Knockdown of CDCP1 Inhibits ox-LDL-Induced Phenotypic Transition and Lipid Accumulation in Vascular Smooth Muscle Cells via Downregulating the ITGB4/PI3K/AKT Pathway

De slagaders die bloed door het hele lichaam transporteren, zijn bekleed met een laag gladde spiercellen. Onder normale omstandigheden fungeren deze cellen als de stevige, flexibele wanden van een tuinslang, waarbij ze de vorm van het vat behouden en helpen bij het reguleren van de bloedstroom. Echter, wanneer het lichaam wordt blootgesteld aan hoge niveaus van slecht cholesterol of chronische ontsteking, kunnen deze cellen een dramatische verandering ondergaan. Ze verliezen hun structurele rol en beginnen zich meer te gedragen als immuuncellen, specificaal macrofagen. In deze nieuwe staat beginnen ze vetdeeltjes op te eten, op te zwellen met lipiddruppels en signalen vrij te geven die ontstekingen bevorderen. Deze transformatie is een cruciale stap in de ontwikkeling van atherosclerose, het verstijven en vernauwen van slagaders dat leidt tot hartaanvallen en beroertes. Hoewel artsen al lang weten dat deze verschuiving plaatsvindt, bleven de specifieke moleculaire schakelaars die de cellen van een beschermende naar een gevaarlijke staat omzetten, grotendeels een mysterie.

Een team onderzoekers van het Southern University of Science and Technology Hospital heeft nu een van deze schakelaars geïdentificeerd. Door menselijke weefselmonsters te bestuderen en experimenten uit te voeren op muizen en cellen in het laboratorium, ontdekten zij dat een eiwit genaamd CDCP1 een centrale rol speelt in het aanjagen van deze schadelijke transformatie. Hun werk suggereert dat wanneer CDCP1 in grote hoeveelheden aanwezig is, het gladde spiercellen aanmoedigt om van identiteit te veranderen en vet te accumuleren, wat de vorming van arteriële plaques versnelt. De studie, die onlangs werd gepubliceerd, volgt het pad van dit eiwit van het oppervlak van de cel tot diep in de genetische instructies binnenin, en onthult een keten van gebeurtenissen die een nieuwe manier kan bieden om over de behandeling van cardiovasculaire ziekten na te denken.

Het onderzoek begon met een zoektocht naar aanwijzingen die verborgen lagen in bestaande gegevens. De onderzoekers analyseerden genetische informatie van menselijke atherosclerotische plaque-weefsels en vergeleken deze met gezondere weefselmonsters. Ze waren op zoek naar genen die consistent 'aan' stonden in zieke slagaders. Deze digitale screening wees naar CDCP1 als een gen dat aanzienlijk actiever was in de plaques dan in normaal weefsel. Om deze bevinding in een levend systeem te bevestigen, kregen de onderzoekers muizen een vetrijk dieet om atherosclerose op te wekken. Na twaalf weken hadden de muizen significante vetophopingen in hun slagaders ontwikkeld, vergelijkbaar met de menselijke conditie. Toen de onderzoekers de slagaders van deze muizen onderzochten, vonden zij dat de CDCP1-niveaus inderdaad veel hoger waren in de plaquegebieden vergeleken met de gezonde secties. Dit bevestigde dat het eiwit niet slechts een toeschouwer is, maar nauw verbonden is met het ziekteproces in zowel mensen als dieren.

Vervolgens wilden de wetenschappers precies zien wat CDCP1 binnen de cellen deed. Ze kweekten vasculaire gladde spiercellen van muizen in een schaaltje en stelden deze bloot aan geoxideerd low-density lipoproteïne, een vorm van slecht cholesterol die de ziekte triggert. Zoals verwacht begonnen de cellen te veranderen. Ze stopten met het functioneren als spier en begonnen zich te gedragen als vet-etende immuuncellen, waarbij ze meer cholesterol opnamen en lipiddruppels accumuleerden. Cruciaal was dat de cellen tijdens dit proces ook meer CDCP1 produceerden. Om te testen of CDCP1 deze veranderingen daadwerkelijk veroorzaakte, gebruikten de onderzoekers een techniek om het gen dat verantwoordelijk is voor de productie van het eiwit te verzwijgen (silencing). Wanneer zij de hoeveelheid CDCP1 in de cellen verminderden, stopten de schadelijke veranderingen. De cellen behielden hun spierachtige kenmerken, produceerden minder ontstekingssignalen en, het belangrijkste, absorbeerden veel minder vet. De lipiddruppels die de cellen gewoonlijk vullen, werden significant verminderd, wat suggereert dat de cellen zonder CDCP1 beschermd waren tegen de toxische effecten van het cholesterol.

