Die Rolle der alveolären Typ I Zelle im Rahmen der Bleomycin-induzierten Lungenschädigung: Aufklärung von Fibrose-relevanten Signalwegen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Kathrin Barth
• Fachliche Zuordnung: Pneumologie,Thoraxchirurgie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 373703964

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Mittelpunkt der derzeitigen Erforschung der Pathogenese der pulmonalen Fibrose steht der persistierende Alveolarepithelschaden mit einer damit einhergehenden Fibroblastenproliferation. Im Alveolarepithel existieren drei Hauptarten von interzellulären Verbindungskontakten, die an der Bildung der apicoadhärenten Kontakte beteiligt sind, die die apikale von der basolateralen Membran trennen, eine Zellpolarität aufrechterhalten und somit die äußere Umgebung vom subepithelialen Gewebe trennen. Wir gehen davon aus, dass alle ortständigen Zellen des Lungenparenchyms, insbesondere des Alveolarepithels in den Pathomechanismus der Lungenfibrose einbezogen werden können. In unserem Projekt haben wir den Effekt des Antifibrotikums Pirfenidon auf das Alveolarepithel, insbesondere auf die Fyn-Kinase, untersucht. Es wurden Hinweise für eine Aktivität der Fyn-Kinase im Rahmen früher fibrotischer Veränderungen erhalten. Eine hohe gemessene Aktivität der Fyn- Kinase in BLM-geschädigten Zellen deutet auf eine wichtige Funktion von Fyn bei der Entstehung eine Lungenfibrose hin. Es wurde gezeigt, dass eine TGF-β-induzierte Schädigung des Lungengewebes in PCLS von WT-Mäusen zu einem Anstieg des Proteingehaltes von α- und β-Catenin sowie einer Abnahme von E-Cadherin führt. Diese Untersuchungen stärken die Vermutung, dass β-Catenin über die Herabregulation von E-Cadherin an der Destabilisierung der adherens junctions (AJ) und damit an fibrotischen Umbauprozessen im Alveolarepithel beteiligt ist. Es wurde festgestellt, dass die Hemmung der Fyn-Kinase mit einer Hochregulation des antifibrotisch-wirkenden Proteins Caveolin-1 (Cav-1) und einer Attenuierung des TGF-β-Signalweges einhergeht, womit die Inhibition der Fyn-Kinase ein möglicherweise neuer Ansatzpunkt in der Therapie der Lungenfibrose darstellen könnte. Außerdem wurde der Phosphorylierungsstatus des Proteins p120Catenin unter frühen fibrotischen Bedingungen untersucht. Unter BLM- und TGF-β-Behandlung der NCI-H441-Zellen konnte eine Zunahme von p120Catenin-pY228 festgestellt werden, was im WT-Mauslungengewebe nicht festgestellt werden konnte. P120Catenin pY904 stieg unter BLM-Behandlung an, unter TGF-β-Behandlung zeigte sich lediglich ein Anstieg in der frühen Phase. Die Veränderung der Phosphorylierung von p120Catenin am Tyr-904-Rest scheint daher unter TGF-β-Schädigung eher in der frühen Phase relevant zu sein und unter BLM erst später reguliert zu werden. In der WT-Mauslunge war jedoch eine Verringerung von p120Catenin pY904 feststellbar. Insgesamt scheint also die Regulation des Phosphorylierungsstatus von p120Catenin im Gewebeverband komplexer beeinflusst zu werden als im Modell der reinen Alveolarepithelzelllinie. Weiterhin wurden zur Untersuchung der Beteiligung des alveolaren Epithels, von Zell-Zell-Kontakten und bekannter fibrotischer Signalwege immunhistochemische Untersuchungen an retrospektiven humanen Lungenproben durchgeführt. Dabei wurden akute Covid-19-Verläufe mit chronischen Verläufen verglichen. Als weitere Vergleichsgruppen dienten eine Kontrollgruppe mit einer Todesursache sonstiger Genese und eine Gruppe mit einer interstitiellen Lungenerkrankung (ILD) sonstiger Genese (negativer Covid-19 bzw. präpandemischer Todeszeitpunkt). Im Falle einer akuten Lungenschädigung durch eine fulminant verlaufende Covid-19-Erkrankung kommt es zu einem diffusen alveolo-kapillären Lungenschaden, sodass die Epithelschicht hierbei zerstört vorliegt. In der Gruppe akuter Covid-19-Fälle wurde eine geringere Abundanz des Proteins β-Catenin und in allen Erkrankungsgruppen der Untersuchung eine starke Verminderung der Proteinmenge des für die Integrität der tight-junctions-Komplexe mit verantwortlichen Transmembranproteins Junction Adhesion Molecule A (JAM-A) gemessen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Periodic Fluctuation of Tidal Volumes Further Improves Variable Ventilation in Experimental Acute Respiratory Distress Syndrome. Frontiers in Physiology, 9.
  Güldner, Andreas; Huhle, Robert; Beda, Alessandro; Kiss, Thomas; Bluth, Thomas; Rentzsch, Ines; Kerber, Sarah; Carvalho, Nadja C.; Kasper, Michael; Pelosi, Paolo & de Abreu, Marcelo G.
  
• P2X7 Receptor Indirectly Regulates the JAM-A Protein Content via Modulation of GSK-3β. International Journal of Molecular Sciences, 20(9), 2298.
  Wesslau, Karl-Philipp; Stein, Anabel; Kasper, Michael & Barth, Kathrin
  
• Comparative effects of neurally adjusted ventilatory assist and variable pressure support on lung and diaphragmatic function in a model of acute respiratory distress syndrome. European Journal of Anaesthesiology, 38(1), 32-40.
  Scharffenberg, Martin; Moraes, Lillian; Güldner, Andreas; Huhle, Robert; Braune, Anja; Zeidler-Rentzsch, Ines; Kasper, Michael; Kunert-Keil, Christiane; Koch, Thea; Pelosi, Paolo; Rocco, Patricia R.M.; Gama, de Abreu Marcelo & Kiss, Thomas
  
• The Alveolar Epithelium. MDPI.
  Kasper, Michael & Mühlfeld, Christian (Eds.)
  
• Scarred Lung. An Update on Radiation-Induced Pulmonary Fibrosis. Frontiers in Medicine, 7.
  Jarzebska, Natalia; Karetnikova, Ekaterina S.; Markov, Alexander G.; Kasper, Michael; Rodionov, Roman N. & Spieth, Peter M.
  
• Fyn-kinase and caveolin-1 in the alveolar epithelial junctional adherence complex contribute to the early stages of pulmonary fibrosis. European Journal of Pharmaceutical Sciences, 175, 106236.
  Menzel, Viktoria; Ziegler, Matthias; Hante, Nadhim; Sake, Johannes A.; Santos-Martinez, Maria Jose; Ehrhardt, Carsten; Kasper, Michael & Barth, Kathrin