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Immortalized hepatic stellate cells (HSCs) established from mouse, rat, and humans are valuable in vitro models for the biomedical investigation of liver biology. These cell lines are homogenous, thereby providing consistent and reproducible results. They grow more robustly than primary HSCs and provide an unlimited supply of proteins or nucleic acids for biochemical studies. Moreover, they can overcome ethical concerns associated with the use of animal and human tissue and allow for fostering of the 3R principle of replacement, reduction, and refinement proposed in 1959 by William M. S. Russell and Rex L. Burch. Nevertheless, working with continuous cell lines also has some disadvantages. In particular, there are ample examples in which genetic drift and cell misidentification has led to invalid data. Therefore, many journals and granting agencies now recommend proper cell line authentication. We herein describe the genetic characterization of the rat HSC line HSC-T6, which was introduced as a new in vitro model for the study of retinoid metabolism. The consensus chromosome markers, outlined primarily through multicolor spectral karyotyping (SKY), demonstrate that apart from the large derivative chromosome 1 (RNO1), at least two additional chromosomes (RNO4 and RNO7) are found to be in three copies in all metaphases. Additionally, we have defined a short tandem repeat (STR) profile for HSC-T6, including 31 species-specific markers. The typical features of these cells have been further determined by electron microscopy, Western blotting, and Rhodamine-Phalloidin staining. Finally, we have analyzed the transcriptome of HSC-T6 cells by mRNA sequencing (mRNA-Seq) using next generation sequencing (NGS).
Fabry disease is a rare X-linked hereditary disease caused by mutations in the AGAL gene encoding the lysosomal enzyme alpha-galactosidase A. Enzyme replacement therapy (ERT) is the current cornerstone of Fabry disease management. Involvement of kidney, heart and the central nervous system shortens life span, and fibrosis of these organs is a hallmark of the disease. Fibrosis was initially thought to result from tissue ischemia secondary to endothelial accumulation of glycosphingolipids in the microvasculature. However, despite ready clearance of endothelial deposits, ERT is less effective in patients who have already developed fibrosis. Several potential explanations of this clinical observation may impact on the future management of Fabry disease. Alternative molecular pathways linking glycosphingolipids and fibrosis may be operative; tissue injury may recruit secondary molecular mediators of fibrosis that are unresponsive to ERT, or fibrosis may represent irreversible tissue injury that limits the therapeutic response to ERT. We provide an overview of Fabry disease, with a focus on the assessment of fibrosis, the clinical consequences of fibrosis, and recent advances in understanding the cellular and molecular mechanisms of fibrosis that may suggest novel therapeutic approaches to Fabry disease.
Der Connective tissue growth factor, CTGF, ist ein mit der EZM assoziiertes Protein, das diverse zelluläre Aktivitäten, einschließlich Adhäsion, Proliferation, Differenzierung und Migration, besitzt. Die umfassenden biologischen Eigenschaften des CTGF in verschiedenen Zelltypen spiegelt seine Fähigkeit, eine Vielfalt an Zelloberflächenmolekülen (HSPGs, Integrine, …) als auch andere bioaktive Moleküle (BMP-4, TGF-β1, ...) zu binden, wieder. Eine veränderte CTGF-Expression ist mit mehreren fibrotischen Erkrankungen assoziiert und CTGF selbst stimuliert die Entstehung und Progression fibrotischer Defekte. Genauere Informationen über den Einfluss des CTGF auf die Genexpression von Zellen waren bisher unbekannt. In dieser Arbeit wurde zunächst humanes CTGF in HEK-Zellen exprimiert und anschließend in mehreren chromatographischen Schritten aufgereinigt. Die biologische Charakterisierung zeigte, dass das rekombinante Protein mit BMP-2 in Oberflächenplasmonresonanzstudien und auf Zellbasis interagiert. Desweiteren konnte auch eine Interaktion mit Balb3T3-Zellen festgestellt werden. Die biologische Aktivität des Proteins wurde durch Proliferationsassays mit einer Endothelzelllinie und primären Fibroblasten des menschlichen Tenon bestätigt. Das reine rekombinante Protein wurde für Genexpressionsanalysen an humanen primären Fibroblasten des Tenon eingesetzt. Ergebnisse dieser Studie der Genexpression von HTF von drei unabhängigen Spendern zeigten, dass CTGF verschiedene biologische und physiologische Prozesse beeinflusst. Bekannte proliferatorische Eigenschaften und der Einfluss auf die EZM konnten bestätigt werden. Neben den bisher bekannten Funktionen der durch CTGF verursachten Effekte bei der Wundheilung, die überwiegend in der zweiten und dritten Phase der Wundheilung im Bereich der Umstrukturierung der EZM zu finden sind, konnten mehrere regulierte Gene nachgewiesen werden, die eine Rolle in der ersten Phase der Wundheilung, der Inflammation, spielen. Die interessantesten bisher im Zusammenhang mit CTGF noch nicht beschriebenen proinflammatorischen Proteine sind die CXC-Chemokine 1, 2, 6 und 8 sowie IL-6, die in den CTGF behandelten Fibroblasten stärker exprimiert waren. CTGF scheint somit eine mannigfaltige koordinierte Rolle in der Wundheilung am Auge, einschließlich Inflammation und EZM-Remodeling sowie möglicherweise auch in der Angiogenese und Hämostase, zu spielen und damit seine Rolle als mulitmodularer Faktor zu bestätigen.
