Authors:	Vasel, Matthäus
Title:	Untersuchungen zu der Rolle der extrazellulären Matrix bei Fibrose und bei Tumoren
Online publication date:	11-Oct-2012
Year of first publication:	2012
Language:	german
Abstract:	Diese Arbeit befasst sich mit der Rolle der extrazellulären Matrix und insbesondere des Proteins Fibronektin bei der Leberfibrose und bei der Einnistung von Tumorzellen in die Stammzellnische im Knochenmark.\r\n\r\nHierfür wurde in einem Fibrosemodell das Peptid pUR4b verwendet, welches die Assemblierung einer Fibronektinmatrix verhindert. Bei der Verwendung dieses Peptids während und nach der Induktion einer Leberfibrose durch die Chemikalie Dimethylnitrosamin konnte eine Verminderung der Kollagenmenge (und damit des fibrotischen Narbengewebes) in der Leber im Vergleich zu fibrotischen Kontrolltieren beobachtet werden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass dieser Effekt unabhängig von der Aktivierung der hepatischen Stellatezellen ist, jedoch zum Teil von einer verminderten Anzahl entzündlicher Zellen abhängig sein könnte. Eine verminderte Bildung von Gesamt- und aktivem TGF-β, welche zum Teil auf Effekte der verringerten Zahl der inflammatorischen Zellen zurückzuführen sein könnte, unterstützt den Effekt des verminderten Aufbaus von Narbengewebe. In vitro Untersuchungen zeigten, dass hepatische Stellatezellen bei einer Behandlung mit pUR4b weniger Fibronektin in die extrazelluläre Matrix einbauten als unbehandelte hepatische Stellatezellen. Insgesamt sprechen die Daten dafür, dass das Peptid pUR4b den Aufbau einer Fibronektinmatrix verhinderte bzw. verminderte, wodurch die Ablagerung anderer Komponenten der extrazellulären Matrix wie z.B. Kollagen gestört war und es daher zu einem Rückgang des fibrotischen Narbengewebes kam.\r\n\r\nFür die Untersuchung des Einflusses der extrazellulären Matrix und des Fibronektins bei der Einnistung von Tumorzellen wurde zunächst das Fibronektin mit Hilfe konditioneller Knockout-Mäuse in verschiedenen Zellen bzw. Organen der Tiere ausgeschaltet. Weder die Ausschaltung des zirkulierenden, noch des durch Osteoblasten und Osteozyten gebildeten, noch des zirkulierenden und von Zellen des Knochenmarks gebildeten Fibronektins beeinträchtigte die Einnistung von Tumorzellen. Auch die Bildung eines Hämatoms im Knochen hatte weder einen Einfluss auf die Einnistung von Tumorzellen noch auf die spätere Tumorentwicklung. Die Ausschaltung des tumorzellendogenen Fibronektins führte hingegen zu einer signifikant verminderten Einnistung von Tumorzellen. Diese ist wahrscheinlich auf die verstärkte Affinität dieser Tumorzellen zu Zellen des Immunsystems zurückzuführen. Diese Beobachtung konnte zum Teil durch eine verstärkte eCadherin Expression erklärt werden, welche die Bindung an verschiedene Zellen des Immunsystems vermittelt. Eine Untersuchung der osteoblastischen Stammzellnische durch die kombinierte Gabe von Parathormon und Zoledronsäure führte zu keiner Veränderung der Fibronektinkonzentration innerhalb des Knochenmarks der behandelten Tiere. Dennoch nisteten sich in dem Knochenmark der mit Parathormon und Zoledronsäure behandelten Tiere signifikant mehr Tumorzellen ein als in dem von Kontrolltieren. Dieser Effekt konnte auf einen synergetischen Effekt von Parathormon und Zoledronsäure zurückgeführt werden, der zu einer gesteigerten Osteoblastenaktivität und Änderungen der Zytokinkonzentrationen im Knochenmark führte.\r\nZusammenfassend zeigte sich, dass eine Veränderung der extrazelluläre Matrix und insbesondere des Proteins Fibronektin bei Leberfibrose zu einem veränderten Krankheitsbild führt und die Einnistung von Tumorzellen in das Knochenmark beeinflusst.\r\n This PhD thesis discusses the role of the extracellular matrix and in particular the protein fibro-nectin in liver fibrosis and in the homing of tumor cells into the stem cell niche of the bone marrow.\r\n\r\nFor this purpose, the peptide pUR4b which prevents the assembly of a fibronectin matrix was administered to fibrotic mice. When applying this peptide during and after the induction of hepatic fibrosis by the chemical dimethylnitrosamine, a reduction in the amount of collagen (and thus of fibrotic scar tissue) in the liver was observed compared to fibrotic control animals. This effect could be shown to be independent of the activation of hepatic stellate cells, but might be influenced by a reduced number of inflammatory cells. A reduced synthesis of total and active TGF-β, which in part might be due to effects of the reduced number of inflammatory cells, sup-ports the effect of the reduced deposition of scar tissue. In vitro studies showed, that the hepatic stellate cells incorporated less fibronectin into the extracellular matrix when treated with pUR4b. Overall, the data indicate that the peptide pUR4b prevented or reduced the establishment of a fibronectin matrix, which disturbed the deposition of other extracellular matrix components such as collagens and therefore resulted in a decrease of fibrotic scar tissue.\r\n\r\nFor the investigation of the influence of the extracellular matrix and the protein fibronectin in the homing process of tumor cells, the fibronectin was initially deleted in various cells and organs of the animals by using conditional knockout mice. Neither the elimination of the circulating fibronectin nor of the fibronectin produced by the osteoblasts and osteocytes, nor of the circulating fibronectin and the one produced by bone marrow cells impaired the homing of tumor cells. The formation of a hematoma in the bone had neither an effect on the homing of tumor cells nor on the subsequent tumor development. Deletion of fibronectin in the tumor cells, however, significantly reduced the homing of tumor cells. This is probably due to the increased affinity of these tumor cells to cells of the immune system. This observation can be partly explained by an increased expression of eCadherin, which mediates binding to various cells of the immune system. An examination of the osteoblastic stem cell niche by the combined administration of parathyroid hormone and zoledronic acid did not alter the concentration of fibronectin within the bone marrow of treated animals. However, significantly more tumor cells homed in the bone marrow of animals treated with parathyroid hormone and zoledronic acid comparded to that of control animals. This effect could be attributed to a synergistic effect of parathyroid hormone and zoledronic acid, which led to increased osteoblast activity and changes in the cytokine levels in the bone marrow.\r\n\r\nIn summary, it was found that altering the extracellular matrix and in particular the protein fibro-nectin in various diseases, leads to an altered clinical picture and influences the homing of tumor cells to the bone marrow.\r\n
DDC:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-4700
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-32415
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	198 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen