Open Access

Jessica Neitz

• Cardiovascular disease (CVD) is the leading cause of death in the western world. Aging as the major risk factor for the development of CVD leads to structural changes in the heart and the vasculature. In addition to endothelial cells, mural cells, including smooth muscle cells and pericytes, form the vascular wall. Pericytes are defined as the perivascular cells located in the basement membrane of the capillaries, which are the smallest components of the vascular system and ensure the gas exchange in the tissue. In the different parts of the terminal vascular bed, pericytes receive different phenotypes and organ-specific functions. In addition to the stabilization of the vascular wall, pericytes are relevant for the formation of new vessels. Due to their potential of multipotent stem cells, pericytes can differentiate into different cell types and thus take a position in developmental processes. Pericytes play a crucial role in the development and diseases of the vascular system. Moreover, pericyte coverage is reduced in the aged heart. Nonetheless, the function of pericytes in the heart and their importance during cardiac aging is not completely understood. To study the pericyte population in the aging heart, we have performed single-nucleus RNA-sequencing analysis comparing hearts from 12-weeks-old (young) and 18-month-old (old) mice. The detailed analysis of 336 differentially expressed genes (DEG) revealed that Rgs5 is downregulated in aged pericytes. Regulator of G-protein signaling 5 (RGS5), an established marker for pericytes, is involved the regulation of the blood pressure and in the formation of various cardiovascular diesases, including cardiac hypertrophy, myocardial infarction and atherosclerosis. We have furthermore confirmed this observation in vivo. Gene ontology (GO) analysis of DEG revealed that aged pericytes are characterized by the downregulation of genes involved in cell adhesion. Further, we have performed cell biology approaches using human brain vascular pericytes (hBVP) to investigate the role of Rgs5 in pericytes in vitro. Efficient knockdown of RGS5, although has no effect on cellular metabolism, viability and endothelial permeability, induces a reduction of pericyte adhesion to both a gelatine matrix and endothelial cells in a 3D matrigel culture. This was associated with the formation of filopodia. The altered phenotype suggested a changing identity of the pericytes. We could confirm that a loss of RGS5 causes a decreased expression of the pericyte markers PDGFRb and NOTCH3 and also leads to an overexpression of COL1A1, a fibroblast marker. Together, our findings suggest that RGS5 is required for pericyte adhesion to endothelial cells and its downregulation in the aged mural cells could explain the reduction of pericyte coverage in the aged hearts. Further, RGS5 may be the key regulator for pericyte identity, as pericytes show an altered expression profile of cellular markers. The dedifferentiation of pericytes to a more fibroblast-like cell type could explain the increased fibrosis during age-related cardiac remodeling. We believe that RGS5 is a great candidate to explore and study the molecular mechanisms that regulate pericyte function in the heart, both in homeostasis and during aging.
• Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind die häufigste Todesursache in der westlichen Welt. Das Altern als Hauptrisikofaktor für deren Entstehung führt zu strukturellen Veränderungen im Herz und in den Gefäßen. Neben den Endothelzellen bilden murale Zellen, darunter glatte Muskelzellen und Perizyten, die Gefäßwand. Perizyten werden definiert als perivaskuläre Zellen, die sich in der Basalmembran der Kapillaren befinden, den kleinsten Bestandteilen des Gefäßsystems, die den Gasaustausch ins Gewebe gewährleisten. In den verschiedenen Teilen des terminalen Gefäßbetts besitzen Perizyten unterschiedliche Phänotypen und organspezifische Funktionen. Neben der Stabilisierung der Gefäßwand sind Perizyten auch für die Gefäßneubildung relevant. Aufgrund ihres Potenzials multipotenter Stammzellen können sich Perizyten in verschiedene Zelltypen differenzieren und so eine wichtige Rolle in Entwicklungsprozessen einnehmen. Sie sind entscheidend an der Entwicklung und Erkrankung des Gefäßsystems beteiligt. Zudem ist die Perizytenabdeckung der Gefäßwand im gealterten Herzen reduziert. Trotzdem ist die Funktion der Perizyten im Herzen und ihre Bedeutung bei der Alterung des Herzens noch nicht vollständig verstanden. Um die Perizytenpopulation im alternden Herzen zu untersuchen, haben wir eine single-nucleus RNA-Sequenzierungsanalyse durchgeführt und dabei die Herzen von Mäusen im Alter von 12 Wochen (jungen) und 18 Monate (alten) miteinander verglichen. Die detaillierte Analyse von 336 differentiell exprimierten Genen (DEG) zeigte, dass Rgs5 in gealterten Perizyten herunterreguliert wird. Der sogenannte Regulator of G-protein signaling 5 (RGS5), ein etablierter Marker für Perizyten, ist an der Regulation des Blutdrucks und an der Entstehung verschiedener kardiovaskulärer Erkrankungen beteiligt, darunter Herzhypertrophie, Myokardinfarkt und Atherosklerose. Darüber hinaus haben wir diese Beobachtung in vivo bestätigt. Die Genontologieanalyse der DEG ergab, dass gealterte Perizyten durch die Herunterregulierung von Genen gekennzeichnet sind, die an der Zelladhäsion beteiligt sind. Außerdem haben wir zellbiologische Versuche mit humanen Hirngefäßperizyten (hBVP) durchgeführt, um die Rolle von RGS5 in Perizyten in vitro zu untersuchen. Ein effizienter Knockdown von RGS5 hat zwar keinen Einfluss auf den zellulären Metabolismus, die Lebensfähigkeit und die endotheliale Permeabilität, induziert jedoch eine Reduktion der Perizytenadhäsion sowohl an einer Gelatinematrix als auch an Endothelzellen in einer 3D-Matrigelkultur. Dies war mit der Bildung von Filopodien verbunden. Der veränderte Phänotyp deutete auf eine veränderte Identität der Perizyten hin. Wir konnten bestätigen, dass ein Verlust von RGS5 eine verminderte Expression der Perizytenmarker PDGFRB und NOTCH3 verursacht und darüber hinaus zu einer Überexpression von COL1A1, einem Fibroblastenmarker, führt. Zusammenfassend deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass RGS5 für die Perizytenadhäsion an Endothelzellen erforderlich ist und seine Herunterregulierung in den gealterten muralen Zellen die Verminderung der Perizytenabdeckung in den gealterten Herzen erklären könnte. Darüber hinaus könnte Rgs5 der Schlüsselregulator für die Perizytenidentität sein, da Perizyten ein verändertes Expressionsprofil von zellulären Markern aufweisen. Die Dedifferenzierung der Perizyten zu einem eher Fibroblasten-ähnlichen Zelltyp könnte die erhöhte Fibrose während den altersbedingten kardialen Remodulierungsprozessen erklären. Wir glauben, dass RGS5 ein hervorragender Kandidat für die Erforschung und Untersuchung der molekularen Mechanismen ist, die die Perizytenfunktion im Herzen sowohl in der Homöostase als auch während des Alterns regulieren.