Fibroblasten-Wachstumsfaktoren

Die Familie der Fibroblasten-Wachstumsfaktoren (Fibroblast Growth Factors, FGF) umfasst mindestens 22 Mitglieder, von denen circa 16-65% in ihrer primären Sequenz, die 120 Aminosäuren umfasst, identisch sind. Die FGF lassen sich in Subfamilien unterteilen. Für den Menschen beispielsweise erfolgte auf Basis

phylogenetischer Analysen eine Unterteilung in 7 Subfamilien (ESWARAKUMAR et al. 2005; YUN et al. 2010).

FGF entfalten ihre biologischen Wirkungen, welche im Rahmen der Mitogenese, der Zellmigration und -differenzierung, der Angiogenese und der Wundheilung von Bedeutung sind, durch die Bindung an spezifische Rezeptoren (FGFR). Bei Mensch und Maus wurden vier FGFR identifiziert (FGFR1, 2, 3, 4), die auf unterschiedlichen Zelltypen exprimiert sind und bei denen es sich um in der Zellmembran lokalisierte Rezeptor-Tyrosinkinasen handelt. Endothelzellen unterschiedlichen Ursprungs exprimierten in vitro vor allem FGFR1, seltener auch FGFR2 (BASTAKI et al. 1997; NAKAMURA et al. 2001). Diese Rezeptoren setzten sich aus einer extrazellulären Ligandenbindungs-Domäne in Form von drei Immunglobulin-Domänen (IgI, II, III), einer Transmembrandomäne und einer gespaltenen intrazellulären Tyrosinkinase-Domäne zusammen (JAYE et al. 1992).

FGF weisen eine Vielfalt biologischer Wirkungen auf und nehmen Einfluss auf zahlreiche unterschiedliche Zelltypen. Diese Diversität wird über unterschiedliche Typen der FGFR erreicht, die entweder durch Spleiß-Varianten eines gegebenen FGFR-Gens oder durch die Expression verschiedener FGFR-Gene entstehen (POWERS et al. 2000).

Die FGF weisen eine hohe Affinität zu Heparansulfatproteoglykanen (HSPG) auf, welche entweder auf Zelloberflächen oder in der extrazellulären Matrix lokalisiert sind. Durch die Bindung dieser Wachstumsfaktoren an HSPG entsteht ein Reservoir an FGF in der EZM. Enzyme, wie die Heparanase, können die Wachstumsfaktoren freisetzten, so dass sie ihre biologische Wirkung entfalten (VLODAVSKY et al. 1991). Zudem wirken HSPG als Korezeptoren modulierend für die FGF. Als Beispiel ist Syndekan 1 anzuführen, dass auf der Endothelzelloberfläche als Korezeptor für FGF2 fungiert (FILLA et al. 1998).

Nach Bindung an den FGFR erfolgt die Signalweiterleitung innerhalb der Zelle über verschiedene Wege. Der RAS/ MAPK Weg ist dabei der wichtigste Weg, über den Wirkungen der FGF vermittelt werden (YUN et al. 2010). Initiiert wird der RAS/MAPK Weg, über den Signale für Zellwachstum und Differenzierung vermittelt werden, durch den Docking-Protein-FGFR-Substrat-Komplex 2α (FRS2α), welcher

wiederum Proteine auf direktem oder indirektem Weg rekrutiert (LAX et al. 2002;

WONG et al. 2002). Ein zweiter Signalweg, der Phosphoinositid 3 (PI3) Kinase/

anti-apoptotischer Protein Kinase (AKT) Weg, wird ebenfalls durch einen FRS2 Komplex initiiert (LAMOTHE et al. 2004). Über diesen Signalweg werden Signale für das Zellüberleben und die Apoptose vermittelt (KATOH u. KATOH 2006). Der dritte Signalweg, über den Wirkungen der FGF vermittelt werden, ist der Phospholipase Cγ (PLCγ) Weg, dessen Funktion bislang nicht geklärt ist, da er weder die Mitogenese, noch die Zelldifferenzierung beeinflusst (MOHAMMADI et al. 1991; PETERS et al. 1992; SPIVAK-KROIZMAN et al. 1994).

Die FGF regulieren und modulieren verschiedene Schritte des Angiogenese-Prozesses (siehe dazu auch Kapitel 2.4). Die Behandlung mit FGF1 führte zu einer gesteigerten Proliferation mikrovaskulärer, aus der Plazenta stammender Endothelzellen und erhöhte zudem die Permeabilität dieser Zellen (DYE et al.

