VEGF regelt chemo-attractie van commissural axonen via zijn receptor Flk 1

11-07-2011

Neuron (multicenterstudie Prof. P. Carmeliet en Prof. F. Charron)

Samenvatting
Groeiende axonen (uitloper van neuron) worden naar hun einddoel geleid door attractieve (aantrekkende, positieve) en repulsieve (afstotende, negatieve) signalen. Bij de embryonale ontwikkeling van het ruggenmerg geleiden Netrin-1 (eiwit, genoemd naar het Sanskriet-woord “Netr”: degene die geleidt) en Shh (Sonic hedgehog homolog-eiwit) de commissural axonen(verbindingsaxonen) naar de middellijn. De gecombineerde inhibitie van hun activiteit op de commissural axonen schakelen echter niet volledig de geleiding naar de bodemplaat uit, wat doet vermoeden dat er nog bijkomende signalen bestaan. In deze studie tonen wij dat het prototype VEGF (vascular endothelial growth factor) gesecreteerd wordt door de bodemplaat en een chemo-attractant (chemische aantrekking) is voor commissural axonen in vitro en in vivo. Inactivatie van dit VEGF in de grondplaat of van zijn receptor Flk1 (foetal liver kinase 1) in de commissural axonen veroorzaakt geleidingsstoornissen terwijl Flk1 blokkade de omzetting naar VEGF inhibeert in vitro. Zoals Shh en Netrin-1 zal ook VEGF-geleiding de activiteit van de Src-family kinasen nodig hebben. Onze resultaten bewijzen dat VEGF en Flk1 een nieuw ligand/receptor-paar is in de controle van de geleiding in commissural axonen.

Resultaten en discussie
Gedurende de vorming van het zenuwstelsel reageren de axonen op attractieve (aantrekkende, positieve) of repulsieve (afstotende, negatieve) geleidingssignalen om naar hun eindbestemming te groeien. Alleen een klein aantal geleidingssignalen werden tot nu toe geïdentificeerd, waardoor we besluiten dat er nog bijkomende signalen moeten ontdekt worden. Een goed gekend studiemodel voor de axongeleiding is de voorhoorn-middellijn van het ruggenmerg. Bij de ontwikkeling versturen commissural neurons (verbindingsneuronen), gelocaliseerd in de achterhoorn van het ruggenmerg, axonen naar en zelfs doorheen de bodemplaat, een gespecialiseerde structuur op de ventrale (voorste) middellijn die werkt als een tussenschakel bij de beïnvloeding van de commissural axonen in positieve of negatieve zin. Het eerste middellijn-signaal Netrin-1 heeft twee verschillende activiteiten op de precrossing commissural axonen: het stimuleert de groei en geleidt de axonen naar de bodemplaat. Deze precrossing commissural axonen worden ook geleid door Shh dat chemoattractief is op de commissural axonen zonder echter hun groei te stimuleren. Alhoewel Shh en Netrin-1 dienen voor de normale geleiding van de commissural axonen is het toch boeiend te zien dat, wanneer dorsale (achterste) ruggenmerg explanten (stukjes weefsel) in contact komen met Netrin-1-deficiente bodemplaten samen met Shh-inhibitoren, er toch nog commissural axonen aangetrokken worden. Dit doet vermoeden dat de bodemplaat nog andere chemische attractiestoffen dan Shh en Netrin-1 bevat.  Deze zijn echter nog niet gekend. Toch groeit de evidentie dat VEGF-A een sleutelrol speelt in het zenuwstelsel, namelijk groei, migratie, differentiatie en overleving van de neuroblasten (primitieve zenuwcel die nadien ontwikkelt tot neuron of gliacel)

VEGF werkt via Flk1 als een chemische aantrekking van de bodemplaat voor commissural axonen en is dus een nieuw ligand/receptor-paar dat de commissural axonen geleidt. Precrossing commissural axonen induceren kleine hoeveelheden Flk1 die zich binden met VEGF welke dus via Flk1 chemisch attractief is voor commissural axonen. Flk1 is dus noodzakelijk voor de geleiding van commissural axonen in vivo. Bodemplaat-afhankelijke geleidingssignalen zoals Netrin-1 en Shh induceren locale wijzigingen ter hoogte van de groeiconus (uiteinde van axon) op een onafhankelijke transcriptiewijze (van RNA molleculen op DNA-matrix)

Src family kinasen (SFKs)-genen komen tussen in de axongeleiding door VEGF. VEGF activeert SKFs in de commissural neuronen en deze SKFs-activiteit is op haar beurt nodig voor de VEGF-gemedieerde commissural axonen geleiding. VEGF was oorspronkelijk bekend als een angiogenetische (bloedvatvormende) factor. Bijkomende studies vonden echter dat deze factor ook direct neuronen kan beïnvloeden onafhankelijk van zijn angiogenetische activiteit. In de (embryogenetische) ontwikkeling van het ruggenmerg regelt VEGF de vorming van de neurovasculaire plexus en ook de bloedvaten vanaf deze plexus naar de avasculaire neuronale buis; alhoewel de vascularisatie van de neuronale buis gebeurt gelijktijdig met de middellijn-overschrijding van commissural axonen, tonen onze studies van de Flk1 inactivatie aan dat VEGF chemo-attactie vertoont van deze axonen onafhankelijk van enige vasculaire VEGF-activiteit. Deze studie is de eerste publicatie van deze bevindingen.

Vertaling: Willy Roesems

Share