Universität zu Köln

Roth, Detlev (2005). Die Rolle von Plasmin in der Regulation der VEGF Aktivität während der Wundheilung: Untersuchungen im db/db Mausmodell. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Ein funktionelles und koordiniertes Gefäßsystem ist essentiell in der Erhaltung der Integrität und Barrierefunktion der Haut. In der Wundheilung spielt eine ausgewogene Regulation stimulierender und inhibierender Faktoren eine entscheidende Rolle für die Wiederherstellung eines funktionellen Gefäßsystems. Eine Störung der Angiogeneseregulation scheint eine wichtige Ursache für die Entstehung und Unterhaltung von Wundheilungsstörungen zu sein. Die zellulären und molekularen Mechanismen der gestörten Angiogenese in chronischen Wunden sind unklar und Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Der "vascular endothelial growth factor" (VEGF) ist ein hochwirksamer endothelzellspezifischer Mediator, der ein Schlüsselmolekül in der Wundheilung darstellt. Voruntersuchungen der Arbeitsgruppe im Humansystem deuten darauf hin, dass im chronischen Wundmilieu die VEGF vermittelte Angiogenese durch eine funktionelle Inaktivierung des VEGF165 Proteins durch eine serinproteasenkatalysierte Degradation eingeschränkt ist. Ziel der vorliegenden Arbeit war es herauszuarbeiten, ob die topische Applikation von VEGF165 einen gestörten Wundheilungsphänotyp normalisieren kann. In einem zweiten Teil der Arbeit wurde die Rolle von Plasmin in der Regulation der VEGF165 -Aktivität in der gestörten Wundheilung untersucht. Bei den Untersuchungen kam das db/db Mausmodell zum Einsatz, in dem in Analogie zur chronischen Wunde im Humansystem, die gestörte Wundheilung mit einer verzögerten Angiogenese und verminderter VEGF Verfügbarkeit einhergeht. Unsere makroskopischen und histologischen Untersuchungen zeigten, dass die topische Applikation von VEGF165 in Form von rekombinantem Protein oder Plasmid DNA, den Wundschluss in einem gestörten Wundprozess mit reduzierter Angiogenese beschleunigen kann. Der beschleunigte Wundschluss ist sowohl durch die Induktion eines gefäßreichen Granulationsgewebes wie auch durch eine beschleunigte Reepithelialisierung zu erklären. Die Stabilisierung von VEGF165 gegen eine plasminkatalysierte Degradation verlängert die angiogenetische Antwort, die sich in VEGF165-MutPro111 transfizierten Wunden durch eine verzögerte Regression der Endothelzellstrukturen im späten Granulationsgewebe zeigte. Ein möglicher Erklärungsansatz für diese Beobachtung ist eine Verlängerung der anti-apoptotischen Wirkung der plasminresistenten VEGF165 Variante. Untersuchungen der Proteinstabilität von VEGF165 Wildtyp und VEGF165 Mutante in Wundlysaten der db/db Maus zeigten eine erhöhte Stabilität der Mutante im Vergleich zum Wildtyp und unterstützen somit die Beobachtungen einer verlängerten VEGF165 Aktivität der VEGF165 Mutante. Die Untersuchungen der vorliegenden Arbeit unterstützen somit frühere im Humansystem gewonnenen Erkenntnisse über die Bedeutung eines durch Proteolyse vermittelten Aktivitätsverlustes von VEGF165 in der Pathogenese der gestörten Wundheilung. Die Untersuchungen weisen darauf hin, dass eine Stabilisierung der Integrität des VEGF165 Moleküls, insbesondere in einem proteasereichen Milieu der chronischen Wunde, zu einer Steigerung des angiogenetischen Potentials von VEGF165 führt. Die Arbeiten unterstreichen somit das therapeutische Potential der plasminresistenten VEGF165 Mutante bei chronischen Wundheilungsstörungen.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language The role of plasmin in the regulation of VEGF activity during wound healing: Studies in the db/db mouse model English
Translated abstract:	Abstract Language A functional and coordinated vascular system is essential for maintaining the integrity and barrier function of the skin. In wound healing a well balanced regulation of stimulating and inhibitory factors play an important role in re-establishing an intact vascular system. A disruption in angiogenesis regulation appears to be the cause for the formation and maintenance of most wound healing disorders. So far the cellular and molecular mechanisms that lead to chronic wound healing impairment are not fully understood. This study tries to identify some underlying defects. Vascular endothelial growth factor (VEGF) is an endothel-specific, highly potent mediator of angiogensis and functions as a key molecule in wound healing. Previous studies of our group in the human system showed that VEGF165 protein is degraded and its bioactivity reduced by the serine protease plasmin in chronic wound healing disorders. One goal of this study was to investigate whether topically applicated VEGF165 could rescue an impaired wound healing phenotype. The second goal was to investigate the role of plasmin in the regulation of VEGF165 activity during wound healing disorders. The diabetic db/db mouse model was used for our studies which shows a similar wound healing impairment as found in chronic human wounds with reduced angiogenesis and VEGF availability. Macroscopic and histologic studies of the VEGF treated mouse wounds showed that topic application of VEGF165 protein and in vivo transfection with a VEGF165 expression plasmind by particle bombardment were able to accelerate wound closure and improve angiogenesis. The acceleration of wound closure is associated with the induction of a highly vascular granulation tissue and an accelerated reepithelialization of the wound. Stabilization of VEGF165 against proteolytic degradation leads to a prolonged angiogenic response with a delayed regression of endothelial structures in late granulation tissues as seen in wounds transfected with the plasmin-resistant VEGF165-MutPro111. A plausible explanation for the delayed regression might be the prolonged anti-apoptotic effect of the stabilized VEGF mutant. Investigations considering the protein stability of the VEGF165 wildtype and the VEGF165 mutant in wound lysates of db/db mice showed an increased stability of the mutant form thus supporting the thesis of an increased in vivo stability leading to a prolonged biological activity of the plasmin resistant VEGF165. The described studies support the findings in the human system concerning the proteolytic degradation of VEGF165 and the subsequent loss of its bioactivity in the pathogenesis of the impaired wound healing. A stabilization of the integrity of the VEGF165 molecule - especially in the context of a protease rich enviroment - can lead to an increased angiogenic activity of VEGF165. This study shows the therapeutic potential of the plasmin-resistant VEGF165 mutant in chronic wound healing disorders. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Roth, Detlev Detlev.Roth@web.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-14355
Date:	2005
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language VEGF , Wundheilung , Plasmin , db/db German VEGF , wound healing , plasmin , db/db English
Date of oral exam:	2 February 2005
Referee:	Name Academic Title Leptin, Maria Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1435