Abteilung Gewebebiologie und Morphogenese

Projekte

Zellbiologie des Endothels
Projekte in diesem Forschungsgebiet zielen auf die Identifizierung und Charakterisierung der molekularen Signale, welche die Sprossung, Motilität, Polarität, Tubulogenese und arteriovenöse Differenzierung von Endothelzellen kontrollieren. Beispiele hierfür sind die funktionelle Analyse der Signaltransduktion durch Notch Rezeptoren (Benedito et al. 2009, Cell; Benedito et al. 2012, Nature), von Tyrosinkinasen der Eph Rezeptor Familie und deren ephrin Liganden (Wang et al. 2010, Nature) sowie die Endozytose von VEGF Rezeptoren im wachsenden Gefäßnetzwerk (Nakayama et al. 2013, Nat Cell Biol). Diese Projekte nutzen moderne Zelltyp-spezifische und induzierbare genetische Verfahren in der Maus, wodurch Untersuchungen im embryonalen, postnatalen und adulten Endothel möglich sind.

Ebenso wollen wir die molekularen und zellulären Interaktionen zwischen Blutgefäßen und dem umgebendem Gewebe in verschiedenen Organsystemen besser verstehen. Signale aus diesen Geweben kontrollieren nachhaltig das Wachstum und die Organ-spezifische Spezialisierung des vaskulären Systems. Umgekehrt spielen vaskuläre Zellen auch Schlüsselrollen bei der Organisation und Differenzierung einiger Organsysteme.

Um die molekulare Regulation der arteriovenösen Differenzierung von Blutgefäßen zu erforschen, haben wir Arterien-spezifische, Tamoxifen-regulierte transgene Cre Mäuse generiert. Diese Mauslinie erlaubt die zeitlich kontrollierte Inaktivierung von Genen im arteriellen Endothel exprimiert ohne deren Funktionen in anderen Gefäßen oder Geweben zu beeinträchtigen.

Zusätzlich benutzen wir Experimente im Zebrafischmodell zur Charakterisierung neuer Zielgene, zur Validierung von Ergebnissen aus anderen experimentellen Ansätzen oder für dynamische Untersuchungen an wachsenden Blutgefäßen.

Biologie der Perizyten und vaskulären glatten Muskelzellen
Trotz der großen Bedeutung von Perizyten im gesunden Organismus sowie bei Erkrankungen des Gefäßsystems, sind die Biologie dieser Zellen und die Rolle der darin agierenden Signaltransduktionskaskaden nur unzureichend verstanden. Aufgrund der engen Beziehung zwischen Perizyten und vaskulären glatten Muskelzellen, beschäftigen sich mehrere unserer Projekte mit diesen beiden Zelltypen.

Wir haben in früheren Arbeiten so genannte Pdgfrb-Cre transgene Mäuse erzeugt, welche Geninaktivierungsexperimente in Perizyten und vaskulären glatten Muskelzellen der embryonalen Haut und in anderen Geweben ermöglichen. Mit Hilfe dieser Mauslinie haben wir die Rollen von Integrin Zell-Matrix Rezeptoren und der Integrin-Linked Kinase in der Adhäsion, Migration und Kontraktilität von Perizyten und vaskulären glatten Muskelzellen untersucht (Abraham et al. 2008, Circ Res; Kogata et al. 2009, Genes Dev).

Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass die Expression von ephrin-B2, einem Liganden für Eph Rezeptoren, in Perizyten und vaskulären glatten Muskelzellen für die normale Assoziation dieser Zelltypen mit dem Endothel notwendig ist (Foo et al. 2006, Cell). Aktuell untersuchen wir die exakte zelluläre Rolle von ephrin-B2 und Eph Rezeptoren und prüfen, ob diese Moleküle bei Gefäßerkrankungen eine Rolle spielen.

Um die technischen Voraussetzungen für noch leistungsfähigere genetische Arbeiten in muralen Zellen zu schaffen, generieren wir weitere transgene Mauslinien. Diese werden für zukünftige funktionelle Studien von Signaltransduktionskaskaden und zur besseren Charakterisierung von muralen Zellen aus gesunden und erkrankten Geweben eingesetzt werden.

