Primary cilia on endothelial cells : component of the shear stress sensor localized to athero-prone flow areas
Heiden, K. van der
Citation
Heiden, K. van der. (2008, September 11). Primary cilia on endothelial cells : component of the shear stress sensor localized to athero-prone flow areas. Retrieved from
https://hdl.handle.net/1887/13093
Version: Corrected Publisher’s Version
License: Licence agreement concerning inclusion of doctoral thesis in the Institutional Repository of the University of Leiden
Downloaded from: https://hdl.handle.net/1887/13093
Samenvatting
149 Samenvatting
In verscheidene studies naar de invloed van de hemodynamica op het cardiovasculaire systeem is aangetoond dat abnormale veranderingen in de bloedstroom en de bijbehorende shear stress gerelateerd zijn aan het tot stand komen van congenitale cardiovasculaire afwijkingen. Shear stress is de wrijvingskracht op de vaatwand die wordt veroorzaakt door de bloedstroom. In dit proefschrift wordt het mechanisme achter het waarnemen van deze kracht door endotheelcellen onderzocht met de nadruk op de aanwezigheid en de rol van primaire cilia op endotheelcellen.
Hoofdstuk 1 geeft informatie over shear stress, de rol van shear stress in de normale ontwikkeling van het cardiovasculaire systeem en in de ontwikkeling van pathologieën.
Daarnaast wordt de structuur en functie van cilia besproken. Ook worden componenten, betrokken bij de endotheliale mechanotransductie en de mogelijke route van het waarnemen van shear stress tot aan genexpressie beschreven.
Hoofdstuk 2 toont het distributie patroon van geciliëerde endotheelcellen in de normale ontwikkeling van het embryonale kippenhart (HH24, 28, 30). Een shear stress-gerelateerd voorkomen van uitsteeksels op endotheelcellen wordt getoond. Eén van deze uitsteeksels wordt geïdentificeerd als een primair cilium. Het distributie patroon van primaire cilia is negatief gecorreleerd aan het expressie patroon van Krüppel-like factor-2 (KLF2) een marker voor hoge shear stress. Aangezien de expressie van KLF2 positief gereguleerd wordt door een constante of pulsatiele shear stress en negatief gereguleerd wordt door een lage of oscillerende shear stress, kan geconcludeerd worden dat ciliëring beperkt is tot gebieden van lage en oscillerende shear stress.
In Hoofdstuk 3 wordt het directe effect van het veranderen van de intracardiale bloedstroom d.m.v. veneuze clip op de shear stress in het uitstroom gebied van het hart en op het distributie patroon van geciliëerde endotheelcellen in het embryonale kippenhart getoond. Veneuze clip lijkt een toename in het niveau van shear stress te induceren in het uitstroom gebied, zoals bepaald d.m.v. micro particle image velocimetry (een techniek waarbij microdeeltjes in beeld gebracht kunnen worden waarvan de snelheid gemeten wordt). Het distributie patroon van endotheliale primaire cilia in een normaal en geclipt HH17 kippenembryo wordt weergegeven. De schijnbare toename in het niveau van shear stress heeft geen effect op de endotheliale ciliëring.
Hoofdstuk 4 legt de nadruk op het effect van shear stress op de endotheelcellen van het cardiovasculaire systeem en op de rol van shear stress in het krommen van het embryonale kippenhart. Tijdens de vroege ontwikkeling remodelleert het hart van een rechte buis in een c-vormige buis. De scherpe bocht, kleine diameter en karakteristieken van embryonaal bloed dirigeren de hoogste shear stress naar de binnenbocht van het gekromde hart. Dit is erg belangrijk in de hart morfogenese aangezien experimenteel-geïnduceerde veranderingen in shear stress vooral een effect hebben op de remodellering van de binnenbocht.
Aangezien de endotheliale ciliëring in het embryonale kippenhart beperkt is tot gebieden van lage en oscillerende shear stress wordt in Hoofdstuk 5 de correlatie tussen het voorkomen van primaire cilia en verschillende bloedstroom profielen onderzocht.
Daarnaast wordt de structuur van endotheliale primaire cilia, zoals bepaald met elektronen
microscopie, getoond. Gekweekte endotheelcellen werden blootgesteld aan een constante, pulsatiele, of oscillerende vloeistofstroom in een bioreactor en vervolgens werd de ciliëring geanalyseerd. Endotheliale ciliëring is afhankelijk van het patroon van shear stress en niet van het shear stress niveau en wat betreft het patroon wordt de ciliëring van endotheelcellen alleen geïnduceerd door oscillerende shear stress. Bovendien zijn endotheliale cilia inderdaad primaire cilia aangezien zij een 9+0 configuratie van microtubuli bevatten.
