ANGIOGENESI e VEGF

Università degli Studi di TorinoII anno laurea specialistica in BIOTECNOLOGIE MOLECOLARIaa 2007/08

Elena LasorsaCorso di IMMUNOLOGIA MOLECOLAREProf. Guido Forni

ANGIOGENESI: insieme di processi funzionali che portano alla formazione di nuovi vasi sanguigni a partire da vasi preesistenti.

•Durante lo sviluppo embrionale i vasi sanguigni vengono formati de novo a partire da precursori endoteliali (angioblasti) che si assemblano a formare una prima rete vascolare primitiva.

• Nell’adulto l’angiogenesi viene attivata limitatamente a processi di cicatrizzazione delle ferite, di ricostituzione dell’endometrio dopo la mestruazione e alla formazione della placenta.

• I capillari neo-formati cominciano poi a differenziare e nuovi vasi sanguigni vengono generati a partire da quelli pre-esistenti.

Elisabetta Dejana www.ifom-firc.it

…ANGIOGENESI FISIOLOGICA: 1. “DESTABILIZZAZIONE” dei vasi preesistenti

2. MIGRAZIONE e PROLIFERAZIONE delle cellule endoteliali nel punto del tessuto dov’è necessaria la formazione di nuovi vasi (liberazione di enzimi proteolitici) [fig. b]

3. DIFFERENZIAZIONE delle cellule endoteliali [fig. c e d]

4. MATURAZIONE FUNZIONALE dei vasi neoformati (reclutamento di cellule periendoteliali di supporto, riorganizzazione delle interazioni cellulari)

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FATTORI ANGIOGENETICI:

… altri fattori:Tumor necrosis factor (TNF)-αAngiogeninaInterleuchina-8 (IL-8)

Fibroblast growth factor (FGF)

Transforming growth factor (TGF)- α/(TGF)-β

Hepatocyte growth factor (HGF)

Vascular endothelial growth factor (VEGF)

Platelet-derived growth factor (PDGF)

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FATTORI ANGIOGENETICI:Vascular endothelial growth factor (VEGF)

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VEGF … il gene:• è composto da 8 esoni separati da 7 introni• la regione codificante è lunga circa 14 kb• il gene umano è localizzato sul cromosoma 6p21.3• è presente in quattro diverse isoforme costituite, rispettivamente, da 212, 165, 189 e 206 aminoacidi

• VEGF 165 è la specie molecolare predominante mentre VEGF 206 è la più rara

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… la proteina:

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• VEGF è una glicoproteina basica di 45 Kda• si associa a formare omodimeri• è in grado di legare eparina

• le diverse isoforme hanno diversi punti isoelettrici e diversa affinità per l’eparina

•VEGF 121 è una proteina solubile• VEGF 165 esiste sia come proteina solubile che legata alla superficie cellulare• VEGF 189 e 206 si trovano quasi esclusivamente legate alla matrice extracellulare• VEGF è quindi disponibile :

- come proteina solubile- a seguito di taglio proteasico e clivaggio delle isoforme

più lunghe

… il recettore:• I principali recettori ad alta affinità per VEGF sono: - VEGFR-1 / Flt1 (fins-like tyrosine kinase-1) - VEGFR-2 /FLK1 o KDR (fetal liver kinase-1/kinase insert domain containing region) -VEGFR-3 (Flt4) -neurophilin-1

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•I VEGFR si trovano principalmente nell’endotelio vascolare e, più raramente, in alcune cellule ematopoietiche (monociti) •Solo le cellule endoteliali proliferano in risposta al VEGF•VEGFR-2 è il principale regolatore della vasculogenesi•VEGFR-1 agisce in endoteli di vasi maturi •I segnali mediati da VEGFR-2 provocano modificazioni nella morfologia e nella riorganizzazione dell’actina delle cellule endoteliali che lo esprimono

… la proteina:La famiglia del VEGF fa parte di una super famiglia di fattori di cresita caratterizzati dalla presenza di motivi a nodo di cisteina.E’ composta da:• VEGF (anche detto VEGF-A)• VEGF-B: anche detto VEGF related factor (VRF) 44% di identità amminoacidica con VEGF lega VEGFR-1 forma omodimeri ed eterodimeri (con VEGF) presenta due isoforme negli embrioni è espresso durante lo sviluppo del cuore nell’adulto è espresso nel muscolo cardiaco e scheletrico espressione non indotta a seguito di ipossiemia interviene nella regolazione della vascolarizzazione• VEGF-C: anche detto (VRF) è il ligando di VEGFR-3 e VEGFR-2 30 % d’identità con VEGF induce permeabilità vascolare effetto mitogenico sulle cellule endoteliali espressione indotta da citochine infiammatorie

