Regulation of Angiogenesis : Role of R-Ras, furin and syndecan 4 in retinal angiogenesis

Abstract

Angiogeneesi, eli verisuonten uudismuodostus on tärkeää normaalin kehityksen ja kudoksen tasapainon kannalta. Useissa sairauksissa muutoin tarkkaan säädellyt mekanismit järkkyvät, mikä voi johtaa verisuonten hallitsemattomaan kasvuun. Patologista uudisverisuonitusta esiintyy useissa näköa heikentävissä ja sokeuttavissa silmänpohjan sairauksissa sekä useissa syövissä. Tiedetään, että verisuonten endoteelikasvutekijä (VEGF) on merkittävassä roolissa edistämässä haitallista verisuonten kasvua, ja sen estäjiä käytetäänkin hoitona useissa neovaskulaarisissa sairauksissa. Nämä hoidot eivät aina kuitenkaan ole tarpeeksi tehokkaita, ja uusia tehokkaampia ja spesifisempia hoitomuotoja tarvitaan. Tämän takia angiogeneesin liittyvien tapahtumien parempi molekulaarinen tietämys on tarpeen.

Tämän väitöskirjan tavoitteena oli tutkia eri geenien vaikutusta angiogeneesiin ja läytää uusia angiogeneesin säätelyyn osallistuvia tekijöitä. Väitöskirja koostuu neljästä osatyöstä, jotka käsittelevät angiogeneesia retinan kehityksen aikana sekä osana silmäsairauksia. Osatöissä on suurelta osin käytetty kokeellisia hiirimalleja, jotka mallintavat iskeemisia retinopatioita. Lisäksi käytössä on ollut lasiaisenpoistoleikkauksen yhteydessä saatuja potilasnäytteitä proliferatiivista diabeettista retinopatiaa ja verkkokalvon verisuonitukosta sairastavailta potilailta.

Ensimmäisessä osatyössä Rras geenin roolia tutkittiin iskeemisen retinopatian angiogeneesissa, ja todettiin geenin merkittavä osallisuus verkkokalvon verisuonten läpäisevyyden säätelyssä. Meyloidisolujen furin geenin merkitystä verkkokalvon verisuonten kasvuun tutkittiin toisessa osatyössä ja havaittiin sen edistävän verisuonten kasvua.

Kolmannessa osatyössä kokeellisesta iskeemisestä verkkokalvon angiogeneesimallista tehtiin tähän mennessä laajin hiiren verkkokalvon proteomin kartoittava seulontatutkimus. Tutkimuksessa löydettiin proteiineja, jotka mahdollisesti osallistuvat verkkokalvon haitallisen uudisverisuonitukseen muodostumiseen hiirimallissa sekä ihmisen iskeemisissä retinopatioissa.

Viimeisessä osatyössä tutkittiin syndekaani-4 -geenin (Sdc4) merkitystä angiogeneesille useissa eri malleissa ja havaittiin SDC4:n merkittävä rooli VEGFA-välitteisen patologisen verisuonituksen muodostumisessa ja VE-kadheriinin toiminnassa. SDC4 terapeuttista potentiaalia testattiin kokeellisessa silmänpohjan ikärappeumamallissa, ja todettiin SDC4 toiminnan eston olevan yhtä tehokas kuin ikärappeuman hoidossa kliinisessä käytössä oleva lääke.

Tutkimuksessa saadut tulokset lisäävät tietämystä angiogeneesiin vaikuttavista tekijöistä. Ne voivat olla hyödyllisiä kehitettäessä uusia potentiaalia lääkkeitä sairauksiin, joihin liittyy haitallinen verisuonten uudismuodostus.

Angiogenesis, the formation of new blood vessels, is important for normal development and the maintenance of tissue homeostasis. However, in many diseases, the events that are normally tightly controlled become disrupted, which can lead to aberrant and extensive growth of the blood vessels. Pathological angiogenesis is a key feature in many vision-threatening eye diseases and in cancers. Vascular endothelial growth factor (VEGF) is the main driver of pathological angiogenesis and VEGF- inhibitors are commonly used as a treatment for neovascular diseases. However, the therapies are not always sufficiently effective, and resistance to them can develop. Thus, more effective and specific therapeutics are needed. For this reason, the better understanding of the molecular mechanisms behind the pathologies is important.

The main aim of this dissertation was to study the effect of different genes on the formation of new blood vessels and to identify new factors that contribute to the regulation of angiogenesis. The dissertation consists of four studies that addressed the role of angiogenesis mainly in eye diseases. These studies made use of experimental models of retinopathies as well as samples from human patients with proliferative diabetic retinopathy and retinal vein occlusion.

The first study investigated the role of R-Ras in the regulation of angiogenesis in ischemic retinopathy. We found that R-Ras was important for the maintenance of vascular stability. The same ischemic retinopathy model was used in the second study, in which we showed that the function of myeloid-specific furin for retinal angiogenesis plays a role in retinal revascularization.

In the third study we performed the most comprehensive proteomic profiling of the oxygen-induced retinopathy model to date. We identified novel proteins that may drive the pathogenesis and neovascularization in the mouse retinopathy model. These proteins may have relevance to human retinopathy as well as new potential drug targets.

The fourth study explored the role of syndecan 4 (SDC4) in angiogenesis using several angiogenesis models. We demonstrated that SDC4 is needed for VEGF-\- driven pathological angiogenesis and VE-cadherin trafficking. The therapeutic potential of SDC4 inhibition was tested in an experimental model of wet age-related macular degeneration (AMD), and we found that it was as effective as a drug commonly used in the clinic for the treatment of wet AMD.

The results of these studies improve the knowledge of the factors that affect angiogenesis. These results could be useful in the future development of new drugs for diseases that involve pathological angiogenesis.