Der Morbus Fabry ist eine X-chromosomal rezessive lysosomale Speicherkrankheit, es resultiert eine verminderte Aktivität des Enzyms alpha-Galaktosidase-A. Diese führt zu einer Einlagerung von Globotriaosylceramiden in verschiedenen Organsystemen. Neben Niere und Nervensystem ist das Herz einer der Hauptmanifestationsorte der Erkrankung. Der Morbus Fabry führt unbehandelt zu einer ventrikulären Hypertrophie, verminderten linksventrikulären Funktion und schließlich zu einer myokardialen Fibrosierung. Viele Patienten sterben aufgrund einer progredienten Herzinsuffizienz. Seit 2001 steht mit der Enzymersatztherapie (ERT), die alpha-Galaktosidase substituiert, eine kausale Behandlung des Enzymdefekts zur Verfügung. Erste, auf einen kurzen Zeitraum (bis zu 12 Monate) angelegte, klinische Studien bei Patienten mit Morbus Fabry haben positive Effekte in Hinblick auf die Funktion und Morphologie des Herzens bei Fabry-Patienten gezeigt. Jedoch zeigten die untersuchten Patienten untereinander oft deutlich unterschiedliche Therapieeffekte. Die Langzeiteffekte einer Enzymersatztherapie, insbesondere in Hinblick auf eine zunehmende Fibrosierung des Herzens als Prognose-Parameter im Laufe der Erkrankung, wurden bisher nicht untersucht. Auch fehlen Daten für eine Aussage über den frühestnötigen Therapiezeitpunkt. Diese Untersuchungen erfolgen zum ersten Mal im Rahmen dieser Studie. Es wurden 30 Patienten (42±7 Jahre) mit genetisch gesichertem Morbus Fabry vor Therapie und nach 1, 2 und 3 Jahren unter Enzymersatztherapie untersucht. Behandelt wurde mit 1.0 mg/kg Körpergewicht rekombinanter alpha-Galaktosidase A (agalsidase ß, Fabrazyme®). Es erfolgten Magnetresonanztomographie- und echokardiographische Untersuchungen. Die echokardiographischen Untersuchungsergebnisse wurden mit einer Kohorte von 20 Herzgesunden verglichen. Neben der Bestimmung echokardiographischer Standardwerte wie der Septum- und Hinterwandstärke und der diastolischen Funktion erfolgte eine Evaluierung der regionalen myokardialen Funktion mittels Gewebedoppler (Strain und Strain Rate Imaging sowie Double Peak-Technik). Im Magnetresonanztomographen (MRT) erfolgte die Detektion eines eventuellen Late Enhancements als Marker für myokardiale Fibrose. Die Patienten wurden anhand des Late Enhancements im MRT in drei Gruppen eingeteilt: Keine Fibrose (n=12), Fibrose in einer (n=9) und Fibrose in mehreren Regionen (n=9). Nur die Gruppe, die Baseline keine Fibrose aufwies zeigte unter dreijähriger ERT eine Normalisierung der Wanddicke und eine funktionelle Normalisierung der regionalen Herzfunktion (Strain Rate radial: von 2,3±0,4s-1 auf 2,9±0,7s-1; p<0,05; Vergleichskollektiv: 2,8±0,5s-1). Die anderen beiden Gruppen zeigten zwar einen Rückgang der Hypertrophie, hinsichtlich der Herzfunktion konnten sie jedoch bei bereits deutlich erniedrigten Funktionswerten zum Baseline-Zeitpunkt lediglich stabilisiert werden. Bei rechtzeitigem Therapiebeginn scheint die Enzymersatztherapie eine effektive Behandlung des Herzens bei Morbus Fabry zu ermöglichen. Diese Langzeitstudie zur Enzymersatztherapie bei Morbus Fabry über 3 Jahre zeigt jedoch deutlich, dass dies nur bei noch nicht fibrotisch verändertem Herzen gilt. Die Indikation zur Enzymersatztherapie sollte daher aus kardiologischer Sicht frühzeitig gestellt werden.
