1.3.2. Angiogeneza kiełkująca
Podstawowe etapy angiogenezy kiełkującej obejmują enzymatyczną degradację błony podstawnej kapilary, proliferację komórek śródbłonka (EC), ukierunkowaną migrację EC, tubulogenezę (tworzenie rurek EC), fuzję naczyń, przycinanie naczyń i stabilizację perycytów. Angiogeneza zarodkowa jest inicjowana w słabo perfundowanych tkankach, gdy mechanizmy wyczuwające tlen wykrywają poziom niedotlenienia, który wymaga tworzenia nowych naczyń krwionośnych w celu zaspokojenia potrzeb metabolicznych komórek miąższowych (rysunek 1.4). Większość typów komórek miąższowych (miocyty, hepatocyty, neurony, astrocyty, itd.) odpowiada na środowisko hipoksji poprzez wydzielanie kluczowego proangiogennego czynnika wzrostu zwanego czynnikiem wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF-A). Nie wydaje się, aby istniały nadmiarowe mechanizmy czynnika wzrostu, które mogą zastąpić rolę VEGF-A w angiogenezie indukowanej hipoksją.
RYSUNEK 1.4
VEGF-A skierował wzrost kapilar do słabo perfundowanych tkanek. (A) Komórki śródbłonka poddane działaniu najwyższego stężenia VEGF-A stają się komórkami szczytowymi (zielony). Tkanka hipoksyczna jest zaznaczona okrągłym niebieskim zanikiem. (B) Komórki szczytowe prowadzą rozwijający się kiełek (więcej…)
Komórka szczytowa śródbłonka prowadzi rozwijający się kiełek kapilarny przez ECM w kierunku bodźca angiogennego, takiego jak VEGF-A . Długie, cienkie wyrostki komórkowe na komórkach szczytowych zwane filopodia wydzielają duże ilości enzymów proteolitycznych, które trawią ścieżkę przez ECM dla rozwijającego się kiełka. Filopodia komórek wierzchołkowych są silnie wyposażone w receptory VEGF-A (VEGFR2), co pozwala im „wyczuwać” różnice w stężeniu VEGF-A i sprawia, że ustawiają się zgodnie z gradientem VEGF-A (Rysunek 1.5). Kiedy wystarczająca liczba filopodiów na danej komórce szczytowej zakotwiczy się na podłożu, skurcz włókien aktyny w obrębie filopodiów dosłownie ciągnie komórkę szczytową w kierunku bodźca VEGF-A. Tymczasem komórki szypułkowe śródbłonka proliferują, podążając za komórką szczytową, co powoduje wydłużanie się kiełka kapilarnego. Wakuole rozwijają się i koalescencji, tworząc światło w serii komórek łodygi. Te komórki szypułkowe stają się pniem nowo powstałej kapilary. Kiedy komórki szczytowe dwóch lub więcej kiełków kapilarnych zbiegają się przy źródle wydzielania VEGF-A, komórki szczytowe łączą się ze sobą, tworząc ciągłe światło, przez które może przepływać natleniona krew. Kiedy miejscowe tkanki otrzymują odpowiednią ilość tlenu, poziom VEGF-A wraca do wartości zbliżonych do normalnych. Dojrzewanie i stabilizacja kapilary wymaga rekrutacji pericytów i odkładania ECM wraz z naprężeniem ścinającym i innymi sygnałami mechanicznymi .
RYSUNEK 1.5
Mikroanatomia kiełka kapilarnego i selekcja komórek szczytowych. (A) Pokazano gradient śródmiąższowy dla VEGF-A i gradient komórek śródbłonka dla VEGFR2. Uważa się, że migracja komórek wierzchołka zależy od gradientu VEGF-A, a proliferacja komórek łodygi jest (więcej…)
Sygnalizacja delta-Notch jest kluczowym składnikiem formowania kiełków (Rysunek 1.5). Jest to system sygnalizacji komórka-komórka, w którym ligand, Delta-like-4 (Dll4) łączy się ze swoim receptorem notch na sąsiednich komórkach. Zarówno receptor, jak i ligand są związane z komórką i dlatego działają tylko poprzez kontakt komórka-komórka. VEGF-A indukuje produkcję Dll4 przez komórki wierzchołka, co prowadzi do aktywacji receptorów Notch w komórkach szypułkowych. Aktywacja receptorów Notch hamuje produkcję VEGFR2 w komórkach szypułkowych, co hamuje zachowanie migracyjne w porównaniu z komórkami szczytowymi. Dlatego też komórki śródbłonka narażone na najwyższe stężenie VEGF-A najprawdopodobniej staną się komórkami końcowymi. Chociaż komórki wierzchołka są narażone na najwyższe stężenie VEGF-A, ich tempo proliferacji jest znacznie mniejsze w porównaniu z komórkami łodygi.
Nie wszystkie aspekty szlaku sygnalizacyjnego Delta-Notch są w pełni zrozumiałe, ale jest jasne, że produkcja normalnego unaczynienia jest silnie uzależniona od stężenia VEGF-A w tkankach. Redukcja ekspresji VEGF-A o 50% jest śmiertelna embrionalnie z powodu defektów naczyniowych, a nadmiar VEGF-A w guzach indukuje nadprodukcję komórek wierzchołkowych, co prowadzi do dezorganizacji unaczynienia. Ta krytyczna zależność od fizjologicznych stężeń VEGF-A do budowy zdolnych do życia naczyń krwionośnych może pomóc wyjaśnić, dlaczego próby indukowania angiogenezy w słabo perfundowanych tkankach za pomocą podawania VEGF-A i terapii genowej nie zakończyły się dużym sukcesem.