Om te begrijpen hoe dit eiwit dergelijke controle uitoefent, keek het team dieper in het interne signaleringsnetwerk van de cel. Ze sequentieerden het RNA van de cellen met en zonder CDCP1 om te zien welke andere genen werden beïnvloed. De analyse onthulde dat wanneer CDCP1 werd uitgeschakeld, een specifiek pad bekend als de PI3K/AKT-route minder actief werd. Dit pad is een bekende communicatielijn binnen cellen die vaak groei en overleving aanstuurt. De onderzoekers ontdekten dat CDCP1 werkt door een ander eiwit, genaamd ITGB4, stabiel en actief te houden. ITGB4 fungeert als een trigger voor de PI3K/AKT-route. In de aanwezigheid van hoog CDCP1 blijft ITGB4 stabiel, blijft de route ingeschakeld en transformeren de cellen in vetrijke, ontstekingsgevoelige cellen. Echter, wanneer CDCP1 wordt verwijderd, breekt ITGB4 sneller af, schakelt de route uit en blijven de cellen gezond.

Het team onderzocht vervolgens precies hoe CDCP1 ITGB4 stabiel houdt. Zij ontdekten dat CDCP1 niet verandert hoeveel ITGB4 wordt aangemaakt door de genetische machinerie van de cel. In plaats daarvan fungeert het als een schild dat voorkomt dat het ITGB4-bericht te vroeg wordt vernietigd. In cellen waar CDCP1 werd uitgeschakeld, degradeerde het ITGB4-bericht snel, wat leidde tot een daling in de eiwitniveaus die nodig zijn om de ziekte aan te jagen. Dit mechanisme verklaart waarom de cellen anders reageren: zonder het beschermende effect van CDCP1 vervaagt het signaal om te veranderen in een schadelijk celtype. Om deze connectie te bewijzen, voerden de onderzoekers een 'rescue'-experiment uit. Ze schakelden CDCP1 uit, maar voegden vervolgens kunstmatig hoge niveaus van ITGB4 toe of activeerden de downstream-route direct. In deze gevallen veranderden de cellen terug in het schadelijke, vet-accumulerende type, zelfs zonder CDCP1. Dit bevestigde dat de belangrijkste taak van CDCP1 in deze context het in stand houden van de ITGB4-niveaus is, wat op zijn beurt de route activeert die de ziekte aanjaagt.

De bevindingen bieden een duidelijker beeld van hoe atherosclerose zich op cellulair niveau voortplant. Hoewel de studie is uitgevoerd bij muizen en in celculturen, en de onderzoekers opmerken dat verder werk nodig is om deze resultaten bij grotere groepen patiënten te bevestigen, is het ontdekte mechanisme specifiek en direct. Zij hebben aangetoond dat CDCP1 een sleutelregulator is die helpt bij de overgang van gladde spiercellen naar een gevaarlijke staat door een specifiek eiwit te stabiliseren en een kritieke signaleringsroute actief te houden. Door deze keten van gebeurtenissen te identificeren, benadrukt de studie CDCP1 als een potentieel doelwit voor toekomstige therapieën. Als wetenschappers een manier kunnen vinden om CDCP1 te blokkeren of het vermogen ervan om ITGB4 te stabiliseren te verstoren, zou het mogelijk zijn om te voorkomen dat de cellen van identiteit veranderen en het vet accumuleren dat leidt tot hartziekten, wat een nieuwe strategie biedt om de slagaders van binnenuit te beschermen.