2001). Die Migration der Endothelzellen während der Angiogenese wird durch die chemotaktisch wirksamen Faktoren FGF1 und 2 beeinflusst (TERRANOVA et al.

1985; STOKES et al. 1990). Zudem konnte in vitro gezeigt werden, dass FGF2 morphogenetische Veränderungen der Endothelzellen bewirkt, so dass sich diese zu gefäßähnlichen Strukturen anordnen (MONTESANO et al. 1986). Auch wird FGF2 eine Beeinflussung der im Rahmen der Angiogenese notwendigen Adhäsionsmoleküle, wie Integrin αvβ3, zugeschrieben (SEPP et al. 1994). Für FGF7, der auch als Keratinozyten-Wachstumsfaktor bezeichnet und durch mesenchymale Zellen produziert wird, konnten durch den Neovaskularisations-Assay an der Kornea der Ratte pro-angiogene Eigenschaften gezeigt werden.

Zudem steigerte FGF7 das Proliferationsverhalten und die Barrierefunktionseigenschaften boviner mikrovaskulärer Endothelzellen (GILLIS et al. 1999). Durch FGF wird zudem die Produktion von MMP und des uPA in Endothelzellen hochreguliert. Durch diese Enzyme erfolgt der Abbau der extrazellulären Matrix im Rahmen der Angiogenese (PRESTA et al. 2005). Die Überexpression von FGF1 in genetisch modifizierten Endothelzellen führte im Zusammenhang mit einer erhöhten MMP9 Expression zu einer gesteigerten Migration dieser Zellen (PARTRIDGE et al. 2000).

Im weiblichen Reproduktionstrakt konnten Mitglieder der FGF-Familie und deren Rezeptoren nachgewiesen werden. PFARRER et al. (2006a) wiesen in der Plazenta des Rindes das Vorkommen von FGF1, 2, 7 und den Rezeptoren FGFR, FGFR2(IIIb) und FGFR2(IIIc) in unreifen TGC nach, während dies in reifen TGC und in feto-maternalen Hybridzellen nicht der Fall war. Es wird vermutet, dass diese Mitglieder der FGF-Familie durch auto- und parakrine Wirkungswege an der Differenzierung, Migration und restriktiven Invasion der Trophoblastzellen beteiligt sind. Zudem wurden FGF1 und 2 sowie der FGFR im plazentomaren Gefäßsystem und umgebenden Stroma lokalisiert, so dass auch parakrine Wirkungen der TGC auf die plazentare Angiogenese anzunehmen sind. Nicht nur beim Rind, sondern auch beim Schaf, bei dem es sich ebenfalls um einen synepitheliochorialen Plazentatyp handelt, war es möglich, das Vorkommen von Mitgliedern der FGF-Familie nachzuweisen. ZHENG et al. (1997) wiesen FGF2 unter anderem in TGC und Endothelzellen nach, so dass die Autoren auch beim Schaf eine auto- und parakrine Wirkung von FGF2 auf die plazentare Angiogenese vermuten. Diese Untersuchungen stimmen mit Studienergebnissen der humanen Plazenta überein.

FERRIANI et al. (1994) wiesen mit immunhistologischen Methoden das Vorhandensein von FGF1 und 2 in im Zytotrophoblasten nach. Im ersten Drittel der Trächtigkeit zeigten Antikörper für FGF1 und 2 starke Färbereaktionen, die aber bis zum Zeitpunkt der Geburt abnahmen. Endothelzellen und Blutgefäße zeigten ebenfalls starke Färbereaktionen für FGF1 und 2.

Auch am bovinen Ovar wurden Mitglieder der FGF-Familie detektiert und deren Vorkommen mit der Angiogenese in Zusammenhang gebracht. Mittels molekularbiologischer Untersuchungsmethoden konnte das Vorhandensein von FGF1 und 7 sowie des FGFR2(IIIb) in Follikeln nachgewiesen werden. Dabei wurden die untersuchten Follikel verschiedenen Maturationsstadien zugeordnet:

vor dem LH Anstieg, zwischen dem Anstieg von LH und der Ovulation und in der frühen Gelbkörperphase. Die Untersuchungsergebnisse deuten darauf hin, dass FGF1 und 7 maßgeblich an der Angiogenese im Rahmen der Gelbkörperentwicklung beteiligt sind (BERISHA et al. 2006).

Vor diesem Hintergrund sind FGF1, 2, 4, und 7 als Mitglieder der FGF-Familie interessante Kandidaten im Hinblick auf die Regulation der plazentaren Angiogenese des Rindes und wurden deshalb im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen verwendet.