… la proteina:VEGF-D: strutturalmente molto simile a VEGFR-C 31% di identità amminoacidica con VEGF lega VEGFR-2 e VEGFR-3 può interagire con proteine legate alla membrana ha un effetto mitogenico sulle cellule endoteliali espressione indotta dal fattore trascrizionale c-fos

PIGF: Placenta Growth Factor espresso prevalentemente nella placenta forma omodimeri ed eterodimeri (con VEGF) 46 % d’identità con VEGF lega VEGF-1 presenta tre diverse isoforme

… il ruolo biologico:

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… la regolazione:•L’espressione di VEGF viene aumentata nei tumori, in cellule adiacenti a regioni necrotiche e in risposta a ipossiemia

• La regolazione dei livelli di VEGF è mediata principalmente da: 1. IPOSSIEMIA: HIF1 (Hipoximia-inducible factor-1) 2. FATTORI di CRESCITA e CITOCHINE: TNF-α TGF-β EGF PDGF-BB 3. ORMONI : Estrogeni

•L’mRNA di VEGF viene stabilizzato da pVHL, un oncosoppressore

ANGIOGENESI PATOLOGICA:• Patologie a BASSA attività angiogenica (danneggiamento dei tessuti in seguito ad un’ischemia o ad insufficienza cardiaca)• Patologie ad ALTA attività angiogenica (tumori e infiammazioni croniche)

PRINCIPALI PATOLOGIE correlate ad un’attività ANGIOGENICA:•Artrite reumatoide•Psoriasi•Retinopatia proliferativa idiopatica•Retinopatia diabetica•Degenerazione maculare correlata all’età (AMD)•Patologie di carattere degenerativo associati a fenomeni di per ossidazione dei tessuti ed ipossia (processi aterosclerotici)•Malattie vascolari a carattere obliterante•Retinopatia diabetica•Neoplasie

…ANGIOGENESI TUMORALE:

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Il tumore induce l’espressione di VEGFR-1 e VEGFR-2 nelle cellule endoteliali adiacenti ai vasi.

La secrezione di VEGF nelle regioni centrali del tumore porta alla formazione di un gradiente attraverso il tumore che ha la funzione di attrarre la crescita dei vasi sanguigni

L’angiogenesi costituisce un fattore limitante per la crescita del tumore e svolge un importante ruolo nel processo di metastatizzazione.

…ANGIOGENESI TUMORALE:L’angiogenesi tumorale è caratterizzata dalla mancanza di un equilibrio tra segnali pro- e anti-angiogenetici.

Questo comporta la formazione di vasi morfologicamente e funzionalmente differenti da quelli normali.

Le caratteristiche principali sono : - forma irregolare- diametro maggiore- presenza di strutture aberranti- presenza di cellule tumorali incorporate nella parete dei

vasi- interazioni alterate tra cellule endoteliali e periciti- distribuiti in modo non uniforme- non organizzati in venule, arteriole e capillari- spesso emorragici (permeabilità alle proteine plasmatiche)- flusso di sangue irregolare all’interno dei vasi

I FARMACI ANTI-ANGIOGENICI:

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Utilizzo di ANTICORPI MONOCLONALI (MoAB):

• AVASTIN (Bevacizumab) Cancro del colon retto

• LUCENTIS (Ranibizumab) AMD

BIBLIOGRAFIA:1. Gabriele Bergers and Laura E. Benjamin, Tumorigenesis and the

angiogenic switch, Nature Rev Cancer, 3:401, 20032. Tuija Mustonen et al., Endothelial receptor tyrosine kinases involved

in angiogenesis, J Cell Biol, 129:895, 19953. Ann Hoeben et al., Vascular endothelial growth factor and

angiogenesis, Pharmacol Rev., 56:549, 20044. Federico Bussolino et al., Molecular mechanism of blood vessels

formation, TIBS, 22:251, 19985. Napoleone Ferrara et al., The biology of vascular endothelial growth

factor, Endocr Rev., 18:4, 19976. Marc G. Achen and Steven A. Stacker, The vascular endothelial

growth factor family; proteinswhich guide the development of the vasculature, Int J Exp Pathol, 79:255, 1998

7. Werner Risau et al., Mechanisms of angiogenesis, Nature, 386:671, 1997

8. Ana R. Quesada et al., Anti-angiogenic drugs: from bench to clinical trials, Med Res Rev, 26:483, 2006

9. www.ifom-firc.it