Vasculaire greffes, celoverleving en connexines

Saskia

Baert

Gap 27, een nieuw wondermiddel voor het transplanteren van bloedvaten

Dichtslibbende bloedvaten kunnen leiden tot een gebrekkige bloedvoorziening, met spierzwakte en hartfalen als mogelijke gevolgen. Het chirurgisch corrigeren of vervangen van vernauwde bloedvaten is een adequate behandeling die de bloeddoorstroming opnieuw kan herstellen. In sommige gevallen worden hierbij bloedvaten gebruikt die afkomstig zijn van donoren; deze bloedvaten worden ingevroren, bewaard in een weefselbank, en ontdooid op het ogenblik van de transplantatie. Dergelijke bloedvaten worden vasculaire greffes genoemd. Het proces van invriezen en het terug ontdooien veroorzaakt echter veel schade, meer bepaald celdood, in de vasculaire greffe. Dit kan nefast zijn voor de patiënt omdat er hierdoor complicaties kunnen optreden tijdens en na de transplantatie. In deze studie tonen we aan dat celdood sterk kan verminderd worden door aan het medium waarin de bloedvaten bewaard worden een peptide (een kort eiwit fragment), genaamd ‘Gap27’, toe te voegen tijdens het invriezen en ontdooien. Dit peptide blokkeert connexine kanalen die aanwezig zijn in de cellen van de bloedvaten en die kunnen bijdragen tot celdood en uitbreiding van celdood naar omgevende gezonde cellen. Gap27 verhindert dus niet enkel celdood in de bloedvaten maar belet ook dat dode cellen eventueel naburige cellen aanzetten tot afsterven. Hierdoor verbetert de kwaliteit van de vasculaire greffe, wat op termijn kan resulteren in minder complicaties en beter functionerende bloedvaten na transplantatie bij de patiënt.

Een bloedvat bestaat uit verschillende celtypes waaronder gladde spiercellen, die noodzakelijk zijn voor de contractie van het bloedvat, en endotheelcellen, die de binnenkant van het bloedvat aflijnen en rechtstreeks in contact staan met het bloed. Beide celtypes bevatten connexine eiwitten die kanalen, meer bepaald gap juncties en hemikanalen, vormen in de celmembraan (Figuur 1). Gap juncties verbinden het cytoplasma van twee naburige cellen en laten zo de passage toe van kleine moleculen. Ze zijn essentieel voor het functioneren van het bloedvat, maar ze kunnen echter ook toxische signalen doorgeven en zo celdood helpen verspreiden doorheen het weefsel. Gap juncties worden gevormd wanneer twee hemikanalen met elkaar interageren. Deze hemikanalen kunnen ook afzonderlijk in de celmembraan voorkomen, waar ze zich normaal gezien in een gesloten toestand bevinden. Ze kunnen echter onder bepaalde stressvolle omstandigheden openen en zo celdood bevorderen.

In deze studie onderzochten we of het blokkeren van deze connexine kanalen, met behulp van een peptide die een sequentie van het connexine eiwit nabootst (Gap27), celdood kan verhinderen na het invriezen en ontdooien. Gap27 gaf een sterke reductie van de celdood wanneer het aanwezig was tijdens het invriezen en ontdooien van aders en slagaders afkomstig van het been van humane donoren (meer bepaald de stamader en dijbeenslagader, gekend als vena saphena en arteria femoralis resp.). Beide bloedvaten worden veelvuldig gebruikt voor transplantatie. Gap27 reduceerde de celdood met meer dan 70 % in de gladde spiercellen van beide bloedvaten en 1/3 tot de helft in de endotheelcellen.

We besluiten uit deze studie dat het blokkeren van connexine kanalen, tijdens het invriezen en ontdooien van bloedvaten, celdood aanzienlijk kan reduceren. Een beperking van celschade en celdood van bloedvaten tijdens cryopreservatie is van essentieel belang voor optimale adaptatie en werking van het bloedvat na transplantatie bij de patiënt.

Bibliografie

[1] Callow AD (1996). Arterial homografts. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery 12(3): 272-281.

[2] Desgranges P, Beaujan F, Brunet S, Cavillon A, Qvarfordt P, Melliere D, Becquemin JP (1998). Cryopreserved arterial allografts used for the treatment of infected vascular grafts. Annals of Vascular Surgery 12(6): 583-588.

[3] Kohler TR, Kirkman TR, Kraiss LW, Zierler BK, Clowes AW (1991). Increased blood flow inhibits neointimal hyperplasia in endothelialized vascular grafts. Circulation Research 69(6): 1557-1565.

[4] Pascual G, Martinez S, Garcia-Honduvilla N, Corrales C, Bellon JM, Bujan J (2004). Long-term behaviour of cryopreserved arterial grafts versus prosthetic micrografts. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery 27(4): 423-431.

[5] Pascual G, Rodriguez M, Corrales C, Turegano F, Garcia-Honduvilla N, Bellon JM, Bujan J (2004). New approach to improving endothelial preservation in cryopreserved arterial substitutes. Cryobiology 48(1): 62-71.

