1.3.2. Versoava angiogeneesi
Versoavan angiogeneesin perusvaiheisiin kuuluvat kapillaarisen tyvikalvon entsymaattinen hajoaminen, endoteelisolujen (EC) proliferaatio, EC:iden suunnattu migraatio, tubulogeneesi (EC:n putkenmuodostus), verisuonten fuusio, verisuonten karsiminen ja pericyyttien stabiloituminen. Sprouting-angiogeneesi käynnistyy huonosti perfusoituneissa kudoksissa, kun hapen aistimismekanismit havaitsevat hypoksian tason, joka edellyttää uusien verisuonten muodostumista parenkyymisolujen aineenvaihduntatarpeiden tyydyttämiseksi (kuva 1.4). Useimmat parenkyymisolutyypit (myosyytit, hepatosyytit, neuronit, astrosyytit jne.) reagoivat hypoksiseen ympäristöön erittämällä keskeistä proangiogeenista kasvutekijää, jota kutsutaan verisuonten endoteelin kasvutekijäksi (VEGF-A). Ei näytä olevan olemassa redundantteja kasvutekijämekanismeja, jotka voisivat korvata VEGF-A:n roolin hypoksian aiheuttamassa angiogeneesissä.
KUVA 1.4
VEGF-A ohjasi kapillaarien kasvua huonosti perfusoituihin kudoksiin. (A) Korkeimmalle VEGF-A-pitoisuudelle altistetut endoteelisolut muuttuvat kärkisoluiksi (vihreä). Hypoksinen kudos on merkitty pyöreällä sinisellä häivytyksellä. (B) Kärkisolut johtavat kehittyvää versoa (lisää…)
Endoteelin kärkisolu ohjaa kehittyvää kapillaarista versoa ECM:n läpi kohti angiogeenista ärsykettä, kuten VEGF-A:ta . Kärkisolujen pitkät, ohuet soluprosessit, joita kutsutaan filopodioiksi, erittävät suuria määriä proteolyyttisiä entsyymejä, jotka sulattavat kehittyvälle itiölle reitin ECM:n läpi . Kärkisolujen filopodioissa on runsaasti VEGF-A-reseptoreita (VEGFR2), joiden avulla ne pystyvät ”aistimaan” VEGF-A:n pitoisuuseroja ja suuntautumaan VEGF-A-gradientin mukaisesti (kuva 1.5). Kun riittävä määrä tietyn kärkisolun filopodioita on ankkuroitunut alustaan, filopodioissa olevien aktiinifilamenttien supistuminen kirjaimellisesti vetää kärkisolua kohti VEGF-A-ärsykettä. Samaan aikaan endoteelin varren solut lisääntyvät, kun ne seuraavat kärkisolun perässä, mikä saa kapillaarin verson pidentymään. Tyhjiöt kehittyvät ja sulautuvat yhteen muodostaen luumenin kantasolujen joukkoon. Näistä kantasoluista tulee vasta muodostuneen kapillaarin runko. Kun kahden tai useamman kapillaarin verson kärkisolut kohtaavat VEGF-A:n erityksen lähteen kohdalla, kärkisolut sulautuvat toisiinsa muodostaen jatkuvan luumenin, jonka läpi hapekäs veri voi virrata. Kun paikalliset kudokset saavat riittävästi happea, VEGF-A-tasot palautuvat lähelle normaalia tasoa. Kapillaarin kypsyminen ja vakiintuminen edellyttää perisyyttien rekrytointia ja ECM:n laskeutumista yhdessä leikkausjännityksen ja muiden mekaanisten signaalien kanssa.
KUVA 1.5
Kapillaarin verson ja kärkisolujen valikoitumisen mikroanatomia. (A) VEGF-A:n interstitiaalinen gradientti ja VEGFR2:n endoteelisolugradientti on esitetty. Kärkisolujen migraation ajatellaan riippuvan VEGF-A-gradientista ja varren solujen proliferaation (lisää…)
Delta-Notch-signalointi on keskeinen osa verson muodostumista (kuva 1.5). Se on solu-solu-signaalijärjestelmä, jossa ligandi, Delta-like-4 (Dll4), sopii yhteen naapurisoluissa olevan notch-reseptorinsa kanssa. Sekä reseptori että ligandi ovat soluun sidottuja ja toimivat siten vain solu-solukontaktin kautta. VEGF-A indusoi kärkisolujen Dll4-tuotantoa, mikä johtaa lovireseptorien aktivoitumiseen kantasoluissa. Notch-reseptorin aktivoituminen tukahduttaa VEGFR2:n tuotantoa kantasoluissa, mikä vaimentaa migraatiokäyttäytymistä kärkisoluihin verrattuna. Näin ollen endoteelisolut, jotka altistuvat korkeimmalle VEGF-A-pitoisuudelle, muuttuvat todennäköisimmin kärkisoluiksi . Vaikka kärkisolut altistuvat korkeimmalle VEGF-A-pitoisuudelle, niiden proliferaationopeus on paljon pienempi kuin kantasolujen.
Delta-Notch-signalointireitin kaikkia näkökohtia ei tunneta täysin, mutta on selvää, että normaalin verisuoniston tuottaminen on voimakkaasti riippuvainen VEGF-A:n pitoisuudesta kudoksissa. VEGF-A:n ilmentymisen vähentyminen 50 %:lla on alkion kannalta tappavaa verisuonivirheiden vuoksi , ja liiallinen VEGF-A kasvaimissa indusoi kärkisolujen ylituotantoa, mikä johtaa epäjärjestyneeseen verisuonistoon . Tämä kriittinen riippuvuus VEGF-A:n fysiologisista pitoisuuksista elinkelpoisten verisuonten rakentamiseksi saattaa osaltaan selittää, miksi yritykset indusoida angiogeneesiä huonosti perfusoituneissa kudoksissa VEGF-A:n annostelulla ja geeniterapialla eivät ole onnistuneet kovin hyvin.