Organ-spezifische Spezialisierung von Blutgefäßen und Funktionen in der Organmorphogenese
Ein dritter Schwerpunkt in unserer Forschung beschäftigt sich mit der Interaktion zwischen Blutgefäßen und dem umgebenden Gewebe. Hier untersuchen wir das stark verzweigte sinusoidale Gefäßnetzwerk im Skelettsystem von Säugetieren, welches eng mit der Bildung von Knochen und der Hämatopoese verbunden erscheint. Trotz zahlreicher Publikationen zu hämatopoetischen Zellen, Stammzellen und deren Nischen, ist relativ wenig über die genaue Organisation dieses Gefäßsystems und die genaue Verteilung der wichtigsten Zelltypen im Knochenmark bekannt.

Dank technischer Verbesserungen in der Aufarbeitung und Bildgebung von Gewebeproben zusammen mit leistungsfähigen induzierbaren genetischen Verfahren, konnten wir neue, tiefgehende Erkenntnisse zum Aufbau des Knochenmarks gewinnen. Dies hat zu der Identifizierung eines neuen Kompartiments im Knochenmark geführt, das aus endothelialen, mesenchymalen und hämatopoetischen Zellen besteht (Wang et al. 2012, EMBO J). Wir haben weiterhin gefunden, dass dieses Kompartiment reich an CD150+ CD48- putativen hämatopoetischen Stammzellen ist und die rasche Proliferation von hämatopoetischen Vorläuferzellen ermöglicht. Mit Hilfe von „Brainbow“-artigen, genetischen Kartierungsexperimenten konnten wir weiterhin zeigen, dass an dieser Stelle die klonale Expansion von hämatopoetischen Zellen erfolgt. 

Zukünftige Arbeiten in diesem Gebiet beschäftigen sich weiter mit dem Aufbau und der Funktion des Gefäßnetzwerks im Knochenmark sowie den molekularen Interaktionen zwischen endothelialen, mesenchymalen und hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen.

Transgene Mauslinien:
Transgene Mäuse, die Tamoxifen-induzierbare CreERT2 Rekombinase in allen Endothelzellen (Cdh5-CreERT2) oder nur im arteriellen Endothel exprimieren (Bmx-CreERT2), sind jetzt auch kommerziell erhältlich:

http://www.taconic.com/mouse-model/cdh5pac-creert2-mouse
http://www.taconic.com/mouse-model/bmx-creert2-mouse

Alternativ können MTAs über folgende Webseiten angefordert werden:

https://ximbio.com/reagent/151520/cdh5paccreert2-mouse
https://ximbio.com/reagent/151454/bmx-cre-ert2-mouse

Ausgewählte Veröffentlichungen zur Endothelbiologie:

  • Yamamoto H, Ehling M, Kato K, Kanai K, van Lessen M, Frye M, Zeuschner D, Nakayama M, Vestweber D, Adams RH. (2015). Integrin β1 controls VE-cadherin localization and blood vessel stability. Nat Commun. 6:6429.
  • M. Nakayama, A. Nakayama, M. van Lessen, H. Yamamoto, S. Hoffmann, H.C. Drexler, N. Itoh, T. Hirose, G. Breier, D. Vestweber, J.A. Cooper, S. Ohno, K. Kaibuchi, R.H. Adams (2013), Spatial regulation of VEGF receptor endocytosis in angiogenesis. Nat Cell Biol. 15:249-60.
  • R. Benedito, S.F. Rocha, M. Woeste, M. Zamykal, F. Radtke, O. Casanovas, A. Duarte, B. Pytowski, R.H. Adams. (2012), Notch-dependent VEGFR3 upregulation allows angiogenesis without VEGF-VEGFR2 signalling. Nature 484:110-4.
  • Y. Wang, M. Nakayama, M.E. Pitulescu, T.S. Schmidt, M.L. Bochenek, A. Sakakibara, S. Adams, D. Davy, U. Deutsch, U. Lüthi,  A. Barberis, L.E. Benjamin, T. Mäkinen, C.D. Nobes and R.H. Adams (2010), Ephrin-B2 controls VEGF-induced angiogenesis and lymphangiogenesis. Nature 465:483-486.
  • R. Benedito, C. Roca, I. Sörensen, S. Adams, A. Gossler, M. Fruttiger, and R.H. Adams (2009), The Notch ligands Dll4 and Jagged1 have opposing effects on angiogenesis. Cell 137:1124-1135.
  • C. Roca and R.H. Adams (2007), Regulation of vascular morphogenesis by Notch signaling. Genes Dev. 21:2511-24.
  • R.H. Adams and Kari Alitalo (2007), Molecular regulation of angiogenesis and lymphangiogenesis. Nature Rev. Mol. Cell. Biol. 8:464-78.

