
van het bloedvat, des te minder O 2 deze zullen ontvangen. Acute hypoxie is
perfusie-gelimiteerd en treed maar kortstondig op. De tumorale vasculatuur is
zeer onregelmatig, waardoor sommige vaten kortstondig zullen worden
afgesloten en er dus gelimiteerde perfusie optreed.
Hypoxie-induceerbare factor 1 (HIF 1) is een heterodimeer bestaande uit een α -
en β -subunit. De α unit wordt gereguleerd door zuurstofspanning en heeft drie
isovormen: HIF1-, 2- en 3α . 1α en 2α zijn betrokken bij de reactie op hypoxie, van
3α is het effect nog te onderzoeken. De β -subunit is constitutief tot expressie
gebracht en heeft ook drie isovormen: β /ARNT1, 2 en 3.
Bij een normale zuurstofspanning
(normoxie) wordt er op twee niveaus
de stabiliteit/activiteit gereguleerd. Op
het 1ste niveau wordt HIF afgebroken
door twee prolines in het zuurstof
afhankelijke degradatiedomein door
PHD. Als HIF gehydroxyleerd is zal het
herkend worden door pVHL en zal
degradatie optreden. Het 2e
mechanisme beinvloed het
transcriptiemechanisme. FIH zal
ervoor zorgen dat co-factoren niet
meer aan HIF1 α kunnen binden,
waardoor de activatie van transcriptie
van target-genen minder vlot zal
verlopen. Bij hypoxie zal pVHL HIF1 α niet langer herkenen en zal dus niet zorgen
voor proteosomale degradatie, waardoor p300 aan HIF1 α zal kunnen binden.
HIF1 α zal vervolgens zich gaan transloceren naar de nucleus en een
heterodimeer vormen met HIF1 β dat kan binden aan de HRE (hypoxie
responsieve elementen) in de doelwitgenen van HIF1.
Deze doelwitgenen zijn betrokken in een heel aantal cellen en dragen bij aan de
aanpassing van tumorale cellen aan hypoxische omgevinden en zorgen voor
activatie van genen en factoren die bijdragen aan proliferatie, overleving,
metastase en angiogenese zoals VEGF, PIGF, PDGF (plateled-derived growth
factor), VEGFR-1 en -2, angiopoëtine 2 en MMP (matrixmetalloproteïnasen).
VEGF (vasculaire endotheliale groeifactor) en wordt strikt gereguleerd via
verschillende mechanismen. VEGF heeft als functie:
Vasculogenese
o Chemotaxis en differentiatie van endotheliale precursocellen
(angioblasten)
o Integratie van endotheliale cel in vasculaire structuur
Angiogenese
1
, o Proliferatie van endotheelcellen
o Angiogene herschikking
2. De vorming van nieuwe bloedvaten d.m.v. sprouting
2.1. Het proces van ‘sprouting’
Sprouting = coördineren samen de vorming van een nieuw bloedvat uit een
bestaand bloedvat met als doel het tekort aan O 2 in de onderliggende weefsels
tegen te gaan.
Sprouting treedt op
Als antwoord op hypoxie secreteren cellen VEGF
De endotheelcellen die blootgesteld wordt aan de hoogste concentratie
VEGF-concentratie wordt de ‘tip’cel
o De tip-cel zal zelf minimaal prolifereren en geen lumen vormen.
De tipcel leidt de ‘sprout’ & migreert in omliggend weefsel door vorming
van filopodia
De ‘sprout’ wordt langer door proliferatie van endotheliale ‘stalk’cellen
Een nieuwe bloedvattak maakt verbinding met andere ‘sprout’ door
tipcelfusie
Vorming van vasculair lumen waarbij er bloeddoorstroming en een betere
oxigenatie is
o Dit leidt tot een daling van de VEGF-concentratie
Er treedt maturatie en stabilisatie op van het bloedvat aan de hand van
pericyten tot de vorming van een ECM
De vasculatuur wordt later in rust omgeven door de ‘falanx’cel en vormt
daarmee een stabiele structuur
2
,2.2. Karakteristieken van de tipcel, stalkcel en falanxcel
2.3. De ‘tip’cel
2.3.1.Karakteristieken
Gelokaliseerd aan voorzijde van de bloedvatvertakking
Gepolariseerd
Verschillende filopodia migreren in de richting van een angiogene
stimulus
Vormen geen lumen
Prolifereren minimaal
Expressie van VEGFR-2, VEGFR-3, PDGF, DII4
2.3.2.Selectie van de ‘tip’cel
Hypoxische cellen secreteren VEGF waardoor er een VEGF-gradiënt zal ontstaan.
