Een niet-metabole rol van glutamine synthetase als regulator van het endotheelcel actine cytoskelet gedurende bloedvatvorming?

Bloedvat endotheelcellen (ECs) bekleden het lumen van alle bloedvaten in het lichaam. Onder normale physiologische homeostase zijn ECs in rust, maar kunnen gedurende ziekte geactiveerd worden en drie verschillende phenotypes aannemen. EC activatie is een staat waarbij celadhesie moleculen verhoogd tot expressive komen, dit zorgt er onder andere voor dat immuuncellen worden gerekruteerd en geactiveerd in inflammatoire ziekten. EC dysfunctie is een staat waarin ECs niet langer hun normale fysiologische functies kunnen uitvoeren zoals de regulatie van de vasotonus, immuuncel recruitering, coagulatie, etc. EC dysfunctie komt voornamelijk voor in ziektes als diabetes en atherosclerose. Ten derde kunnen ECs een angiogene staat aannemen en specialiseren tot het aanleggen van nieuwe bloedvaten. Angiogenese is een belangrijke karakteristiek van ziekten als kanker en obesitas.

            Het therapeutisch inhiberen van angiogene ECs met drugs die pro-angiogene groeifactor signalisatie blokkeren is goedgekeurd als klinische behandeling voor het verminderen van neovascularizatie in leeftijdsgerelateerde macula degeneratie (LMD) en kanker. Helaas limiteren intrinsieke en verworven resistentie de effectiviteit van de behandeling in beide ziekten. Functionele genetica studies in gezonde ECs toonden aan dat groeifactor signalisatie convergeert op de centrale stofwisseling, en dat de EC stofwisseling deze signalisatie zelfs kan moduleren. Echter, hoe ECs hun stofwisseling aanpassen gedurende ziekte is bijna geheel onbekend.

            Het doel van deze thesis was een atlas van metabole heterogeniteit in individuele ECs in LMD en kanker samen te stellen. Omdat metaboloomanalyse (metabolomics) niet sensitief genoeg is om metabolietniveau's en fluxen in individuele ECs te meten, en wij in eerder werk beschreven dat metabole genexpressieniveaus predictief zijn voor veranderingen in het metabolisme, gebruiken wij hier single cell RNA-sequencing (scRNA-seq) om het metabole transcriptoom in individuele ECs te bestuderen.

            In de eerste studie gebruikten wij single cell RNA-seq voor het bestuderen van ECs in humane en murine longkanker, en identificeerden 17 eerder beschreven en 16 nieuwe EC phenotypes. Geïntegreerde analyse van scRNA-seq met orthogonale multi-omics data en een meta-analyse over verschillende humane tumoren identificeerde collageenmetabolisme en -modificatie als een angiogene target. In een tweede studie gebruikten wij scRNA-seq omLMD ECs te bestuderen. Differentiatie analyse voorspelde dat ECs genen in de centrale stofwisseling en van het collageenmetabolisme tot expressie brengen gedurende angiogene differentiatie. Genome-scale metabolic modeling en een geïntegreerde analyse identificeerde enzymen in proline en collageen biosynthese als mogelijke nieuwe anti-angiogene kandidaten.

            In overeenstemming met het doel van dit project ontwikkelden wij een gebruiksvriendelijke database om het voor niet-bioinformatici mogelijk te maken de grote datasets verder te exploreren, en in eventuele vervolgstudies andere metabole angiogene targets te identificiceren.