Ausgewählte Veröffentlichungen zu muralen Zellen:

  • Q. Chen, H. Zhang, Y. Liu, S. Adams, H. Eilken, M. Stehling, M. Corada, E. Dejana, B. Zhou B, R.H. Adams (2016). Endothelial cells are progenitors of cardiac pericytes and vascular smooth muscle cells. Nat Commun. 7:12422.
  • Nakayama A, Nakayama M, Turner CJ, Höing S, Lepore JJ, Adams RH. (2013). Ephrin-B2 controls PDGFRβ internalization and signaling. Genes Dev. 27:2576-89.
  • N. Kogata, R.M. Tribe, R. Fässler, M. Wa, and R.H. Adams (2009), Integrin-linked kinase controls vascular wall formation by negatively regulating Rho/ROCK-mediated vascular smooth muscle cell contraction. Genes Dev 23:2278-83.
  • S. Abraham, N. Kogata, R. Fässler and R.H. Adams (2008), The integrin ß1 subunit controls mural cell adhesion, spreading and blood vessel wall stability. Circ Res. 102:562-570.
  • D. Stenzel, E. Nye, M. Nisancioglu, R.H. Adams, Y. Yamaguchi, H. Gerhardt H (2009), Peripheral mural cell recruitment requires cell-autonomous heparan-sulfate. Blood 114:915-24.
  • S.S. Foo, C.J. Turner, S. Adams, A. Compagni, D. Aubyn, N. Kogata, P. Lindblom, M. Shani, D. Zicha and R.H. Adams (2006), Ephrin-B2 controls cell motility and adhesion during blood-vessel-wall assembly. Cell 124:161-173.

Ausgewählte Veröffentlichungen zum Knochenmark:

  • A.P. Kusumbe, S.K. Ramasamy, T. Itkin, M. Andoloussi, U.H. Langen, C. Betsholtz, T. Lapidot, R.H. Adams (2016). Age-dependent modulation of vascular niches for haematopoietic stem cells. Nature 532:380-4
  • T. Itkin , S. Gur-Cohen, J.A. Spencer, A. Schajnovitz, S.K. Ramasamy, A.P. Kusumbe, G. Ledergor, Y. Jung, I. Milo, M.G. Poulos, A. Kalinkovich, A. Ludin, O. Kollet, G. Shakhar, J.M. Butler, S. Rafii, R.H. Adams, D.T. Scadden, C.P. Lin, T. Lapidot (2016). Distinct bone marrow blood vessels differentially regulate haematopoiesis. Nature. 532:323-8.
  • A.P. Kusumbe, S.K. Ramasamy, A. Starsichova, R.H. Adams (2015). Sample preparation for high-resolution 3D confocal imaging of mouse skeletal tissue. Nat Protoc. 10:1904-14.
  • S.K. Ramasamy, A.P. Kusumbe, L. Wang, R.H. Adams (2014). Endothelial Notch activity promotes angiogenesis and osteogenesis in bone. Nature 507:376-80.
  • A.P. Kusumbe, S.K. Ramasamy, R.H. Adams (2014). Coupling of angiogenesis and osteogenesis by a specific vessel subtype in bone. Nature. Mar 507(7492):323-8.
  • L. Wang, R. Benedito, M.G. Bixel, D. Zeuschner, M. Stehling, L. Sävendahl, J.J. Haigh, H. Snippert, H. Clevers, G. Breier, F. Kiefer, R.H. Adams (2012), Identification of a clonally expanding haematopoietic compartment in bone marrow. EMBO J. 32:219-30.