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Molekulare Analyse des TRPC6-Kanals während der Ausbildung einer pulmonalen Fibrose
Molekulare Analyse des TRPC6-Kanals während der Ausbildung einer pulmonalen Fibrose
Die idiopathische Lungenfibrose (IPF; engl. Idiopathic pulmonary fibrosis) ist die häufigste und schwerwiegendste Form der interstitiellen Lungenerkrankungen mit unbekannter Ursache und führt in der Regel innerhalb von 3-5 Jahren nach Diagnose zum Tod. Charakteristisch für IPF ist eine übermäßige Produktion an extrazellulärer Matrix (z.B. Kollagen und α-glattes Muskelaktin) was zu einer Veränderung der Lungenarchitektur und zur Einschränkung der Lungenfunktion führt. Trotz der Markteinführung von Pirfenidon (Esbriet®) und Nintedanib (OFEV®) für die Behandlung von IPF stellt eine Lungentransplantation immer noch die einzige lebensrettende Maßnahme dar. Nach heutigem Wissensstand wird der pathologische Prozess bei der Ausbildung einer Lungenfibrose durch eine unkontrollierte Wundheilung vorangetrieben. Beteiligt an diesen Vorgängen ist das Zytokin TGF-β1 (Transforming Growth Faktor-β1), das die Differenzierung von Fibroblasten zu Myofibroblasten induziert. Die exakten Mechanismen der Entstehung und des Verlaufs einer Lungenfibrose sind bis heute noch unklar, weshalb die Erforschung und das bessere Verständnis der Krankheit und deren Entstehung dabei helfen könnte diese in Zukunft optimal therapieren und eventuell heilen zu können. Der TRPC6 (engl. Classical Transient Receptor Potential Channel 6) ist ein für Ca2+ und Na+ permeabler Kationenkanal, der für die Wundheilung in primären Herz- (Ratte) und humanen Haut-Fibroblasten essentiell ist, sowie an der Myofibroblasten-Differenzierung beteiligt ist. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit die Rolle des TRPC6-Ionenkanals während der Ausbildung einer Lungenfibrose nach Applikation des Zytostatikums Bleomycin und während der Differenzierung von Lungenfibroblasten durch TGF-β1 untersucht. Hierfür wurden molekularbiologische- und zellbiologische Verfahren sowie Tiermodelle verwendet. Die Bleomycin-behandelten TRPC6-defizienten (TRPC6-/-)-Mäuse waren teilweise vor der Ausbildung einer Lungenfibrose geschützt, was sich in einer geringeren Mortalität, einer besseren Lungenfunktion und einer verminderten Kollagenproduktion im Vergleich zu den Wildtyp(WT)-Tieren äußerte. Auf zellulärer Ebene konnte nach Behandlung mit TGF-β1 ein signifikanter Anstieg der TRPC6-Expression nur in primär isolierten Lungenfibroblasten (pmLF) aus WT-Tieren nachgewiesen werden, was zu einer erhöhten Ausbildung von Aktinstressfasern, einer verstärkten Kontraktion und einem Anstieg im Zellwiderstand führte. Abschließend lässt sich sagen, dass der TRPC6-Kanal eine wichtige Rolle bei der TGF-β1-induzierten Myofibroblastendifferenzierung während der Ausbildung einer Lungenfibrose spielt. Die Evaluation spezifischer TRPC6-Inhibitoren könnte daher in Zukunft neue Therapieoptionen für Patienten mit Lungenfibrose aufzeigen., Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is the most common and most severe form of the idiopathic interstitial lung diseases of unknown reasons leading to death within 3-5 years. A characteristic feature for IPF is an excessive production of extracellular matrix (e.g. collagen and α-smooth muscle actin) which destroys lung architecture and leads to respiratory failure. Despite recent approval of pirfenidone (Esbriet®) and nintedanib (OFEV®) as therapeutic options, the only curative treatment of IPF is still lung transplantation. The pathological process of pulmonary fibrosis (PF) is driven by an impaired wound healing involving fibroblasts and myofibroblasts. Transforming growth factor-β1 (TGF-β1) induces the differentiation of fibroblasts to myofibroblasts. However, the exact mechanism of the development and progress of IPF are still elusive. Research for a better understanding of this disease will help for a better treatment and cure of the disease in the future. TRPC6 (Classical Transient Receptor Potential 6), an unselective Na+ and Ca2+ permeable cation ion channel, promotes myofibroblast differentiation during wound healing in primary cardiac and human dermal fibroblasts. To study a potential role of TRPC6 in the development of PF lung function, gene and protein expression were analyzed in wildtype (WT) and TRPC6-deficient (TRPC6-/-) mice utilizing a bleomycin-induced pulmonary fibrosis model. WT mice showed a higher mortality while TRPC6-deficient mice were partially protected from fibrosis as a consequence of a lower production of collagen and almost normal lung function after the application of bleomycin. On a cellular level TGF-β1 induced TRPC6 expression only in WT primary murine lung fibroblasts (pmLF) resulting in higher stress fiber formation, augmented contraction rates and increased cellular resistance, which was attenuated in TRPC6-deficient pmLFs. To conclude, TRPC6 is an important determinant for TGF-β1 induced myofibroblast differentiation during PF. Evaluating specific TRPC6-inhibitors might be beneficial for the treatment of IPF in the future.