VEGF gaat binden met VEGFR-2 en zal vervolgens een hele signaalcascade op
gang zetten. Endotheelcellen die blootgesteld worden aan de hoogste VEGF-
concentratie beginnen te migreren. Er is maar een endotheliale cel die de leiding
neemt om een tip-cel te worden, waardoor zijn naburige endotheliale cellen
verhinderd worden om een tip-cel te worden: deze differentiëren naar stalk-
cellen.
2.3.3.Selectie van de ‘tip’cel: laterale inhibitie door DII4/Notchsignalisatie
In de tip-cel vindt er activatie plaats van VEGFR-2 wat zal leiden
tot een verhoogde expressie van VEGFR-3 en DII4. In de naburige
endotheliale cellen zullen we zien dat DII4 Notch activeert,
waardoor er een NICD (Notch intracellulair domein fungeert als
transcriptiefactor) wordt gevormd. Op zijn beurt zorgt dit voor een
daling in de expressie van VEGFR-2 en -3 en een toename van
VEGFR-1 in deze naburige endotheliale cel. Door de dalende
expressie van VEGFR-2 zal de expressie van DII4 ook afnemen en
zal er dus een afgenomen VEGF- geïnduceerde migratoire
response optreden in deze endotheliale cel.
3
, 2.3.4.Invasie van de ‘tip’cel
Sprouting angiogenese is een invasief proces dat de proteolytische afbraak van
het ECM vereist. Hiervoor brengt de tip-cel MMP’s tot expressie. MT1-MMP’s zijn
onmisbaar voor de tip-cel om een invasief kanaal te vormen. De expressie van dit
molecuul verminderd in de stalk-cellen tijdens bloedvatstabilisatie en -maturatie.
2.4. De ‘stalk’cel
2.4.1.Karakteristieken
Vormt ‘steel’ van het nieuwe bloedvat
Verbinding maken met bestaande circulatie
Geen filopodia
Vorming van een lumen
Proliferatie verlengen van de ‘sprout’
Notch-signalisatie in de ‘stalk’cel
Notch-signalisatie in de ‘stalk’cel vermindert de migratoire respons op VEGF,
verhindert de vorming van filopodia en inhibeert het ontstaan van nieuwe
bloedvaten doordat er een vermindering is in de VEGFR-2.
2.4.2.Rol van VEGFR-1 (Flt 1) in de ‘stalk’cellen
Expressie van VEGFR-1 en sFLT1 stijgt in de ‘stalk’cellen via de
Notch-signalisatie. De VEGFR-1 receptor op de stalk-cel zal
worden gekliefd aan de hand van γ -secretase waardoor een
intracellulair domein deel van VEGFR-1 zal loslaten en daarmee
de activatie van de VEGFR-2 receptor onderdrukt. Het
extracellulaire (losgekomen) deel van de VEGF1 receptor
fungeert als een val om VEGF op te vangen en te voorkomen dat
VEGF aan de stalk-cel bind via de VEGFR-2 receptor, waardoor
de VEGF response gelimiteerd blijft tot de tip- cel.
2.4.3.‘Stalk’cellen en de vorming van een lumen
In vitro treedt er lumenogenese op dat afhankelijk is van de vorming en
samenvoegen van intracellulaire pinocytische vacuolen. Bij verder onderzoek in
embryo’s van zebravissen zag men dat intra- en intercellulaire fusie van vacuolen
leidt tot lumen. MAAR recent zag men dat bloedtvaten in de zebravis wordt
gevormd door opstelling van endotheelcellen rond een intracellulair lumen.
2.5. De ‘falanx’cel
2.5.1.Karakteristieken
Weinig filopodia
Minimale migratie in respons op VEGF
Promotrn vorming van een basaalmembraan en creëren sterke juncties
Lage autocriene VEGF-niveaus laten ‘falanx’cel overleven en onderhouden
het bloedvat
2.6. Maturatie van het gevormde bloedvat
Overgang naar functioneel netwerk in rust
Onderdrukking van de endotheliale proliferatie
4
