Molecular mediators of alveolarization

Abstract

Egr1 is a growth factor with multiple different interaction partners and numerous effectscovering most of the known cellular processes. Having found a postnatal downregulationof this anti-proliferative, pro-apoptotic molecule fits the needs of highdivision ratios within alveolarization, but may also depict a diminished necessity ofdifferentiation. Stainings revealed single alveolar septal cells of both models to (over-)express Egr1, potentially emphasizing a local pro-proliferative influence of the growthfactor within this lung region.The pneumonectomy model, showing an up-regulation of Egr1, probably involves theMAPK signalling pathway, as some additional members of this regulatory chain werefound to be overexpressed as well. In consequence, not only Egr1, but also thesecandidates should be further studied in order to find targets for potential tissueregrowth. In a first step, lungs of Egr1-knockout or -overexpressing mice may bestereologically quantified to curtail the degree of influence the growth factor has onboth models presented here. Hintergrund und Ziel: Obwohl zunehmend mehr Patienten an chronisch-destruktivenLungenerkrankungen leiden, ist die bislang einzige Heilung eine Transplantation.Falls man am Lungenwachstum beteiligte Gene ausfindig machen und reaktivierenkönnte, wäre es ggf. möglich, eigenes Gewebe nachwachsen zu lassen. In einem erstenSchritt wurde nun in zwei Maus-Modellen nach solchen Regulatoren gesucht.Material und Methoden: Mittels Microarry-Screening wurde bei postnatalen und sichim kompensatorischen Wachstum befindenden Mäuse-Lungen zu jeweils zweiZeitpunkten nach differentiell regulierten Genen gesucht. Aus der statistischen Analysehervorgehende interessante Kandidaten wurden mittels Real-time-PCR und Westernblot validiert, auf ihre Lokalisation in der Lunge hin untersucht und schließlichfunktionellen Tests unterzogen.Ergebnisse: Es konnten pro Zeitpunkt über 1.600 postnatal regulierte Gene gefundenwerden, jedoch jeweils nur knapp 200 im Pneumonektomie-Modell; die Schnittmengebetrug 58 Gene. Zwei interessante Kandidaten waren der Wachstumsfaktor Egr1 undder Cystein-Protease-Inhibitor Stefin A1. Für ersteres Molekül konnte gezeigt werden,daß es einen anti-proliferativen, pro-apoptotischen Effekt auf die meisten Lungen-Zelltypen ausübt, welcher über sezernierte Moleküle vermittelt wird. Ein Typ II- undBronchialepithel-spezifisches Expressionsmuster wurde in beiden Modellen noch umeinzelne, in der Lungenperipherie liegende, überexprimierende Zellen ergänzt. Für daskompensatorische Wachstum wurde Egr1 eine Mediator-Rolle im Rahmen des MAPKPathwayszugeschrieben. Stefin A1 war eines der postnatal am intensivstenhochregulierten Gene; seine Aufgabe im Rahmen des Lungenwachstums bestehtwahrscheinlich in einer Hemmung Matrix-abbauender Cathepsine. Für Stefin A1 konnteein Adhäsions-steigernder Effekt bei Epithelzellen nachgewiesen werden.Diskussion und Ausblick: In beiden Modellen wurden zahlreiche regulierte Genegefunden, wobei die Schnittmenge sich in Grenzen hielt. Falls es sich bei dengefundenen Kandidaten, neben den bekanntermaßen am Lungenwachstum beteiligten(z.B. Kollagene und Elastin), nicht um zentrale Steuerelemente handelt, wäre esmöglich, daß beide Prozesse über unabhängige Wege gesteuert werden. Weiterefunktionelle und In-vivo-Experimente sollen unter anderem diese Fragestellung klären.