Part I. Role of Angiopoietin-Tie2 System in Schlemm’s Canal Integrity and Glaucomagenesis
Elevated intraocular pressure (IOP) because of increased resistance to aqueous humor outflow (AHO) is a main cause of primary open-angle glaucoma (POAG), however its pathogenesis is poorly understood. Here, I demonstrate that angiopoietin (Angpt)-Tie2 signaling, which is critical for formation of Schlemm’s canal (SC), is also indispensable for maintaining SC integ-rity during adulthood. Deletion of double Angpt1/Angpt2 or Tie2 in adult mice severely im-pairs SC integrity and transcytosis, leading to elevated IOP, retinal neuron damage, and im-pairment of retinal ganglion cell function, all POAG hallmarks. SC integrity is maintained by interconnected and coordinated roles of Angpt-Tie2 signaling, AHO, and Prox1 activity. These roles diminish in the SC during aging, leading to impaired integrity and transcytosis. Intriguingly, Tie2 re-activation using a Tie2 agonistic antibody rescues the POAG phenotype in double Angpt1-/Angpt2-deleted mice and rejuvenates the SC in aged mice. These results indicate that the Angpt-Tie2 system is essential for SC integrity. The impairment of this system reflects POAG-associated pathogenesis, and Tie2 agonists could be a therapeutic option for glaucoma.
Part II. Role of Angiopoietin-Tie2 System in Choriocapillary Maintenance and Neovascular Age-related Macular Degeneration
Loss of the choriocapillaris, the principal blood supply to the outer retina, is a main initiator of neovascular age-related macular degeneration (NV-AMD). Although repeated administration of vascular endothelial growth factor (VEGF) blockade is overwhelmingly employed to treat NV-AMD, it leads only to temporary relief, and exacerbates choriocapillary rarefaction. Therefore, an advanced treatment for fundamental recovery of NV-AMD is required. Here, I demonstrate that angiopoietin (Angpt)-Tie2 signaling is essential for the maintenance of the choriocapillaris during adulthood. Conditional deletion of Tie2 in adult mice severely impedes choriocapillary maintenance, rendering eyes susceptible to the development of NV-AMD. Moreover, in a side-by-side comparison of intravitreal ABTAA (Angpt2-Binding and Tie2-Activating Antibody) and VEGF-Trap in a NV-AMD mouse model, I show that ABTAA not only suppresses choroidal neovascularization (CNV) and its vascular leakage but also regenerates the choriocapillaris and relieves hypoxia in the avascular space surrounding the CNV. Conversely, VEGF blockade degenerates the choriocapillaris and exacerbates hypoxia although it suppresses CNV and its vascular leakage. Together, my findings establish that Angpt-Tie2 signaling is critical for choriocapillary maintenance, and Tie2 activation by AB-TAA provides a fundamental therapeutic strategy to treat patients with NV-AMD without these adverse effects.
주제 I. 쉴렘관의 완전성 및 녹내장 발생에서 angiopoietin-Tie2 신호전달체계의 역할
방수 유출 경로의 저항이 증가하여 안압이 상승하는 것은 원발개방각녹내장 발생의 주된 원인으로 알려져 있다. 하지만 방수 유출 경로의 저항이 증가하는 기전에 대해서는 아직 잘 밝혀져 있지 않다. 이 연구를 통하여 생쥐에서 쉴렘관의 형성 과정에서 중요한 역할을 하는 Angiopoietin (Angpt)-Tie2 신호전달체계가 성체 생쥐에서 쉴렘관의 완전성을 유지하는데 필수적임을 확인하였다. Angpt1/Angpt2를 동시에 제거하였거나 Tie2를 제거한 성체 생쥐에서 쉴렘관의 완전성 및 통과세포외배출이 심각하게 저해되어 안압 상승, 망막 신경 세포 손상 및 망막 신경절 세포의 기능 손상 등의 원발개방각녹내장의 특징들이 발생하였다. 쉴렘관의 완전성은 Angpt-Tie2 신호전달체계, 방수 유출 및 Prox1의 활성도가 서로 연결되어 함께 작용하는 것에 의해 유지된다. 쉴렘관에서 이들의 역할은 노화 과정 중에 감소되어 쉴렘관의 완전성 및 통과세포외배출을 저해시킨다. 흥미롭게도 Tie2 활성화 항체를 이용하여 Tie2를 재활성화시키면 Angpt1/ Angpt2를 동시에 제거한 생쥐에서 원발개방각녹내장의 특징들을 경감시키고 노령의 생쥐에서 쉴렘관의 활기를 되찾아주었다. 이 연구의 결과는 Angpt-Tie2 신호전달체계가 쉴렘관의 완전성에 필수적임을 보여주었고, 저해된Angpt-Tie2 신호전달체계는 원발개방각녹내장의 발생 기전을 반영함을 시사하였으며, Tie2 활성화가 향후 새로운 녹내장 치료로서 활용될 가능성을 제시하고 있다.
주제 II. 맥락막 모세혈관의 유지 및 신생혈관을 동반한 연령관련황반변성에서 angiopoietin-Tie2 신호전달체계의 역할
외측 망막에 대한 혈류 공급을 주로 담당하고 있는 맥락막 모세혈관의 소실은 신생 혈관을 동반한 연령관련황반변성 (neovascular age-related macular de-generation, NV-AMD)의 주된 초기자이다. NV-AMD의 치료에 혈관내피 성장인자 억제 치료가 널리 사용되었으나 치료 효과가 일시적이고 맥락막 모세혈관의 소실을 악화시킨다는 한계가 있었기 때문에 NV-AMD로부터의 완전한 회복을 위해 발전된 치료가 요구되어 왔다. 이 연구는 Angpt-Tie2 신호전달체계가 성체 생쥐에서 맥락막 모세혈관의 유지에 필수 적임을 규명하였다. 성체 생쥐에서 Tie2를 제거하면 맥락막 모세혈관의 유지에 심각하게 방해가 되며, 이는 눈을 NV-AMD가 발생하기 쉬운 상태로 만들었다. 게다가 NV-AMD 생쥐 모델에서 유리체강 내에 Angpt2 결합-Tie2 활성화 항체 (ABTAA) 혹은 항 혈관내피 성장인자 항체를 주사한 후에 비교를 한 결과, ABTAA는 맥락막 신생혈관 및 혈관 누출을 억제할 뿐만 아니라 맥락막 신생혈관을 둘러싸고 있는 무혈관 부위에서 맥락막 모세혈관을 재생시키고 저산소증을 완화시켰다. 반면에 항 혈관내피 성장인자 항체는 비록 맥락막 신생혈관 및 혈관 누출을 억제하였으나 오히려 맥락막 모세혈관을 억제하고 저산소증을 악화시켰다. 이 연구의 결과는 Angpt-Tie2 신호전달체계가 맥락막 모세혈관의 유지에 필수적임을 보여주었고, ABTAA를 이용한 Tie2 활성화가 이러한 부작용 없이 NV-AMD 환자들의 치료에 있어서 근본적인 치료적 접근법을 제공할 수 있음을 보여주었다.
