Regeneration destruierter Alveolen durch Gabe rekombinanter Wachstumsfaktoren als neuer Ansatz zur Emphysemtherapie - molekulare Mechanismen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projektes war es, neue Ansätze einer Regenerationstherapie bei etabhertem Lungenemphysem tierexperimentell zu evaluieren, zugmnde liegende Regenerations-Mechanismen näher zu charakterisieren sowie potentielle Schlüsselereignisse dieser Mechanismen zu identifizieren. Zur Evaluation wurden lungenfunktionsanalytische, quantitativ-morphologische, immunhistologische sowie zell- und molekularbiologische Verfahren eingesetzt. Am Modell des durch Elastase induzierten Emphysems wurden die rekombinanten.Wachstumsfaktoren Keratinocyte Growth Factor (KGF) und Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) therapeutisch eingesetzt und auf ihr Potential, die Regeneration von Alveolen zu fördem getestet. Die genannten Wachstumsfaktoren zielen mit ihrer Wirkung auf jeweils unterschiedliche strukturbildende Zellen (Epithelzellen bzw. Endothelzellen) des Septums. Ein potentiell regenerativer Effekt sollte im Vergleich zu all-trans-Retinolsäure (ATRA) als Positivkontrolle überprüft werden. Nach unseren Daten führt eine Emphysemtherapie mit ATRA bei der Ratte zu einer irregulären Regeneration der Alveolarsepten mit gestörter Architektur. Dies dürfte im Versagen der ATRA-Therapie begründet sein, den auch noch Wochen nach Elastasegabe persitierenden pro-inflammatorischen Zustand der Alveolarmakrophagen zu unterdrücken. Zwar werden wichtige Metalloproteinasen in ihrer Expression und Enzymaktivität durch ATRA gehemmt, gleiches gilt jedoch für deren Inhibitoren, so dass ein Protease/Antiprotease-Ungleichgewicht bestehen bleibt. Der Einsatz von ATRA ist daher nicht als Positivkontrolle geeignet. Beim Rattenmodell des moderaten Emphysems bewirkte die therapeutische Gabe von rekombinantem KGF, nicht jedoch von VEGF, eine Stimulation des Größenwachstums der Lunge insgesamt. Die beim Mausmodell des schweren Emphysems erhobenen Befunde belegen, dass die Gabe von KGF im Vergleich zur Plazebo-Therapie sowohl funktionell als auch strukturell zu alveolärer Regeneration führt. Dieser positive therapeutische Effekt ging einher mit der Proliferation wesentlicher strukturbildender Zellen des Alveolarseptums (Epithel, Endothel, Fibroblasten), der erhöhten Expression von TGFß und wichtiger Signalmoleküle des TGFß-Pathways sowie des Matrixproteins Elastin. Durch in vitro Experimente konnten wir unter Einsatz blockierender anti-TGFß Antikörper belegen, dass die Wirkung von KGF aufdiese Signalwege sowie Elastin, indirekt durch von Alveolarepithelzellen Typ 2 gebildetes TGFß vermittelt wird. TGFß konnte damit als neuer, für die Regeneration von Alveolarsepten essentieller und potentiell therapeutisch nutzbarer Wachstums faktor identifiziert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2006) Animal models of pulmonary emphysema: A stereologist's perspective. Eur Respir Rev 15, 136-47
Fehrenbach H
- Expression of MMPs in ATRA treated rats with elastase induced emphysema. ERS 2007
Plagens A, Muyal JP, Yildirim AÖ, Fehrenbach H, Vogelmeier C & Seifart C
- MMP und TIMP Expression in Alveolarmakrophagen beim Lungenemphysem der Ratte. Pneumologie 61, 2007
Plagens A, Muyal J, Yildirim A, Mühlhofer S, Fehrenbach H, Vogelmeier C & Seifart C
- Modulation der Surfactantproteine A, B und D durch ATRA beim elastaseinduzierten Lungenemphysem der Ratte. Pneumologie 61, 2007
Plagens A, Muyal J, Yildirim A, Mühlhofer S, Fehrenbach H, Vogelmeier C & Seifart C
- (2008) DNA-microarray technology: comparison of methodological factors of recent technique towards gene expression profiling. Crit Rev Biotechnol 21, 239-51
Muyal JP, Singh SK & Fehrenbach H
- (2008) Elastase-induced lung emphysema in rats is not reduced by haematopoietic growth factors (HGF) when applied preventionally. Virchows Arch 452. 675-88
Schmiedl A, Lempa T, Hoymann HG, Rittinghausen S, Popa D, Tschernig T, Fehrenbach H, Pabst R, Hoeper MM, Hohlfeld JM
- Effects of Keratinocyte Growth Factor (KGF) on Matrix Metalloproteinases (MMPs) & Tissue Inhibitors of Metalloproteinases (TIMPs) mRNA levels in emphysematous rats lungs. ERS 2008
Muyal JP, Plagens A, Wild C, Vogelmeier C, Fehrenbach H and Seifart C
- Influence of Recombinant Human Vascular Endothelium Growth Factor- (rhVEGF-) 165 on Surfactant Proteins (SPs) mRNA Levels in Emphysematous Rat Lungs. ERS 2008
Muyal JP, Plagens A, Herrmann M, Vogelmeier C, Fehrenbach H & Seifart C
- (2009) Keratinocyte growth factor induces mRNA expression and release of active TGF-1 from alveolar epithelial type cells in vitro. Am J Respir Crit Care Med 179. A 1880
Yildirim AÖ, Muyal V, John G, Müller B, Seifart C & Fehrenbach H
- (2009) Systematic comparison of RNA extraction techniques from frozen and fresh lung tissues: checkpoint towards gene expression studies. Diagn Pathol 24, 4:9
Muyal JP, Muyal V, Kaistha BP, Seifart C & Fehrenbach H
- (2009) Therapeutic application of Keratinocyte Growth Factor induces regeneration of alveoli in emphysematous mouse lungs. Am J Respir Crit Care Med 179. A2225
Yildirim AÖ, Muyal V, John G, Müller B, Seifart C & Fehrenbach H