[6] Kouzi-Koliakou K, Kanellaki-Kyparissi M, Marinov G, Kovachev D, knyazev V (2004). The role of apoptosis in the failure of vascular grafts. Hellenic journal of cardiology 45: 391-400.

[7] Vral A, Mione S (2009). Bijzondere weefselleer. Cursus Faculteit Geneeskunde en Gezondheidswetenschappen, Gent, p. 1-9.

[8] Tortora GJ, Derrickson B (2006). Principles of anatomy and physiology. John Wiley and Sons, Hoboken.

[9] Decrock E, Vinken M, De Vuyst E, Krysko DV, D'Herde K, Vanhaecke T, Vandenabeele P, Rogiers V, Leybaert L (2009). Connexin-related signaling in cell death: to live or let die? Cell Death and Differentiation 16(4): 524-536.

[10] Clarke M, Bennett M, Littlewood T (2007). Cell death in the cardiovascular system. Heart 93(6): 659-664.

[11] Silva MT, do Vale A, dos Santos NM (2008). Secondary necrosis in multicellular animals: an outcome of apoptosis with pathogenic implications. Apoptosis 13(4): 463-482.

[12] Ashe PC, Berry MD (2003). Apoptotic signaling cascades. Progress in Neuro-psychopharmacology & Biological Psychiatry 27(2): 199-214.

[13] Golstein P, Kroemer G (2007). Cell death by necrosis: towards a molecular definition. Trends Biochemical Sciences 32(1): 37-43.

[14] Imgenex Corporation. Imgenex. Pathway profiling antibodies & reagents. Internetreferentie: http://www.imgenex.com/download.php?id=2. (geconsulteerd op 25 februari 2012).

[15] Elmore S (2007). Apoptosis: a review of programmed cell death. Toxicologic Pathology 35(4): 495-516.

[16] Hernandez LD, Houde C, Hoek M, Butts B, Nicholson DW, Mehmet H (2009). Caspases and cell death. Encyclopedia of life sciences (ELS). John Wiley & Sons, Ltd: Chichester. doi: 10.1002/9780470015902.a0021562

[17] Imgenex Corporation. Imgenex. Pathway profiling antibodies & reagents. Internetreferentie: http://imgenex.com/view_data_page.php?id=168. (geconsulteerd op 25 februari 2012).

[18] Brunelle JK, Letai A (2009). Control of mitochondrial apoptosis by the Bcl-2 family. Journal of Cell Science 122(Pt 4): 437-441.

[19] MacFarlane M, Williams AC (2004). Apoptosis and disease: a life or death decision. EMBO Reports 5(7): 674-678.

[20] Kroemer G, Galluzzi L, Vandenabeele P, Abrams J, Alnemri ES, Baehrecke EH, Blagosklonny MV, El-Deiry WS, Golstein P, Green DR, Hengartner M, Knight RA, Kumar S, Lipton SA, Malorni W, Nunez G, Peter ME, Tschopp J, Yuan J, Piacentini M, Zhivotovsky B, Melino G (2009). Classification of cell death: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2009. Cell Death Differentiation 16(1): 3-11.

[21] Berghe TV, Vanlangenakker N, Parthoens E, Deckers W, Devos M, Festjens N, Guerin CJ, Brunk UT, Declercq W, Vandenabeele P (2010). Necroptosis, necrosis and secondary necrosis converge on similar cellular disintegration features. Cell Death and Differentiation 17(6): 922-930.

[22] Gump JM, Thorburn A (2011). Autophagy and apoptosis: what is the connection? Trends in Cell Biology 21(7): 387-392.

[23] Vinken M, Decrock E, Leybaert L, Bultynck G, Himpens B, Vanhaecke T, Rogiers V (2011). Non-channel functions of connexins in cell growth and cell death. Biochimica et Biophysica Acta. doi: 10.1016/j.bbamem.2011.06.011

[24] Krysko DV, Leybaert L, Vandenabeele P, D'Herde K (2005). Gap junctions and the propagation of cell survival and cell death signals. Apoptosis 10(3): 459-469.

[25] Vinken M, Vanhaecke T, Papeleu P, Snykers S, Henkens T, Rogiers V (2006). Connexins and their channels in cell growth and cell death. Cell Signalling 18(5): 592-600.

[26] Decrock E, Vinken M, Bol M, D'Herde K, Rogiers V, Vandenabeele P, Krysko DV, Bultynck G, Leybaert L (2011). Calcium and connexin-based intercellular communication, a deadly catch? Cell Calcium 50(3): 310-321.

[27] Maeda S, Tsukihara T (2011). Structure of the gap junction channel and its implications for its biological functions. Cellular and molecular life sciences (CMLS) 68(7): 1115-1129.

[28] Rodriguez-Sinovas A, Cabestrero A, Lopez D, Torre I, Morente M, Abellan A, Miro E, Ruiz-Meana M, Garcia-Dorado D (2007). The modulatory effects of connexin 43 on cell death/survival beyond cell coupling. Progress in Biophysics & Molecular Biology 94(1-2): 219-232.

