Laura de Rooij

Endothelzellen kleiden die Innenseite aller Blutgefäße aus und sind entscheidend für die Regulation des Gefäßtonus, des Gefäßwachstums, von Entzündungsprozessen, der Gefäßpermeabilität und der Blutgerinnung. In sämtlichen Organen und Geweben des Körpers zeigt das Endothel eine bemerkenswerte strukturelle, phänotypische und funktionelle Heterogenität. Zudem ist die Dysfunktion von Endothelzellen ein wesentlicher Treiber von Morbidität und Mortalität bei zahlreichen Erkrankungen – ein Hinweis auf die systemische Relevanz dieser dynamischen Zellpopulation.

Das Labor von Rens de Rooij kombiniert Single-Cell-Omics mit funktionellen vaskulären Testsystemen, um ein vertieftes Verständnis für die Heterogenität von Endothelzellen und ihre Rolle im Gefäßaltern und bei vaskulären Erkrankungen zu gewinnen. Unser übergeordnetes Ziel ist es, die translationale Bedeutung endothelialer Zelltypen sowie ihrer gewebe-, alters- und krankheitsspezifischen Phänotypen für Diagnose und Therapie vaskulärer Pathologien zu untersuchen.

Endothelzellen auf Einzelzellniveau charakterisieren

Mit dem Aufkommen von Single-Cell-Technologien hat sich unser Verständnis zellulärer Heterogenität unter physiologischen und pathologischen Bedingungen grundlegend verändert. Jüngste Studien auf Basis von Single-Cell-Omics haben gezeigt, dass Endothelzellen eine hohe transkriptomische Heterogenität aufweisen – mit zahlreichen Subtypen, deren Genexpressionsprofile vom Ursprungsgewebe oder dem Krankheitskontext abhängen. Im Hinblick auf das Altern ist die Ausprägung und funktionelle Bedeutung dieser Heterogenität jedoch noch weitgehend unerforscht. Darüber hinaus stellt das „Rewiring“ (die funktionelle Umprogrammierung) des Endothels einen frühen, oft übersehenen Aspekt bei der Entstehung vieler Erkrankungen dar.

Ziel unserer Forschung ist es daher, mithilfe von Single-Cell-Technologien eine hochaufgelöste Kartierung des Endothels in verschiedenen Organen, Geweben und Zuständen zu erstellen. Zentrale Fragen sind: Altern alle Endothelzellen auf die gleiche Weise – unabhängig vom Gewebe, in dem sie sich befinden? Beeinträchtigen Alter oder Krankheit die Fähigkeit des Endothels zur Regeneration oder Expansion? Und können wir neue, gewebespezifische Marker und Mechanismen identifizieren, um krankheitsassoziierte Umprogrammierungen frühzeitig zu erkennen, zu verhindern oder zu verzögern?

In-vitro-Modellierung des menschlichen Endothels

Unsere hochaufgelösten Omics-Ansätze ermöglichen es uns, vaskuläre Nischen in gesundem und krankem Gewebe zu kartieren und neue Gene und Signalwege zu identifizieren, die an Endothelfunktion, -pathologie und -alterung beteiligt sind. Um die funktionelle Bedeutung dieser Befunde zu untersuchen, setzen wir ein breites Spektrum an in-vitro-Modellen ein, mit denen wir organotypisch unterschiedliche Endothelzellen in gesunden und krankheitsnahen Bedingungen analysieren und gezielt manipulieren.

Diese Modelle werden durch den Einsatz von 3D-Kultursystemen – etwa „Vessel-on-Chip“-Plattformen – erweitert, die gewebespezifische Signale wie die Zusammensetzung der extrazellulären Matrix oder die Ko-Kultur mit relevanten nicht-vaskulären Zelltypen abbilden können.

Zentrale Forschungsfragen sind unter anderem: Wie beeinträchtigen Alterungsprozesse und zelluläre Seneszenz die Funktion und angiogene Kapazität von Endothelzellen? Und wie können wir in-vitro-Kultursysteme weiterentwickeln, um die Komplexität des menschlichen Endothels in verschiedenen Organen und Geweben besser nachzubilden?

Laura de Rooij studierte Biomedizinische Wissenschaften an der Universität Amsterdam (Niederlande). Anschließend forschte sie am Stem Cell and Cancer Research Institute der McMaster University in Hamilton (Kanada), wo sie die Rolle RNA-bindender Proteine in leukämischen Stammzellen mithilfe eines zweistufigen in-vivo-Screenings auf Basis von CRISPR-Cas9 untersuchte. Für ihre Postdoc-Ausbildung kehrte sie nach Europa zurück und arbeitete unter der Betreuung von Professor Carmeliet im Labor für Angiogenese und vaskulären Stoffwechsel am VIB-KU Leuven (Belgien). Dort leitete sie mehrere Projekte und trug zu einer Vielzahl von Single-Cell-Transkriptomatlanten endothelialer Zellen bei, die aus unterschiedlichen Geweben, präklinischen Modellen und klinischen Patientenproben in gesundem und krankem Zustand erstellt wurden. Ihre Arbeiten lieferten neue Erkenntnisse zur Heterogenität von Gefäßsubtypen in verschiedenen Geweben sowie zur veränderten Zusammensetzung und molekularen Reprogrammierung endothelialer Zellsubtypen bei Krankheit. Darüber hinaus führten ihre Studien zur Entdeckung bislang unbekannter vaskulärer Subtypen und Funktionen – darunter Endothelzellen mit lipidverarbeitendem Phänotyp und potenzieller prognostischer Relevanz bei Brustkrebs sowie Endothelzellen mit vermutlich profibrotischer Funktion bei COVID-19. Laura de Rooij ist seit September 2022 Principal Investigator am CeMM. Ihre Forschungsgruppe widmet sich der Entschlüsselung des transkriptomischen Profils sowie der Rolle zirkulierender Endothelzellen in Gesundheit und Alterung.