Open Access

Erika Deak

• It has been shown that stem and progenitor cells are therapeutically effective after i.v application. Yet, many aspects regarding intracellular signaling pathways which are involved in the homing and local action of these cells still have to be elucidated. In this work, it was aimed to investigate the role of the small GTPase Rap1 in adhesion activation in Hematopoietic Stem and Progenitor Cells (HSC/HPC) and in Mesenchymal Stem Cells (MSC). The potential role of Rap1 was assessed in, mice which were homozygote negative for the expression of the Rap1a gene. Peripheral blood lymphocyte counts as well as numbers of HPCs in the blood were decreased in Rap1a-/- mice compared to wild-type controls. Additionally the adhesion capability of HPCs from Rap1a-/- to the endothelial ligand, Vascular Cell Adhesion Molecule – 1 under shear stress was decreased. The hematopoietic repopulation potential of Rap1a-/- HPC was however not decreased in a competitive bone marrow transplantation model, indicating that deficiency of Rap1a in HSC/HPC does not negatively affect their ability to interact with the bone marrow microenvironment. In contrast, the isolation of MSC was not possible from Rap1a-/- bone marrow, indicating an altered situation in the bone marrow niche through changed stromal cell behaviour. Instead, Rap1a+/- MSC could be isolated and showed an adhesion deficit under shear stress. In contrast, no differences were noted in their differentiation potential. In a mouse homing model, the overall ability of the Rap1a+/- MSC to home to different tissues was found preserved. Finally, in a murine subcutaneous carcinoma model, cells with an HPC phenotype were observed to be present in the tumor microenvironment, and it was shown that they home directly to tumors. Since HPC isolated from bone marrow were able to differentiate into cells with a pro-angiogenic phenotype in vitro, HPC may be of relevance for neovascularization, as tumor-infiltrating progenitor cells. The results of the study should contribute to the understanding of the regulation of progenitor cell homing behaviour in situations simulating cell therapy approaches in preclinical situations.
• Es wurde gezeigt, dass Stamm- und Vorläufer zellen nach i.v. Anwendung therapeutisch wirksam sind. Jedoch müssen noch viele Aspekte bezüglich intrazellulärer Signalwege, die am Homing und der lokalen Wirkung dieser Zellen beteiligt sind, aufgeklärt werden. Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle der kleinen GTPase Rap1a in bezug auf das Homing- und Adhäsionsverhalten von hämatopoietischen Stamm- und Vorläuferzellen (HSC / HPC) wie auch von mesenchymalen Stromazellen (MSC) zu untersuchen. Die Untersuchungen zum Einfluss von Rap1a auf das Homing und die Adhäsion wurde in Mäusen durchgeführt, die homozygot negativ für die Expression von Rap1a waren. In Rap1a-/- Mäusen war die Anzahl an peripheren Blutlymphozyten im Vergleich zu Wildtypmäusen ebenso erniedrigt wie die Bindung von HPCs an den endothelialen Liganden VCAM-1 (Vascular Cell Adhesion Molecule 1) unter Scherdruckbedingungen. Das hämatopietische Repopulierungspotential von Rap1a-/- HPCs war jedoch bei Verwendung eines kompetitven Knochenmark-Transplantationsmodells nicht verändert, was darauf hindeutet, dass die Defizienz von Rap1a in HSCs bzw. HPCs deren Interaktionen mit der Knochenmark-Mikroumgebung nicht negativ beeinflusst. Dagegen war es nicht möglich, MSC aus Knochenmark von Rap1a-/- Mäusen zu isolieren. Dies deutet auf eine veränderte Situation in der Knochenmarkniche durch eine Veränderung der stromalen Zellen hin. Stattdessen konnten aus Rap1a+/- Mäusen MSCs isoliert werden. Diese zeigten eine verminderte Adhäsion unter Scherdrücken. Jedoch wurden keine Unterschiede in ihrem Differenzierungspotential gefunden. In einem murinen Homingmodell war die Fähigkeit der Rap1a+/- MSCs in verschiedene Organe zu homen unverändert. Abschließend konnten in einem murinen subcutanen Tumormodell Zellen mit einem hämatopoietischen Vorläuferphenotyp im Tumor gefunden werden, welche in den Tumor einwandern. Da hämatopoietische Vorläuferzellen aus Knochenmark die Fähigkeit besitzen in Zellen mit einem proangiogenen Phenotyp in vitro zu differenzieren, können die in den Tumor eingewanderten HPCs bei der Neovaskularisierung eine entscheidende Rolle spielen. Die Ergebnisse dieser Arbeit können zum Verständnis der Regulation des Homingverhaltens von Vorläuferzellen und somit zur Verbesserung von Zelltherapieansätzen beitragen.