Die Bedeutung der Bone Morphogenetic Proteins "(BMPs) und ihres Antagonisten Gremlin für die Atherogenese"
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Infiltration der arteriellen Gefäßwand mit Monozyten und ihre Differenzierung zu Makrophagen und Schaumzellen sind wichtige Schritte bei der Pathogenese der Atherosklerose und der Entstehung instabiler Plaques, die ihrerseits Ursache des akuten Koronarsyndroms sind. Grem1 spielt traditionell eine wichtige Rolle bei der Embryo- und Organogenese, konnte in den letzten Jahren aber zunehmend auch mit fibrosierenden Erkrankungen vor allem der Lunge und der Niere (bei Diabetikern) in Verbindung gebracht werden. Außerdem ist Grem1 ein Antagonist der Bone Morphogenetic Proteins (BMPs), insbesondere von BMP2, 4 und 7, die unter anderem die Proliferation glatter Muskelzellen und die Verkalkung atherosklerotischer Plaques beeinflussen. Im vorliegenden Projekt sollte deshalb die Rolle von Grem1 für die Atherosklerose untersucht und charakterisiert werden. Wir stellten fest, dass Grem1 von Monozyten und Makrophagen vor allem in atherosklerotischen Plaques exprimiert wird. Die Anwesenheit höherer Konzentrationen von Grem1 reduziert dabei die Anzahl und Größe der Schaumzellen, zum Teil durch eine reduzierte Konzentration von MIF, zum Teil durch die Bindung von MIF, wodurch die pro-atherosklerotische Wirkung von MIF reduziert wird, zum Teil auch durch eine Förderung der Apoptose der Makrophagen und Schaumzellen. Die in vitro gemessenen Effekte von Grem1 wurden im Tiermodell der ApoE-/- Maus in vivo überprüft. Da das native Grem1 ein Protein ist, das innerhalb weniger Sekunden abgebaut wird, entwarfen wir ein synthetisches Fusionsprotein aus der kodierenden Sequenz von murinem Grem1 und humanem IgG2-Fc-Fragment, um sowohl die Aufreinigung und den Nachweis des Proteins im Mausgewebe als auch die Stabilität und Bioverfügbarkeit in der behandelten Maus zu verbessern. Die Herstellung erfolgte in CHO-Zellen. Die Behandlung von ApoE-/- Mäusen, die mit einer cholesterin-reichen Diät gefüttert wurden, mit mGrem1-Fc zeigte eine signifikante Reduktion der Plaquegröße im Aortenbogen und der Aorta thoracica. Innerhalb der Plaques waren histologisch weniger Schaumzellen nachweisbar, die Expression von TNF-alpha, dessen Sekretion durch MIF stimuliert wird, war in den Plaques reduziert. Diese Daten zeigten, dass Grem1 ein bisher nicht bekannter endogener Antagonist von MIF ist, der die pro-atherosklerotischen Effekte von MIF günstig beeinflusst. Um die Frage zu klären, inwieweit Grem1 auch bei Patienten mit koronarer Herzerkrankung eine Rolle spielt, führten wir eine klinische Studie durch, in der wir die Plasma-Spiegel von Grem1 und MIF bei Patienten mit stabiler koronarer Herzerkrankung und mit akutem Koronarsyndrom untersuchten. Außerdem führten wir eine Studie durch, wo wir die Plasma-Spiegel von Grem1 und MIF bei Typ 2-Diabetikern im Vergleich zu Nicht-Diabetikern analysierten. Zwanzig gesunde Probanden dienten als Kontrollen. In beiden Studien-Kollektiven untersuchten wir, ob die gemessenen Plasma-Spiegel und die im Thrombozyten gespeicherten Mengen an Grem1 und MIF in Zusammenhang gesetzt werden können mit dem Auftreten eines akuten Koronarsyndroms, mit dem Auftreten einer akuten Plaqueruptur, mit der inflammatorischen Antwort der Patienten oder mit der Thrombozytenfunktion. Dabei zeigte es sich, dass Patienten mit koronarer Herzerkrankung signifikant, nämlich um ein mehrfaches höhere Plasma-Spiegel von MIF und Grem1 aufweisen als gesunde Probanden. Das Verhältnis von Grem1 zu MIF korreliert signifikant mit dem Auftreten akuter Koronarsyndrome und mit einer angiographisch nachweisbaren akuten Plaqueruptur. Diabetiker mit einer zu Gunsten von Grem1 verschobenen Grem1/MIF-Ratio haben eine günstigere Prognose bezüglich des Auftretens akuter Koronarsyndrome und akuter Plaquerupturen. Grem1 ist damit ein wichtiger Regulator bei der Entstehung der Atherosklerose und könnte zukünftig als ein neues Therapeutikum zur Behandlung der Atherosklerose eingesetzt werden, insbesondere bei Patienten mit hohem Risiko für ein akutes Koronarsyndrom, wo durch das Erzielen einer vermehrten Stabilität der koronaren Plaques einem akuten Koronarsyndrom vorgebeugt werden könnte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Macrophage migration inhibitory factor is enhanced in patients with symptomatic coronary artery disease and is associated with the inflammatory response. PLoS One. 2012; 7(6): e38376
Iris I. Müller, Karin A. L. Müller, Heiko Schönleber, Athanasios Karathanos, Martina Schneider, Rezo Jorbenadze, Boris Bigalke, Meinrad Gawaz, Tobias Geisler
- The BMP-antagonist Grem1 binds “macrophage migration inhibitory factor” (MIF) with high affinity in vitro and blocks MIF-induced TNFα-secretion of human macrophages. Abstract 316, 79. Jahrestagung der DGK, Mannheim 2013; Clinical Research in Cardiology, April 2012, Vol. 101, Suppl. 1
Iris Irmgard Müller, Michael Lang, Martina Schneider, Florian Appenzeller, Marius Stang, Heinko Schönleber, Julia Pohl, Susanne Etzel, Peter Seizer, Thomas Simmet, Meinrad Gawaz