Background
Fibrosis poses a substantial setback in regenerative medicine. Histopathologically, fibrosis is an excessive accumulation of collagen affected by myofibroblasts and this can occur in any tissue that is exposed to chronic injury or insult. Transforming growth factor (TGF)-β1, a crucial mediator of fibrosis, drives differentiation of fibroblasts into myofibroblasts. These cells exhibit α-smooth muscle actin (α-SMA) and synthesize high amounts of collagen I, the major extracellular matrix (ECM) component of fibrosis. While hormones stimulate cells in a pulsatile manner, little is known about cellular response kinetics upon growth factor impact. We therefore studied the effects of short TGF-β1 pulses in terms of the induction and maintenance of the myofibroblast phenotype.
Results
Twenty-four hours after a single 30 min TGF-β1 pulse, transcription of fibrogenic genes was upregulated, but subsided 7 days later. In parallel, collagen I secretion rate and α-SMA presence were elevated for 7 days. A second pulse 24 h later extended the duration of effects to 14 days. We could not establish epigenetic changes on fibrogenic target genes to explain the long-lasting effects. However, ECM deposited under singly pulsed TGF-β1 was able to induce myofibroblast features in previously untreated fibroblasts. Dependent on the age of the ECM (1 day versus 7 days’ formation time), this property was diminished. Vice versa, myofibroblasts were cultured on fibroblast ECM and cells observed to express reduced (in comparison with myofibroblasts) levels of collagen I.
Conclusions
We demonstrated that short TGF-β1 pulses can exert long-lasting effects on fibroblasts by changing their microenvironment, thus leaving an imprint and creating a reciprocal feed-back loop. Therefore, the ECM might act as mid-term memory for pathobiochemical events. We would expect this microenvironmental memory to be dependent on matrix turnover and, as such, to be erasable. Our findings contribute to the current understanding of fibroblast induction and maintenance, and have bearing on the development of antifibrotic drugs.
Background:
Although caffeine and glucocorticoids are frequently used to treat chronic lung disease in preterm neonates, potential interactions are largely unknown. While anti-inflammatory effects of glucocorticoids are well defined, their impact on airway remodeling is less characterized. Caffeine has been ascribed to positive effects on airway inflammation as well as remodeling. Connective tissue growth factor (CTGF, CCN2) plays a key role in airway remodeling and has been implicated in the pathogenesis of chronic lung diseases such as bronchopulmonary dysplasia (BPD) in preterm infants. The current study addressed the impact of glucocorticoids on the regulation of CTGF in the presence of caffeine using human lung epithelial and fibroblast cells.
Methods:
The human airway epithelial cell line H441 and the fetal lung fibroblast strain IMR-90 were exposed to different glucocorticoids (dexamethasone, budesonide, betamethasone, prednisolone, hydrocortisone) and caffeine. mRNA and protein expression of CTGF, TGF-β1-3, and TNF-α were determined by means of quantitative real-time PCR and immunoblotting. H441 cells were additionally treated with cAMP, the adenylyl cyclase activator forskolin, and the selective phosphodiesterase (PDE)-4 inhibitor cilomilast to mimic caffeine-mediated PDE inhibition.
Results:
Treatment with different glucocorticoids (1 μM) significantly increased CTGF mRNA levels in H441 (p < 0.0001) and IMR-90 cells (p < 0.01). Upon simultaneous exposure to caffeine (10 mM), both glucocorticoid-induced mRNA and protein expression were significantly reduced in IMR-90 cells (p < 0.0001). Of note, 24 h exposure to caffeine alone significantly suppressed basal expression of CTGF mRNA and protein in IMR-90 cells. Caffeine-induced reduction of CTGF mRNA expression seemed to be independent of cAMP levels, adenylyl cyclase activation, or PDE-4 inhibition. While dexamethasone or caffeine treatment did not affect TGF-β1 mRNA in H441 cells, increased expression of TGF-β2 and TGF-β3 mRNA was detected upon exposure to dexamethasone or dexamethasone and caffeine, respectively. Moreover, caffeine increased TNF-α mRNA in H441 cells (6.5 ± 2.2-fold, p < 0.05) which has been described as potent inhibitor of CTGF expression.
Conclusions:
In addition to well-known anti-inflammatory features, glucocorticoids may have adverse effects on long-term remodeling by TGF-β1-independent induction of CTGF in lung cells. Simultaneous treatment with caffeine may attenuate glucocorticoid-induced expression of CTGF, thereby promoting restoration of lung homeostasis.