Механизм васкулогенеза и ангиогенеза капилляров
Существует механизм, с помощью которого для инициации ангиогенного разрастания отбираются лишь некоторые из клеток эндотелия, находящихся внутри капилляра - tip-клетки .
При эмбриональном развитии мышей отбор tip-клеток контролируется рецепторами семейства Notch и их трансмембранными лигандами Dll4 (Delta like ligand 4) [ Sainson, 2005 , Uyttendaele, 2001 ]. У млекопитающих обнаружено четыре рецептора Notch и пять их лигандов (Jagged1, Jagged2, Dll1, Dll3 и Dll4) [ Radtke, 2005 ].
Взаимодействие рецептора Notch со своим лигандом приводит к протеолитическому расщеплению рецептора [ Le Borgne, 2005 ].
Первый участок, в котором происходит расщепление, располагается во внеклеточной области рецептора, поблизости от трансмембранного домена. Отделенный от рецептора внеклеточный домен затем подвергается "трансэндоцитозу" соседней клеткой, экспрессирующей лиганд. Второй участок расщепления рецептора находится в трансмембранном домене. В результате второго расщепления происходит транслокация цитоплазматического домена рецептора Notch в клеточное ядро, где он связывается с транскрипционным фактором CBF1 (С promoter binding factor 1) и активирует транскрипцию [ Fortini, 2002 ].
Dll4 - лиганд рецепторов Notch1 и Notch4 играет одну из ключевых ролей в регуляции ангиогенеза [ Shutter, 2000 ], Krebs, 2000 ]. На это указывают данные о преимущественной экспрессии Dll4 в эндотелии сосудов [ Shutter, 2000 , Krebs, 2000 , Gale, 2004 , Benedito, 2005 ]. Более того, у большинства линий мышей делеция одного из аллелей Dll4 вызывает значительные нарушения в развитии сосудистой системы в период раннего эмбрионального развития, приводящие к гибели эмбриона [ Gale, 2004 , Duarte, 2004 , Krebs, 2004 ].
Из множества генов, вовлеченных в регуляцию васкулогенеза и ангиогенеза, столь значительные дефекты развития сосудистой системы и гибель эмбрионов в случае делетирования лишь одного из аллелей описаны только для VEGFA и Dll4 [ Carmeliet, 1996 , Ferrara, 1996 ].
Механизм, благодаря которому каскад сигнализации, ассоциированный с Notch/Dll4, обусловливает различное поведение клеток эндотелия, подвергшихся воздействию ангиогенных стимулов, по-видимому, непосредственно связан с передачей внутриклеточного сигнала, стимулируемой VEGFA . VEGFA, воздействуя на клетки эндотелия, активирует в них экспрессию Dll4 и его рецепторов Notch [ Liu, 2003 ]. При этом экспрессия Dll4 и Notch1 в той части сосуда, где происходит активация ангиогенеза, распределена между клетками эндотелия мозаичным образом, и характеристики, свойственные tip-клеткам , преимущественно приобретают те клетки эндотелия, у которых отсутствует экспрессия Notch1. В клетках эндотелия, экспрессирующих рецептор Notch1, активация лигандом Dll4 ассоциированного с этим рецептором каскада сигнализации предотвращает их переход в активное состояние и тем самым ограничивает появление избыточного количества tip-клеток [ Heilstrom, 2007 , Suchting, 2007 ]. Подавление активного состояния клеток эндотелия в результате стимуляции Dll4/Notch-ассоциированной передачи внутриклеточного сигнала, по- видимому, происходит за счет снижения их чувствительности к воздействию VEGFA . Показано, что в клетках эндотелия, гиперэкспрессирующих Dll4, была существенно подавлена экспрессия VEGFR2 и его ко-рецептора нейропилина-1 [ Williams, 2006 ].
Пониженные уровни экспрессии Dll4 или блокирование Notch-зависимого каскада сигнализации усиливают образование tip-клеток , приводящее к значительному увеличению активности формирования, ветвления и слияния вновь образовавшихся эндотелиальных трубочек [ Sainson, 2005 , Heilstrom, 2007 , Ridgway, 2006 , Noguera-Troise, 2006 , Lobov, 2007 ]. Такое чрезмерное усиление ангиогенеза приводит к нарушению правильного формирования новых сосудов. Так, в экспериментальных моделях при исследовании развития опухолевого роста на животных продемонстрировано, что разрушение взаимодействия Dll4-Notch вызывает интенсивный рост и ветвление кровеносных сосудов опухоли. Однако такие сосуды оказываются малофункциональными, что приводит к повышению гипоксии, недостаточной перфузии ткани и в конечном итоге к подавлению опухолевого роста. Эти данные свидетельствуют о том, что сигнальный путь, контролируемый рецептором Notch, наряду с VEGF -зависимым каскадом сигнализации может оказаться полезной мишенью для антиангиогенной терапии [ Ridgway, 2006 , Noguera-Troise, 2006 ].
В ответ на воздействие VEGFA tip-клетки выбрасывают филоподии в направлении градиента VEGFA [ Gerhardt, 2003 ]. Таким образом, направление миграции tip-клеток и, соответственно, направление роста капилляра регулируются пространственным распределением содержания этого фактора роста в ткани. Этот эффект обусловлен взаимодействием VEGFA с рецептором VEGFR2 , концентрация которого особенно велика в tip-клетках. При этом пролиферации самих tip-клеток в ответ на воздействие VEGFA, по-видимому, не происходит. Так, в развивающейся ретине мыши пролиферируют только клетки эндотелия, находящиеся в растущей ветви капилляра, но не tip-клетки [ Gerhardt, 2003 ].
После того как отобрались и начали свое продвижение tip-клетки, вслед за ними должны начать формироваться новые капилляры за счет пролиферации и миграции других клеток эндотелия. Пролиферация клеток, находящихся в растущей ветви капилляра, стимулируется в результате воздействия VEGFA на тот же самый рецептор VEGFR2. Следовательно, tip- клетки и клетки эндотелия, формирующие растущий капилляр, по-разному отвечают на активацию этого рецептора. Полученные данные свидетельствуют о том, что VEGFA независимо контролирует миграцию tip-клеток и пролиферацию клеток эндотелия, формирующих новый капилляр [ Gerhardt, 2003 ]. Причины, по которым одно и то же воздействие настолько по-разному интерпретируется tip-клетками и другими клетками эндотелия, формирующими капилляр, пока не ясны и требуют дальнейшего изучения.
Различия в биологическом ответе на активацию VEGFR2, а также более высокие уровни экспрессии транскриптов Dll4, Vegfr2 и Pdgfb в tip- клетках свидетельствуют о том, что tip-клетки и клетки эндотелия основной части растущего капилляра представляют собой две различные субпопуляции клеток эндотелия. Остается до конца неясным, являются ли различия между этими двумя типами клеток эндотелия генетически контролируемыми или же это результат временной адаптации, связанной с особенностями расположения клеток внутри сосуда.
