Refine
Has Fulltext
- yes (2)
Is part of the Bibliography
- yes (2)
Document Type
- Journal article (1)
- Doctoral Thesis (1)
Keywords
- CTGF (1)
- CYR61 (1)
- Connective Tissue Growth Factor (1)
- Endothelzelle (1)
- Medizin (1)
- Mesenchymzelle (1)
Institute
Connective tissue growth factor (CTGF/CCN2) is an angiogenetic and profibrotic factor, acting downstream of TGF-b, involved in both airway- and vascular remodeling. While the T-helper 1 (Th1) cytokine interferon-gamma (IFN-c) is well characterized as immune-modulatory and anti-fibrotic cytokine, the role of IFN-c in lung endothelial cells (LEC) is less defined. Tumour necrosis factor alpha (TNF-a) is another mediator that drives vascular remodeling in inflammation by influencing CTGF expression. In the present study we investigated the influence of IFN-c and TNF-a on CTGF expression in human LEC (HPMEC-ST1.6R) and the effect of CTGF knock down on human LEC. IFN-c and TNF-a down-regulated CTGF in human LEC at the promoter-, transcriptional- and translational-level in a dose- and time-dependent manner. The inhibitory effect of IFN-c on CTGF-expression could be almost completely compensated by the Jak inhibitor AG-490, showing the involvement of the Jak-Stat signaling pathway. Besides the inhibitory effect of IFN-c and TNF-a alone on CTGF expression and LEC proliferation, these cytokines had an additive inhibitory effect on proliferation as well as on CTGF expression when administered together. To study the functional role of CTGF in LEC, endogenous CTGF expression was down-regulated by a lentiviral system. CTGF silencing in LEC by transduction of CTGF shRNA reduced cell proliferation, but did not influence the anti-proliferative effect of IFN-c and TNF-a. In conclusion, our data demonstrated that CTGF was negatively regulated by IFN-c in LEC in a Jak/Stat signaling pathway-dependent manner. In addition, an additive effect of IFN-c and TNF-a on inhibition of CTGF expression and cell proliferation could be found. The inverse correlation between IFN-c and CTGF expression in LEC could mean that screwing the Th2 response to a Th1 response with an additional IFN-c production might be beneficial to avoid airway remodeling in asthma.
Cystein rich protein 61 (CYR61/CCN1) und Connective tissue growth factor (CTGF/CCN2) stellen aufgrund ihrer Multifunktionalität zwei sehr interessante Vertreter aus der derzeit sechs Mitglieder umfassenden Familie der CCN-Proteine (CCN- CYR61/CCN1, CTGF/CCN2, NOV/CCN3, WISP1-3/CCN4-6) dar. Seit der Entdeckung von CYR61 und CTGF konnten die überlappenden, aber meist nicht redundanten zellspezifischen Effekte in verschiedenen Zellsystemen nachgewiesen werden. Die Einflüsse auf zahlreiche Prozesse wie Proliferation und Migration, aber auch Angiogenese und das Überleben von Zellen lassen eine weitreichende Bedeutung im Zusammenhang mit vielen Entwicklungsprozessen vermuten, so auch der des muskuloskelettalen Systems und der Entwicklung der Lunge.
In der vorliegenden Arbeit wurden für die nähere Charakterisierung von CYR61 und CTGF humane mesenchymale Stammzellen (hMSC) und die humane primäre Lungenendothelzelllinie HPMEC-ST1.6R (human pulmonary microvascular endothelial cells) gewählt. Beide Zellsysteme sind für die Untersuchung der Funktionsfähigkeit in den verschiedenen Kompartimenten bestens geeignet. So ist die Zelllinie HPMEC-ST1.6R den primären Endothelzellen, im Vergleich mit anderen in der Forschung eingesetzten Zelllinien, in Bezug auf spezifische Oberflächenmarker am nächsten. Mesenchymale Stammzellen bilden als multipotente Zellen das Rückrat des muskuloskelettalen Systems und sind an der Homöostase des menschlichen Stütz- und Bewegungsapparates maßgeblich beteiligt.
Um experimentell nutzbare Konzentrationen an rekombinanten Proteinen zu erhalten, wurde ein Baculovirus-Expressionsystems gewählt. Nach der erfolgreichen Klonierung der CTGF/Fc-Tag Sequenz in einen Expressionsvektor konnte dies auch durch Produktion in SF21-Insektenzellen erreicht und erstmalig rekombinantes CTGF/Fc von hoher Reinheit gewonnen werden. Allerdings konnte eine beständige Funktionsfähigkeit der aufgereinigten Proteine mittels eines Proliferationstestes nachfolgend nur bedingt bestätigt werden.
Für die weitere Versuchsplanung, einer Untersuchung der Auswirkung von rekombinantem CTGF (rCTGF) bzw. CYR61 (rCYR61) auf die Zielzellen, musste zunächst die zelleigene ctgf bzw. cyr61 Expression herunterreguliert werden, um einen endogenen Störeffekt auszuschließen. Durch den Einsatz spezifischer shRNAs konnte ctgf/CTGF sowohl in den hMSC-, wie auch den HPMEC-ST1.6R-Zielzellen deutlich herunterreguliert und nachfolgend eine markant reduzierte Proliferation beobachtet werden. Ein Effekt für die Regulation von cyr61 blieb aus.
In dieser Arbeit wurden anschließend erstmals mittels Microarray-Analysen Veränderungen im Genexpressionsmuster der ctgf herunterregulierten hMSC- bzw. Lungenendothelzellen gegenüber Kontrollzellen untersucht. Des Weiteren war die Auswirkung einer Behandlung von ctgf herunterregulierten Zielzellen mit rCTGF gegenüber unbehandelten Kontrollzellen von Interesse. Für beide Zellsysteme konnten signifikante Genregulationen nach der Behandlung mit CTGF spezifischen shRNAs gegenüber den Kontrollzellen detektiert werden, mit interessanten Genclustern im Bereich der TGF-beta (transforming growth factor ß) Signalgebung, sowie der fokalen Adhäsion (z.B. VEGF). Eine Behandlung mit rCTGF hingegen zeigte gegenüber den unbehandelten Kontrollzellen in der Auswertung der Microarray-Analyse keine signifikante Veränderung im Genexpressionsmuster.
In dieser Arbeit wurden, neben einer effektiven Gewinnung von rekombinantem CTGF und der Herunterregulation der endogenen ctgf Expression, wichtige Erkenntnisse zur Biologie von CTGF (und CYR61) in mesenchymalen Stammzellen hMSC und der Lungenendothelzelllinie HPMEC-ST1.6R erlangt. Die erhaltenen Microarray-Daten bieten eine fundierte Grundlage für zahlreiche fortführende Untersuchungen.