In Hoofdstuk 6 wordt de rol van primaire cilia in het registreren van shear stress onderzocht. Natuurlijk voorkomende geciliëerde en niet-geciliëerde endotheelcellen en cellen waarvan het cilium chemisch verwijderd is werden blootgesteld aan shear stress en vervolgens werd de expressie van KLF2 geanalyseerd. Daarnaast, omdat cilia gekoppeld zijn aan het cytoskelet, is de rol van de componenten van het cytoskelet in het waarnemen van shear stress geanalyseerd door gekweekte endotheelcellen bloot te stellen aan shear stress nadat hun cytoskelet componenten chemisch afgebroken waren. Getoond wordt dat de endotheliale shear respons afhankelijk is van een intact microtubulair cytoskelet en dat de shear-geïnduceerde expressie van KLF2 significant hoger is in geciliëerde cellen dan in niet-geciliëerde cellen.
Hoofdstuk 7 is een reactie op een artikel van Nauli en collegae in Circulation. Zij beschrijven de aanwezigheid van polycystine-1 in endotheliale primaire cilia en tonen aan dat de shear-geïnduceerde Ca2+ stroom afhankelijk is van primaire cilia die polycystine-1 bevatten. In combinatie met de data uit dit proefschrift is een dubbele rol voor endotheliale primaire cilia in het waarnemen van shear stress evident. (I) Een directe respons, zoals bepaald door een Ca2+ stroom, wordt gegenereerd door polycystines die in het ciliaire membraan zijn gelokaliseerd. (II) Een conformatie verandering van het cytoskelet, welke versterkt wordt door het primaire cilium, medieert een langdurige respons van genexpressie.
De shear-gerelateerde distributie van geciliëerde endotheelcellen in het embryonale kippenhart doet denken aan de distributie van atherosclerotische laesies, aangezien laesies uitsluitend voorkomen in gebieden van lage en oscillerende shear stress. Daarom hebben we in Hoofdstuk 8 onderzocht of er een connectie bestaat tussen het voorkomen van endotheliale primaire cilia en atherogenese. De distributie van endotheliale primaire cilia in de aortaboog en de halsslagader van wildtype en apolipoprotein-E-deficiente (Apoe-/-) volwassen muizen wordt weergegeven. Daarnaast wordt het effect van experimenteel- geïnduceerde veranderingen in shear stress op de ciliaire distributie geanalyseerd door plaatsing van een cilinder met taps toelopende binnenzijde om de halsslagader. Getoond wordt dat geciliëerde endotheelcellen gelokaliseerd zijn in gebieden gevoelig voor atherosclerose in wildtype muizen en aan de op- en afstroomse kanten van atherosclerotische laesies in Apoe-/- muizen. Laatstgenoemden hebben significant meer primaire cilia in de aortaboog dan wildtype muizen. Bovendien leiden experimenteel- geïnduceerde verstoringen van de vloeistofstroom tot een inductie van cilia.
Omdat is aangetoond dat geciliëerde cellen het shear stress-geïnduceerde Ca2+ signaal doorgeven naar naburige cellen via intercellulaire communicatie door membraankanalen (gap junctions), wordt in Hoofdstuk 9 het effect van een reductie in de structurele eiwitten van gap junctions (connexines) op ciliëring onderzocht. Het effect van een vermindering van connexine (Cx) levels op de ciliëring van een muizen endotheel cellijn (clone bEnd.3)
Samenvatting
151 en het effect van Cx37 deficiëntie op endotheliale ciliëring in de aortaboog van Apoe-/- muizen werden geanalyseerd. Het voorkomen van endotheliale primaire cilia in de Cx- gereduceerde groep is gelijk aan de controle groep.
Hoofdstuk 10 geeft een algemene discussie over de data gepresenteerd in hoofdstuk 2-9.
Het voorkomen en de karakteristieken van primaire cilia op endotheelcellen worden beschreven. Ook worden bevestigde en potentiële functies van endotheliale primaire cilia en hun rol in gezondheid, ziekte en in de ontwikkeling van het cardiovasculaire systeem besproken.
