1.3.2. Angiogenesi germogliante
Le fasi fondamentali dell’angiogenesi germogliante includono la degradazione enzimatica della membrana capillare di base, la proliferazione delle cellule endoteliali (CE), la migrazione diretta delle CE, la tubulogenesi (formazione di tubi CE), la fusione dei vasi, la potatura dei vasi e la stabilizzazione dei periciti. L’angiogenesi germogliante viene avviata in tessuti scarsamente perfusi quando i meccanismi di rilevamento dell’ossigeno rilevano un livello di ipossia che richiede la formazione di nuovi vasi sanguigni per soddisfare le esigenze metaboliche delle cellule parenchimali (Figura 1.4). La maggior parte dei tipi di cellule parenchimali (miociti, epatociti, neuroni, astrociti, ecc.) risponde a un ambiente ipossico secernendo un fattore di crescita proangiogenico chiave chiamato fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF-A). Non sembrano esserci meccanismi di fattori di crescita ridondanti che possano sostituire il ruolo del VEGF-A nell’angiogenesi indotta dall’ipossia.
FIGURA 1.4
VEGF-A ha diretto la crescita capillare in tessuti scarsamente perfusi. (A) Le cellule endoteliali esposte alla più alta concentrazione di VEGF-A diventano cellule di punta (verde). Il tessuto ipossico è indicato dalla dissolvenza blu circolare. (B) Le cellule di punta guidano il germoglio in via di sviluppo (più…)
Una cellula di punta endoteliale guida il germoglio capillare in via di sviluppo attraverso l’ECM verso uno stimolo angiogenico come il VEGF-A . Lunghi e sottili processi cellulari sulle cellule di punta chiamati filopodi secernono grandi quantità di enzimi proteolitici, che digeriscono un percorso attraverso l’ECM per il germoglio in via di sviluppo. I filopodi delle cellule di punta sono fortemente dotati di recettori VEGF-A (VEGFR2), permettendo loro di “sentire” le differenze nelle concentrazioni di VEGF-A e facendoli allineare con il gradiente VEGF-A (Figura 1.5). Quando un numero sufficiente di filopodi su una data cellula di punta si è ancorato al substrato, la contrazione dei filamenti di actina all’interno dei filopodi tira letteralmente la cellula di punta verso lo stimolo del VEGF-A. Nel frattempo, le cellule endoteliali del peduncolo proliferano mentre seguono una cellula di punta causando l’allungamento del germoglio capillare. I vacuoli si sviluppano e si fondono, formando un lume all’interno di una serie di cellule del peduncolo. Queste cellule del peduncolo diventano il tronco del capillare appena formato. Quando le cellule di punta di due o più capillari convergono alla fonte della secrezione di VEGF-A, le cellule di punta si fondono insieme creando un lume continuo attraverso il quale il sangue ossigenato può fluire. Quando i tessuti locali ricevono un’adeguata quantità di ossigeno, i livelli di VEGF-A ritornano quasi alla normalità. La maturazione e la stabilizzazione del capillare richiedono il reclutamento di periciti e la deposizione di ECM insieme allo shear stress e ad altri segnali meccanici.
FIGURA 1.5
Microanatomia di un germoglio capillare e selezione delle cellule di punta. (A) Sono mostrati un gradiente interstiziale per VEGF-A e un gradiente di cellule endoteliali per VEGFR2. Si pensa che la migrazione delle cellule di punta dipenda dal gradiente VEGF-A e che la proliferazione delle cellule del peduncolo sia (più…)
La segnalazione Delta-Notch è una componente chiave della formazione del germoglio (Figura 1.5). Si tratta di un sistema di segnalazione cellula-cellula in cui il ligando, Delta-like-4 (Dll4) si accoppia con il suo recettore notch sulle cellule vicine. Sia il recettore che il ligando sono legati alle cellule e quindi agiscono solo attraverso il contatto cellula-cellula. Il VEGF-A induce la produzione di Dll4 da parte delle cellule di punta, che porta all’attivazione dei recettori notch nelle cellule del peduncolo. L’attivazione dei recettori Notch sopprime la produzione di VEGFR2 nelle cellule del gambo, che smorza il comportamento migratorio rispetto a quello delle cellule della punta. Quindi, le cellule endoteliali esposte alla più alta concentrazione di VEGF-A hanno maggiori probabilità di diventare cellule di punta. Anche se le cellule di punta sono esposte alla più alta concentrazione di VEGF-A, il loro tasso di proliferazione è molto inferiore rispetto a quello delle cellule di gambo.
Non tutti gli aspetti della via di segnalazione Delta-Notch sono completamente compresi, ma è chiaro che la produzione di una vascolarizzazione normale dipende fortemente dalla concentrazione di VEGF-A nei tessuti. Una riduzione del 50% dell’espressione di VEGF-A è letale embrionalmente a causa di difetti vascolari, e l’eccesso di VEGF-A nei tumori induce una sovrapproduzione di cellule di punta che porta ad una vascolarizzazione disorganizzata. Questa dipendenza critica da concentrazioni fisiologiche di VEGF-A per la costruzione di vasi sanguigni vitali potrebbe aiutare a spiegare perché i tentativi di indurre l’angiogenesi in tessuti scarsamente perfusi con la somministrazione di VEGF-A e la terapia genica non hanno avuto molto successo.