ANGIOGENESI e VEGF Università degli Studi di Torino II anno laurea specialistica in BIOTECNOLOGIE MOLECOLARI aa 2007/08 ANGIOGENESI e VEGF Corso di IMMUNOLOGIA MOLECOLARE Prof. Guido Forni Elena Lasorsa

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

…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) [1]

FATTORI ANGIOGENETICI: Transforming growth factor (TGF)- α/(TGF)-β Hepatocyte growth factor (HGF) Vascular endothelial growth factor (VEGF) Platelet-derived growth factor (PDGF) … altri fattori: Tumor necrosis factor (TNF)-α Angiogenina Interleuchina-8 (IL-8) Fibroblast growth factor (FGF) [2]

FATTORI ANGIOGENETICI: Vascular endothelial growth factor (VEGF) [2]

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 [3] VEGF 165 è la specie molecolare predominante mentre VEGF 206 è la più rara

… la proteina: 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 [3] 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 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 [3]

… 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: [3]

… 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 Neoplasie

…ANGIOGENESI TUMORALE: L’angiogenesi costituisce un fattore limitante per la crescita del tumore e svolge un importante ruolo nel processo di metastatizzazione. Il tumore induce l’espressione di VEGFR-1 e VEGFR-2 nelle cellule endoteliali adiacenti ai vasi. [1] 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

…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: Utilizzo di ANTICORPI MONOCLONALI (MoAB): AVASTIN (Bevacizumab)  Cancro del colon retto LUCENTIS (Ranibizumab)  AMD [8]

BIBLIOGRAFIA: Gabriele Bergers and Laura E. Benjamin, Tumorigenesis and the angiogenic switch, Nature Rev Cancer, 3:401, 2003 Tuija Mustonen et al., Endothelial receptor tyrosine kinases involved in angiogenesis, J Cell Biol, 129:895, 1995 Ann Hoeben et al., Vascular endothelial growth factor and angiogenesis, Pharmacol Rev., 56:549, 2004 Federico Bussolino et al., Molecular mechanism of blood vessels formation, TIBS, 22:251, 1998 Napoleone Ferrara et al., The biology of vascular endothelial growth factor, Endocr Rev., 18:4, 1997 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 Werner Risau et al., Mechanisms of angiogenesis, Nature, 386:671, 1997 Ana R. Quesada et al., Anti-angiogenic drugs: from bench to clinical trials, Med Res Rev, 26:483, 2006 www.ifom-firc.it