Not available
Hofmann, Katharina
2018
German
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Hofmann, Katharina (2018): Molekulare Analyse des TRPC6-Kanals während der Ausbildung einer pulmonalen Fibrose. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Die idiopathische Lungenfibrose (IPF; engl. Idiopathic pulmonary fibrosis) ist die häufigste und schwerwiegendste Form der interstitiellen Lungenerkrankungen mit unbekannter Ursache und führt in der Regel innerhalb von 3-5 Jahren nach Diagnose zum Tod. Charakteristisch für IPF ist eine übermäßige Produktion an extrazellulärer Matrix (z.B. Kollagen und α-glattes Muskelaktin) was zu einer Veränderung der Lungenarchitektur und zur Einschränkung der Lungenfunktion führt. Trotz der Markteinführung von Pirfenidon (Esbriet®) und Nintedanib (OFEV®) für die Behandlung von IPF stellt eine Lungentransplantation immer noch die einzige lebensrettende Maßnahme dar. Nach heutigem Wissensstand wird der pathologische Prozess bei der Ausbildung einer Lungenfibrose durch eine unkontrollierte Wundheilung vorangetrieben. Beteiligt an diesen Vorgängen ist das Zytokin TGF-β1 (Transforming Growth Faktor-β1), das die Differenzierung von Fibroblasten zu Myofibroblasten induziert. Die exakten Mechanismen der Entstehung und des Verlaufs einer Lungenfibrose sind bis heute noch unklar, weshalb die Erforschung und das bessere Verständnis der Krankheit und deren Entstehung dabei helfen könnte diese in Zukunft optimal therapieren und eventuell heilen zu können. Der TRPC6 (engl. Classical Transient Receptor Potential Channel 6) ist ein für Ca2+ und Na+ permeabler Kationenkanal, der für die Wundheilung in primären Herz- (Ratte) und humanen Haut-Fibroblasten essentiell ist, sowie an der Myofibroblasten-Differenzierung beteiligt ist. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit die Rolle des TRPC6-Ionenkanals während der Ausbildung einer Lungenfibrose nach Applikation des Zytostatikums Bleomycin und während der Differenzierung von Lungenfibroblasten durch TGF-β1 untersucht. Hierfür wurden molekularbiologische- und zellbiologische Verfahren sowie Tiermodelle verwendet. Die Bleomycin-behandelten TRPC6-defizienten (TRPC6-/-)-Mäuse waren teilweise vor der Ausbildung einer Lungenfibrose geschützt, was sich in einer geringeren Mortalität, einer besseren Lungenfunktion und einer verminderten Kollagenproduktion im Vergleich zu den Wildtyp(WT)-Tieren äußerte. Auf zellulärer Ebene konnte nach Behandlung mit TGF-β1 ein signifikanter Anstieg der TRPC6-Expression nur in primär isolierten Lungenfibroblasten (pmLF) aus WT-Tieren nachgewiesen werden, was zu einer erhöhten Ausbildung von Aktinstressfasern, einer verstärkten Kontraktion und einem Anstieg im Zellwiderstand führte. Abschließend lässt sich sagen, dass der TRPC6-Kanal eine wichtige Rolle bei der TGF-β1-induzierten Myofibroblastendifferenzierung während der Ausbildung einer Lungenfibrose spielt. Die Evaluation spezifischer TRPC6-Inhibitoren könnte daher in Zukunft neue Therapieoptionen für Patienten mit Lungenfibrose aufzeigen.

Abstract

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is the most common and most severe form of the idiopathic interstitial lung diseases of unknown reasons leading to death within 3-5 years. A characteristic feature for IPF is an excessive production of extracellular matrix (e.g. collagen and α-smooth muscle actin) which destroys lung architecture and leads to respiratory failure. Despite recent approval of pirfenidone (Esbriet®) and nintedanib (OFEV®) as therapeutic options, the only curative treatment of IPF is still lung transplantation. The pathological process of pulmonary fibrosis (PF) is driven by an impaired wound healing involving fibroblasts and myofibroblasts. Transforming growth factor-β1 (TGF-β1) induces the differentiation of fibroblasts to myofibroblasts. However, the exact mechanism of the development and progress of IPF are still elusive. Research for a better understanding of this disease will help for a better treatment and cure of the disease in the future. TRPC6 (Classical Transient Receptor Potential 6), an unselective Na+ and Ca2+ permeable cation ion channel, promotes myofibroblast differentiation during wound healing in primary cardiac and human dermal fibroblasts. To study a potential role of TRPC6 in the development of PF lung function, gene and protein expression were analyzed in wildtype (WT) and TRPC6-deficient (TRPC6-/-) mice utilizing a bleomycin-induced pulmonary fibrosis model. WT mice showed a higher mortality while TRPC6-deficient mice were partially protected from fibrosis as a consequence of a lower production of collagen and almost normal lung function after the application of bleomycin. On a cellular level TGF-β1 induced TRPC6 expression only in WT primary murine lung fibroblasts (pmLF) resulting in higher stress fiber formation, augmented contraction rates and increased cellular resistance, which was attenuated in TRPC6-deficient pmLFs. To conclude, TRPC6 is an important determinant for TGF-β1 induced myofibroblast differentiation during PF. Evaluating specific TRPC6-inhibitors might be beneficial for the treatment of IPF in the future.