[29] Evans WH, Boitano S (2001). Connexin mimetic peptides: specific inhibitors of gap-junctional intercellular communication. Biochemical Society Transactions 29(Pt 4): 606-612.

[30] Evans WH, De Vuyst E, Leybaert L (2006). The gap junction cellular internet: connexin hemichannels enter the signalling limelight. The Biochemical Journal 397(1): 1-14.

[31] Haefliger JA, Nicod P, Meda P (2004). Contribution of connexins to the function of the vascular wall. Cardiovascular Research 62(2): 345-356.

[32] Sohl G,Willecke K (2004). Gap junctions and the connexin protein family. Cardiovascular Research 62(2): 228-232.

[33] De Bock M, Culot M, Wang N, Bol M, Decrock E, De Vuyst E, da Costa A, Dauwe I, Vinken M, Simon AM, Rogiers V, De Ley G, Evans WH, Bultynck G, Dupont G, Cecchelli R, Leybaert L (2011). Connexin channels provide a target to manipulate brain endothelial calcium dynamics and blood-brain barrier permeability. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism 31(9): 1942-1957.

[34] Contreras JE, Sanchez HA, Veliz LP, Bukauskas FF, Bennett MVL, Saez JC (2004). Role of connexin-based gap junction channels and hemichannels in ischemia-induced cell death in nervous tissue. Brain Research Reviews 47(1-3): 290-303.

[35] Song MB, Yu XJ, Cui X, Zhu GX, Zhao G, Chen JF, Huang L (2009). Blockade of connexin 43 hemichannels reduces neointima formation after vascular injury by inhibiting proliferation and phenotypic modulation of smooth muscle cells. Experimental Biology and Medicine 234(10): 1192-1200.

[36] Evans WH, Leybaert L (2007). Mimetic peptides as blockers of connexin channel-facilitated intercellular communication. Cell Communication and Adhesion 14(6): 265-273.

[37] Leybaert L, Braet K, Vandamme W, Cabooter L, Martin PEM, Evans WH (2003). Connexin channels, connexin mimetic peptides and ATP release. Cell Communication and Adhesion 10(4-6): 251-257.

[38] Negoescu A, Lorimier P, labatMoleur F, Azoti L, robert C, Guillermet C, brambilla C, brambilla E (1997). TUNEL: Improvement and evaluation of the method for in situ apoptotic cell identification. Biochemica 2: 12-17.

[39] Negoescu A, Guillermet C, Lorimier P, Robert C, Lantuejoul S, Brambilla E, labatMoleur F (1998). TUNEL apoptotic cell detection in archieved paraffin-embedded tissues. Biochemica 3: 36-41.

[40] Roche Diagnostics. Roche Applied Science. Internetreferentie: https://www.roche-applied-science.com/servlet/RCProductDisplay?storeId=10305&catalogId=10304&langId=-1&countryId=be&forCountryId=be&productId=3.5.3.21.2.4. (geconsulteerd op 26 februari 2012)

[41] Kabir J, Lobo M, Zachary I (2002). Staurosporine induces endothelial cell apoptosis via focal adhesion kinase dephosphorylation and focal adhesion disassembly independent of focal adhesion kinase proteolysis. The Biochemical Journal 367(Pt 1): 145-155.

[42] Mese G, Richard G, White TW (2007). Gap junctions: basic structure and function. Journal of Investigative Dermatology 127(11): 2516-2524.

[43] Ebihara L (2003). New roles for connexons. News in Physiological Sciences 18: 100-103.

[44] Figueroa XF, Duling BR (2009). Gap junctions in the control of vascular function. Antioxidants & Redox Signaling 11(2): 251-266.

[45] Decrock E, De Vuyst E, Vinken M, Van Moorhem M, Vranckx K, Wang N, Van Laeken L, De Bock M, D'Herde K, Lai CP, Rogiers V, Evans WH, Naus CC, Leybaert L (2009). Connexin 43 hemichannels contribute to the propagation of apoptotic cell death in a rat C6 glioma cell model. Cell Death and Differentiation 16(1): 151-163.

[46] Davies MG, Hagen PO (2011). Pathophysiology of vein graft failure: A Review (Reprinted from European Journal of Vascular and Endovascular Surgery, vol 9, pg 7-18, 1995). European Journal of Vascular and Endovascular Surgery 42: S19-S29.

[47] Hawat G, Benderdour M, Rousseau G, Baroudi G (2010). Connexin 43 mimetic peptide Gap26 confers protection to intact heart against myocardial ischemia injury. Pflugers Archiv 460(3): 583-592.

[48] Steen S (2001). Preservation of the endothelium in cardiovascular surgery-some practical suggestions--a review. Scandinavian Cardiovascular Journal 35(5): 297-301.

[49] Holzknecht ZE, Kuypers KL, Plummer TB, Williams J, Bustos M, Gores GJ, Brunn GJ, Platt JL (2002). Apoptosis and cellular activation in the pathogenesis of acute vascular rejection. Circulation Research 91(12): 1135-1141.