Funktionelle Charakterisierung von Cathepsin K und Cathepsin L in Lungenfibroblasten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Untersuchungen des vorliegenden Projektes haben gezeigt, dass der lysosomalen Zysteinprotease Kathepsin K eine wichtige Funktion in der Homöostase der extrazellulären Matrix der Lunge zukommt. Insbesondere konnten wir zeigen, dass Kathepsin K basal in der Maus insbesondere in Alveolarmakrophagen, nicht jedoch in Typ II Alveolarepithelzellen exprimiert ist und im Menschen ebenfalls insbesondere in Bronchialepithelzellen und Lungenfibroblasten nachgewiesen werden konnte. Während primäre Fibroblasten von Lungen Kathepsin K-defizienter Mäuse eine ca. 40 % reduzierte Kathepsin K-vermittelte kollagenolytische Aktivität im Vergleich zu Wildtypmäusen unter Bleomycinapplikation aufwiesen, zeigten die BAL-Zellen von Kathepsin K transgenen Mäusen nach Bleomycinapplikation eine erheblich gesteigerte kollagenolytische Aktivität. Passend hierzu zeigten Kathepsin K knockout Mäuse eine verstärkte Lungenhistopathologie und eine erhöhte Kollagendeposition im Lungenparenchym, während Kathepsin K transgene Mäuse eine niedrigere Kollagendeposition im Lungenparenchym zeigten, assoziiert mit einem niedrigeren Grad der pulmonalen Fibrose und einer weniger stark ausgeprägten Histopathologie. Zusätzlich konnte in Kathepsin K transgenen Mäusen ebenso gezeigt werden, dass die verstärkte Aktivität von Kathepsin K im Lungenparenchym zu einer Verbesserung der pulmonalen Funktion nach Bleomycinapplikation führte. Zusammengefasst zeigen die im vorliegenden Projekt erarbeiteten Daten sehr klar, dass Kathepsin K eine wichtige regulatorische Funktion in der extrazellulären Matrixsynthese der Lunge zukommt. Eine reduzierte (oder fehlende) Aktivität von Kathepsin K führt in der Folge zu einer Erhöhung der extrazellulären Matrixdeposition in der Lunge und verstärkt somit die pulmonale Fibroseantwort auf Bleomycinapplikation, wohingegen eine konstitutiv verstärkte Kathepsin K Aktivität in der Lunge zu einer reduzierten Fibroseantwort der Lunge auf Bleomycin-Applikation führt und zugleich die Lungenfunktion positiv beeinflusst. Weiterführende Untersuchungen müssen nunmehr zum Ziel haben, diejenigen molekularen Strukturen zu identifizieren, welche die Kathepsin K Aktivität in pulmonalen Makrophagen und Lungenfibroblasten regulieren. Perspektivisch muß die Frage geklärt werden, ob eine transient verstärkte pulmonale Kathepsin K Aktivität eine Reduktion der extrazellulären Matrixdeposition bei fibrosierenden Lungenerkrankungen erreichen kann.
