Molecular genetic, histologic, immunhistochemical and functional characterization of adipose tissue from patients with Multiple Symmetric Lipomatosis
Dermatology
Final Report Abstract
In der vergangenen Förderperiode konnten wir bisher einzigartige umfassende histologische, immunhistochemische und elektronenmikroskopische Untersuchungen an MSL-Gewebe durchführen. Es existieren nur wenige detaillierte makroskopische Beschreibungen von betroffenem Fettgewebe bei MSL-Patienten. Eine systematische histologische sowie immunhistologische Aufarbeitung von betroffenem und unbetroffenem Fettgewebe bei MSL-Patienten findet sich in der Literatur dagegen nicht. Zum Teil liefern die einzelnen Publikationen kontroverse Beschreibungen. Wir untersuchten systematisch in 13 verschiedenen Färbungen (3 Standardfärbungen, 10 immunhistochemische Färbunen) die Morphologie und Expression spezifischer Fettzellmarker in subkutanen Fetgewebsproben aus betroffenen sowie unbetroffenen Regionen von 10 MSL-Patienten. Obgleich wir morphologisch sowie ultrastrkturell keine wesentlichen Unterschiede auch zu Referenzproben feststellen konnten, fanden wir interessanterweise eine durchgehende starke Expression des braunen Fettzell-Markers UCP1. Außerdem fanden wir bei allen betroffenen Fettzellproben eine Expression von CD200 (Marker für schlecht differenziertes weißes Fett) und bei einigen Patienten auch eine geringe Reaktivität für MYF5 (vorwiegend von myogenen Vorläuferzellen exprimiert, welche auch braune Adipozyten hervorbringt). Unsere Ergebnisse zeigen zusammengefasst makroskopisch und mikroskopisch sowohl im betroffenen als auch unbetroffenen Fettgewebe mehrheitlich normales Fettgewebe ohne eindeutige Vermehrung von Bindegewebe sowie Gefäßen. Dieses unterliegt nach unseren Untersuchungen jedoch in seiner Entstehung nicht der klassischen Adipogenese, sondern folgt vielmehr einem eigenständigen, individuellen Entwicklungsprozess. Die Fettgewebsvermehrung sehen wir zudem ebenso wie Verhelle et al. am ehesten im Rahmen einer Hyperplasie auf dem Boden bislang nicht eindeutig identifizierter genetischer Aberrationen oder anderen noch unklaren Einflüssen. Eine Hypertrophie konnten wir nicht feststellen. Neben einer umfassenden klinisch-histologischen Beschreibung von MSL-Patienten und Geweben war es unser Ziel, ein besseres Verständnis hinsichtlich der molekularpathologischen Abläufe zu erlangen, die zu einem MSL Phänotyp führen können. Wir verfolgten in dieser Hinsicht einen dualen Ansatz. Zum einen untersuchten wir aus Patientenfettgewebe gewonnene mesenchymale Stammzellen während der Differenzierung zu Adipozyten. Zum anderen führten wir verschiedene molekulargenetische Untersuchungen durch mit dem Ziel genetische Ursachen der MSL aufzudecken. Für ein besonders interessantes Kandidatengen, CAPSL, etablierten wir mit Hilfe moderner Genomeditierungsverfahren (CRISPR/Cas9) murine Knockout- und Überexpressions-Zelllinien, welche wir anschließend funktionell umfassend charakterisierten. Wir konnten zum ersten Mal das bisher kaum untersuchte Protein CAPSL als einen neuen Faktor in der Fettzelldifferenzierung beschreiben. Unsere Experimente liefern Hinweise darauf, dass ein wesentlicher beteiligter Mechanismus hierbei die Autophagieregulation insbesondere während der frühen Differenzierungsphase sein könnte. Zudem konnten wir zeigen, dass CAPSL-defiziente bzw. überexprimierende Zellen Veränderungen im SIRT1-AMPK-Signalweg aufwiesen – ein gemeinsames Merkmal auch humaner unabhängiger MSL-Patienten-ASCs sowie von hASC der CAPSL-haploinsuffizienten Indexpatientin aus unserer untersuchten Familie. Zusammengefasst konnten wir neue Erkenntnisse hinsichtlich der Funktionen des Gens CAPSL im murinen und humanen Zellsystem gewinnen. Außerdem lässt unsere Arbeit sowie die jüngsten Ergebnisse anderer Gruppen die Spekulation zu, dass weniger eine Dysfunktion eines einzelnen Organells (z.B. Mitochondrien) ursächlich für die Entstehung von MSL ist, sondern dass vielmehr eine Dysregulation des zellulären Energiestoffwechsels (u.a. über vermehrte Expression von UCP1) aufgrund oder als Ursache einer Dysfunktion multipler Zellorganellen die gemeinsame Ursache der Ausbildung von MSL-Fettgewebswucherungen darstellen könnte. Wir denken, dass MSL-Fett sich aus bestimmten Adipozyten-Vorläuferpopulationen speisen könnte, die regional bevorzugt auftreten und auf bestimmte externe Reize hin (Alter, hormonelle Faktoren, Noxen) eine unkontrollierte Expansion und Differenzierung erfahren.
Publications
- 2016. Transcription profile in sporadic multiple symmetruic lipomatosis reveals differential expression at the level of adipose tissue-derived stem cells. Plast Reconstr Surg 137:1181-90
Prantl, L., Schreml, J., Gehmert, S., Klein, S., Bai, X., Zeitler, K., Schreml, S., Alt, E., Gehmert, S., Felthaus, O.
(See online at https://doi.org/10.1097/PRS.0000000000002013) - 2018. Multiple symmetric lipomatosis: new classification system based on the argest German patient cohort. Plast Reconstr Surg Glob Open 6:e1722
Schiltz, D., Anker, A., Ortner, C., Tschernitz, S., Koller, M., Raniere, M., Klein, S.M., Felthaus, O., Schreml, S., Prantl, L.
(See online at https://doi.org/10.1097/gox.0000000000001722) - 2019. Calcyphosine-like (CAPSL) is regulated in Multiple Symmetric Lipomatosis and is involved in Adipogenesis. Sci Rep 9:8444.
Lindner, A., Marbach, F., Tschernitz, S., Ortner, C., Berneburg, M., Felthaus, O., Prantl, L., Kye, M.J., Rappl, G., Altmüller, J., Thiele, H., Schreml, S., Schreml, J.
(See online at https://doi.org/10.1038/s41598-019-44382-1)
