1.3.2. Sprouting angiogenesis
De basisstappen van spruitende angiogenese omvatten enzymatische degradatie van capillaire keldermembraan, endotheelcel (EC) proliferatie, gerichte migratie van ECs, tubulogenese (EC buisvorming), vaatfusie, vaatsnoei, en pericyte stabilisatie. Spruitende angiogenese komt op gang in slecht doorbloed weefsel wanneer zuurstofgevoelige mechanismen een zodanige mate van hypoxie detecteren dat nieuwe bloedvaten moeten worden gevormd om aan de metabolische behoeften van de parenchymcellen te voldoen (figuur 1.4). De meeste soorten parenchymcellen (myocyten, hepatocyten, neuronen, astrocyten, enz.) reageren op een hypoxische omgeving door een belangrijke proangiogene groeifactor, vasculaire endotheliale groeifactor (VEGF-A), uit te scheiden. Er lijken geen redundante groeifactormechanismen te bestaan die de rol van VEGF-A in door hypoxie geïnduceerde angiogenese kunnen vervangen.
FIGUUR 1.4
VEGF-A geleide capillairgroei in slecht doorbloed weefsel. (A) Endotheelcellen blootgesteld aan de hoogste VEGF-A concentratie worden tipcellen (groen). Hypoxisch weefsel wordt aangegeven door de cirkelvormige blauwe vervagen. (B) De tip cellen leiden de zich ontwikkelende spruit (meer…)
Een endotheliale tip cel leidt de zich ontwikkelende capillaire spruit door de ECM in de richting van een angiogene stimulus zoals VEGF-A . Lange, dunne cellulaire processen op tip cellen genaamd filopodia scheiden grote hoeveelheden proteolytische enzymen, die een pad door de ECM voor de zich ontwikkelende spruit verteren . De filopodia van de topcellen zijn sterk begiftigd met VEGF-A-receptoren (VEGFR2), waardoor ze verschillen in VEGF-A-concentraties kunnen “aanvoelen” en waardoor ze zich op de VEGF-A-gradiënt afstemmen (figuur 1.5). Wanneer een voldoende aantal filopodiën op een bepaalde tipcel zich aan het substraat heeft verankerd, wordt de tipcel door samentrekking van actinefilamenten binnen de filopodiën letterlijk meegesleurd in de richting van de VEGF-A-stimulus. Ondertussen prolifereren de endotheliale steelcellen terwijl zij de tipcel volgen, waardoor de capillaire uitloper zich uitstrekt. Vacuolen ontwikkelen zich en smelten samen, waardoor een lumen wordt gevormd binnen een reeks van stengelcellen. Deze steelcellen vormen de stam van het nieuw gevormde capillair. Wanneer de uiteindecellen van twee of meer haarvatuitlopers samenkomen bij de bron van VEGF-A secretie, smelten de uiteindecellen samen waardoor een ononderbroken lumen ontstaat waardoor zuurstofrijk bloed kan stromen. Wanneer de plaatselijke weefsels voldoende zuurstof krijgen, keert het VEGF-A-niveau terug tot bijna normaal. Rijping en stabilisatie van het capillair vereist rekrutering van pericyten en afzetting van ECM samen met schuifspanning en andere mechanische signalen.
FIGUUR 1.5
Micro-anatomie van een capillaire uitloper en selectie van de tipcellen. (A) Een interstitiële gradiënt voor VEGF-A en een endotheliale cel gradiënt voor VEGFR2 worden getoond. Er wordt verondersteld dat de migratie van de tipcellen afhangt van de VEGF-A gradiënt en dat de proliferatie van de steelcellen (meer…)
Delta-Notch signalisatie is een sleutelcomponent van de spruitvorming (Figuur 1.5). Het is een cel-celsignaleringssysteem waarbij het ligand, Delta-like-4 (Dll4), paart met zijn notch-receptor op naburige cellen. Zowel de receptor als het ligand is celgebonden en werkt dus alleen via cel-celcontact. VEGF-A induceert Dll4-productie door tipcellen, wat leidt tot activering van notch-receptoren in steelcellen. Activering van de notch-receptor onderdrukt de productie van VEGFR2 in steelcellen, waardoor het migratiegedrag wordt gedempt in vergelijking met dat van tipcellen. Vandaar dat endotheelcellen die blootgesteld worden aan de hoogste VEGF-A concentratie de meeste kans hebben om tipcellen te worden. Hoewel tipcellen worden blootgesteld aan de hoogste VEGF-A concentratie, is hun snelheid van proliferatie veel lager in vergelijking met die van steelcellen.
Nog niet alle aspecten van de Delta-Notch signaleringsroute worden volledig begrepen, maar het is duidelijk dat de productie van een normale vasculatuur sterk afhankelijk is van de concentratie van VEGF-A in de weefsels. Een 50% vermindering van VEGF-A expressie is embryonaal dodelijk vanwege vaatdefecten , en een overmaat aan VEGF-A in tumoren induceert overproductie van tipcellen wat leidt tot een ongeorganiseerde vasculatuur . Deze kritische afhankelijkheid van fysiologische concentraties van VEGF-A voor de bouw van levensvatbare bloedvaten kan helpen verklaren waarom pogingen om angiogenese te induceren in slecht doorbloed weefsel met VEGF-A toediening en gentherapie niet erg succesvol zijn geweest.