Albert Franz Jakob Busch

• Introduction: Abdominal aortic aneurysm (AAA) is a pathological saccular enlargement most often of the infrarenal aorta. Eventual rupture is fatal, making preemptive surgical therapy upon a diameter threshold of >50mm the treatment of choice. The pathophysiology, especially the initial trigger aortic remodeling is still largely unknown. However, some characteristic features involved in aneurysm growth have been established, such as medial angiogenesis, low-grade inflammation, vascular smooth muscle cell (VSMC) phenotype switch, extracellularIntroduction: Abdominal aortic aneurysm (AAA) is a pathological saccular enlargement most often of the infrarenal aorta. Eventual rupture is fatal, making preemptive surgical therapy upon a diameter threshold of >50mm the treatment of choice. The pathophysiology, especially the initial trigger aortic remodeling is still largely unknown. However, some characteristic features involved in aneurysm growth have been established, such as medial angiogenesis, low-grade inflammation, vascular smooth muscle cell (VSMC) phenotype switch, extracellular remodeling, altered hemodynamics and an eventual humoral immune answer. Currently, no medical treatment options are available. RNA therapeutics and drug repurposing offer new possibilities to overcome this shortage. Using such to target angiogenesis in the aneurysm wall and investigate their potential mechanisms is the aim of this thesis. Material and Methods: We test our hypothesis by targeting the long non-coding RNA H19 and re-use the anti-cancer drug Lenvatinib in two murine inducible AAA models and one preclinical large animal model in the LDLR-/- pig. Furthermore, a H19-/- mouse is included to verify the results. AAA and control samples from a human biobank along with a primary human cell culture are used to verify results ex vivo by qPCR, WesternBlot, live cell imaging, histo- and immunohistochemistry along with gene array analysis, RNA knockdown, pull-down- and promotor assays. Results: H19 is significantly upregulated in AAA mice models and its knockdown limited aneurysm growth. It is well known that H19 interacts with several transcription factors. We found that cytoplasmic interaction between H19 and hypoxia-inducible factor 1-alpha (HIF1α) increased apoptosis in cultured SMCs associated with sequential p53 stabilization. In contrast, the knockdown of H19 was associated with markedly decreased apoptotic cell rates. Our data underline that HIF1α was essential in mediating the pro-apoptotic effects of H19. Secondly, Lenvatinib was applied both systemically and locally by endovascular means in mice with an established AAA. The drug significantly halted aneurysm growth and array analysis revealed myosin heavy chain 11 (MYH11) as the most differentially regulated target. This was shown to be up regulated after Lenvatinib treatment of primary AAA smooth muscle cells suggesting a salvage mechanism to obtain a contractile phenotype based on gene expression and immunohistochemistry. The same results were shown upon a local endovascular Lenvatinib-coated balloon angioplasty in the established aneurysmatic lesion of a novel atherosclerotic LDLR-/- Yucatan minipig model. Decreased phosphorylation of extracellular-signal regulated kinases 1-2 (ERK1-2) is the downstream effect of Lenvatinib-specific blockage of the vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR2). Conclusion: Taking into account the heterogeneity of the disease, inhibition of VSMC phenotype switch, extracellular remodeling and angiogenesis seem promising targets in some if not all AAA patients. Together with surveillance and surgical therapy, these new non-invasive treatment strategies would allow for a more personalized approach to treat this disease.…
• Einleitung: Das abdominale Aortenaneurysma (AAA) ist eine Erweiterung der infrarenalen Aorta. Die größte Gefahr ist eine Ruptur, sodass eine präemptive chirurgische Ausschaltung ab 50mm Durchmesser empfohlen wird. Insbesondere die initialen Triggermechanismen zur AAA Entstehung sind weiterhin unklar. Einige charakteristische Eigenschaften des Aneurysmawachstums sind z.B. Angiogenese in der Media, low-grade Entzündung, die vascular smooth muscle cell (VSMC) Phänotyp-Änderung, Remodelling der extrazellulären Matrix, eine veränderte HämodynamikEinleitung: Das abdominale Aortenaneurysma (AAA) ist eine Erweiterung der infrarenalen Aorta. Die größte Gefahr ist eine Ruptur, sodass eine präemptive chirurgische Ausschaltung ab 50mm Durchmesser empfohlen wird. Insbesondere die initialen Triggermechanismen zur AAA Entstehung sind weiterhin unklar. Einige charakteristische Eigenschaften des Aneurysmawachstums sind z.B. Angiogenese in der Media, low-grade Entzündung, die vascular smooth muscle cell (VSMC) Phänotyp-Änderung, Remodelling der extrazellulären Matrix, eine veränderte Hämodynamik und eine humorale Immunantwort. Gegenwärtig sind neben den chirurgischen, keine medikamentösen Therapiealternativen vorhanden. RNA-Therapien und drug repurposing könnten dies ändern. Ziel dieser Arbeit ist die Beeinflussung der Angiogenese, um das Wachstum von AAAs zu verändern. Material und Methoden: Um diese Hypothese zu überprüfen wurden zwei verschiedene Ansätze verfolgt: Inhibition der long non-coding RNA H19 und die Verwendung von Lenvatinib in zwei Mausmodellen mit induzierbarem AAA und einem präklinischen Großtiermodell im LDLR-/- Schwein. Zusätzlich wurden Versuche in einer H19-/- Maus durchgeführt. AAA und Kontrollen aus einer humanen Biobank in Kombination mit der Verwendung einer primären Zellkultur aus AAA Patientenproben, wurden mittels qPCR, WesternBlot, live cell imaging, Histo- und Immunhistochemie sowie Microarray Analysen und RNA knockdown untersucht. Ergebnisse: Wir zeigen, dass experimenteller knockdown von H19, mittels antisense Oligonukleotiden (LNA-GapmeRs) in vivo das AAA Wachstum signifikant einschränkt. In vitro reduziert dieser knockdown deutlich die Apoptoserate von menschlichen aortalen VSMCs. Mittels array Analyse wurde hypoxia-inducible factor 1-alpha (HIF1α) als Zielgen identifiziert. Zytoplasmatische Interaktion zwischen H19 und HIF1α führt zu einer Stabilisierung von p53. Dieser Mechanismus konnte auch in H19-/- Mäusen bestätigt werden, die nach AAA Induktion kein Aneurysma entwickelten. Zweitens konnte Lenvatinib sowohl bei systemischer, wie auch bei lokaler Applikation in Mäusen mit etabliertem AAA deren Wachstum signifikant einschränken. In einer Microarray Analyse wurde hier myosin heavy chain 11 (MYH11) als am deutlichsten verändertes Gen identifiziert. In primären humanen AAA Zellen war dies nach Lenvatinib Behandlung deutlich hochreguliert und deutet damit einen Erhalt des kontraktilen VSMC Phänotyps an. Der gleiche Effekt konnte im Großtiermodell nach lokaler endovaskulärer Behandlung mit einem Lenvatinib-coated balloon in einem neuen LDLR-/- Yucatan minipig Modell gezeigt werden. Reduzierte Phophorylierung von ERK1-2 ist das Ergebnis der Lenvatinib-spezifischen Blockade von vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR2). Schlussfolgerung: Zieht man die Heterogenität der Erkrankung AAA in Betracht, ist die Inhibition von VSMC Phänotyp Änderung, Remodelling der Matrix und Angiogenese möglicherweise ein guter Mechanismus um die Aneurysmen einiger Patienten zu behandeln. Diese neuen Ansätze werden möglicherweise in Kombination mit Überwachung und chirurgischer Therapie einen personalisierten Ansatz in der Therapie erlauben.…