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The WNT/beta-catenin pathway : Profibrotic signaling in fibroblasts in idiopathic pulmonary fibrosis

Der WNT/beta-catenin Signalweg

Kramer, Monika


Originalveröffentlichung: (2010) Giessen : VVB Laufersweiler
pdf-Format: Dokument 1.pdf (3.641 KB)

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Zentrum für Innere Medizin
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
ISBN / ISSN: 978-3-8359-5627-8
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 31.08.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 02.11.2010
Kurzfassung auf Englisch: Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is the most common and most severe form of the
idiopathic interstitial pneumonias (IIP). Unresponsive to any currently available therapy it
leads to architectural distortion of the lung parenchyma and rapidly to respiratory failure.
Although the pathogenesis of the disease is not completely understood, it is well accepted that
initial alveolar epithelial cell injury is followed by enhanced fibroblast proliferation and
activation to myofibroblasts. These fibroblasts are considered as key effector cells in IPF. The
so called fibroblast foci represent hallmark lesions of the disease as they are responsible for
the increased ECM deposition that leads to impaired gas exchange and ultimately to fibrosis.
The present study aimed to reveal possible profibrotic paracrine effects of recently identified
profibrotic mediators that trigger the disturbed crosstalk between alveolar epithelial cells type
II (ATII) and fibroblasts. Recently, WNT/beta-catenin signaling has been demonstrated to be
involved in the pathogenesis of IPF. In particular it has been reported that WNT3a and
WNT1-inducible signaling protein (WISP) 1 are secreted by ATII cells in IPF.
In the present project it was hypothesized that WNT3a and WISP1 act in a paracrine fashion
on fibroblasts, thereby contributing to the impaired ATII cell ̶ fibroblast crosstalk in the
pathogenesis of IPF.
It was shown that active WNT/beta-catenin signaling takes place in NIH-3T3 fibroblasts in vitro
as assessed by Western Blot analysis and quantitative RT-PCR. To reveal functional effects of
active WNT/beta-catenin signaling, thymidine [H3] incorporation proliferation assay,
immunofluorescence, Sircol Collagen Assay, as well as quantitative (q) RT-PCR were
performed.
WNT3a stimulation of fibroblasts caused a significantly increased production of the
extracellular matrix component collagen and led to transcriptional upregulation of fibroblast
activation markers. Interestingly, WNT3a stimulation did not affect fibroblast proliferation.
The paracrine effects of WISP-1, which is encoded by a WNT target gene, were analyzed in a
comparable way. Like WNT3a, WISP-1 led to enhanced collagen deposition as well as
upregulation of fibroblast activation markers. Proliferation of the fibroblasts remained
unaffected.
These results provided evidence that both molecules, WNT3a and WISP1, are capable of
activating lung fibroblasts and causing increased collagen production in these cells. Therefore
it is strongly suggested that WNT3a and WISP-1, which are aberrantly secreted by ATII cells
in IPF, are profibrotic mediators that act in a paracrine fashion on fibroblasts during the
pathogenesis of this fatal disease.
Kurzfassung auf Deutsch: Die idiopathische pulmonale Fibrose (IPF) ist die häufigste und schwerwiegendste Form der
idiopathische interstitiellen Pneumonien (IIP). Sie ist therapierefraktär, führt zu Zerstörung
der Architektur des Lungenparenchyms und rasch zu respiratorischem Versagen.
Die Pathogenese der Erkrankung ist größtenteils ungeklärt, wobei neue Studien eine initiale
Schädigung von Alveolarepithelzellen (AT) vermuten lassen, woraufhin es zu gesteigerter
Fibroblastenproliferation und Aktivierung von Fibroblasten in so genannten Fibroblasten Foci
kommt. Diese Foci sind für die gesteigerte Produktion extrazellulärer Matrix verantwortlich,
welche zum fibrotischen Umbau des Gewebes führt.
Das Ziel der vorliegenden Studie war es, mögliche Effekte bereits identifizierter
profibrotischer Mediatoren zu untersuchen, die die Kommunikation zwischen AT II Zellen
und Fibroblasten stören.
Kürzlich konnte gezeigt werden, dass der WNT/beta-catenin Signalweg in der Pathogenese der
IPF eine Rolle spielt. Insbesondere wurde gezeigt, dass WNT3a sowie das WNT1-inducible
signaling protein-1 (WISP-1) im Rahmen der IPF von ATII Zellen sezerniert werden.
Für das hier vorgestellte Projekt wurde die Hypothese aufgestellt, dass WNT3a und WISP1
parakrin auf Fibroblasten wirken und somit zur gestörten Kommunikation zwischen ATIIZellen
und Fibroblasten im Rahmen der Pathogenese von IPF beitragen.
Mittels Western Blot Analyse und quantitativer RT-PCR konnte gezeigt werden, dass der
WNT/beta-catenin Signalweg in NIH-3T3 Fibroblasten in vitro aktiviert werden kann. Weitere
Effekte einer Aktivierung des WNT/beta-catenin Signalwegs wurden mittels Thymidin [H3]
Proliferations Assay, Immunfluoreszenz, Sircol Collagen Assay und quantitativer RT-PCR
durchgeführt.
WNT3a führte zu einer deutlich erhöhten Kollagenproduktion. Zudem kam es zu einer
erhöhten Transkription von typischen Markern einer Fibroblastenaktivierung.
Interessanterweise beeinflusste WNT3a die Fibroblastenproliferation nicht. Die parakrinen
Effekte von WISP-1, welches von einem WNT Targetgen kodiert wird, wurden ebenfalls
untersucht. Vergleichbar mit WNT3a führte WISP-1 zu einer erhöhten Kollagenbildung und
Fibroblastenaktivierung. Die Proliferationsrate der Fibroblasten änderte sich hingegen nicht.
Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass beide Proteine, WNT3a und WISP-1, zu einer
Aktivierung sowie einer erhöhten Kollagenproduktion von Lungenfibroblasten führen
können. WNT3a und WISP-1, welche in IPF verstärkt von ATII Zellen sezerniert werden,
wirken parakrin auf Fibroblasten und stellen somit bedeutende profibrotische Mediatoren in
der Pathogenese der IPF dar.