Expression und Funktion des Transforming Growth Factor (TGF)-beta1 Zielgens LMCD-1 in pulmonal-arteriellen glatten Muskelzellen bei pulmonal-arterieller Hypertonie

Abstract

Die pulmonal-arterielle Hypertonie (PAH) ist eine seltene, aber durch die Entwicklung eines Cor pulmonale schwere Erkrankung mit häufig letalem Ausgang. Vasokonstriktion, Gefäßrarefizierung, Thrombosierung und struktureller Gefäßumbau sind die charakteristischen Merkmale der PAH und führen zu einem gesteigerten Lungengefäßwiderstand mit Erhöhung des pulmonal-arteriellen Drucks und daraus resultierender chronischer Belastung des rechten Ventrikels. Die vaskuläre Remodellierung mit Hypertrophie der Tunica media der kleinen pulmonalen Arterien in der PAH ist gekennzeichnet durch Proliferation, Migration und Veränderung des Phänotyps der pulmonal-arteriellen glatten Muskelzellen (PASMC). Die Identifikation von Mutationen im Gen für den bone morphogenetic protein receptor (BMPR)-2 in der familiären und idiopathischen pulmonal-arteriellen Hypertonie (IPAH/FPAH), sowie in der Sequenz des activin receptor-like kinase (ALK)-1 Rezeptors Gens bei sekundären Formen der PAH weisen auf eine zentrale Funktion der TGF-beta Superfamilie in der Aufrechterhaltung der vaskulären Homöostase und in der Pathogenese der PAH hin. Das Ziel der Arbeit war die Charakterisierung der Funktion von LMCD-1, als ein neu identifiziertes TGF-beta1 Zielgen, in primären humanen PASMC mit Relevanz in der PAH, sowie die Untersuchung der LMCD-1-Expression in Patienten mit IPAH.LIM and cysteine rich domains (LMCD)-1 ist ein LIM Domänen Protein und konnte als ein neues Zielgen der TGF-beta1 Signalkaskade identifiziert werden. TGF-beta1 fördert die Expression von LMCD-1-mRNA, als auch die Synthese von LMCD-1-Protein in humanen primären PASMC, gemessen mit quantitativer PCR und Western Blot. Weitere in vitro Experimente mit siRNA zeigten, dass LMCD-1 Differenzierung und Migration von PASMC reguliert, angezeigt durch die Regulation von alpha-SMA, SM22 und CNN1. Darüber hinaus demonstrierten weitere in vitro Experimente, dass LMCD-1 die TGF-beta1 Signalkaskade in PASMC negativ reguliert. In humanen Lungenschnitten gesunder Donoren, sowie von Patienten mit PAH konnte LMCD-1-Protein mittels immunohistochemischer Verfahren eindeutig in PASMC im Gesunden, als auch in der PAH identifiziert werden. Damit ist LMCD-1 ein neues TGF-beta1 Zielgen in PASMC, das die Differenzierung und Migration, sowie die TGF-beta1 Signaltransduktion in PAH kontrolliert und potentiell zu den strukturellen Gefäßveränderungen der PAH beitragen könnte.

Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a rare but severe disease which can be lethal due to right heart hypertrophy leading to heart failure. Vasoconstriction, in situ thrombosis and vascular remodelling are typical features of PAH causing chronic elevation of the pulmonary arterial pressure and resistance. The process of remodelling, which is responsible for the obstruction of the vessel lumen and the elevated vascular resistance in the pulmonary circulation, is mainly characterised by excessive proliferation and migration of the pulmonary arterial smooth muscle cells (PASMC). The identification of mutations in the gene coding for the bone morphogenetic protein receptor (BMPR)-2 in familial and idiopathic pulmonary arterial hypertension (IPAH/FPAH), as well as in the activin receptor-like kinase (ALK)-1 receptor gene in secondary forms of PAH (SPAH), suggest that the TGF-beta superfamily is involved in the maintenance of the pulmonary vascular homeostasis and in the process of disease development. Therefore, the aim of this study was to elucidate the role of LMCD-1, a novel TGF-beta1 target gene, in PASMC with relevance to PAH, as well as to investigate its expression in IPAH patients.LIM and cysteine rich domains (LMCD)-1 is a LIM domain protein, and a novel target gene of the TGF-beta1 signalling cascade in PASMC. TGF-beta1 induced the expression of LMCD-1 at the mRNA and protein level in human primary PASMC, as shown by quantitative PCR and western blotting respectively. Furthermore, in vitro experiments using siRNA, demonstrated that LMCD-1 regulates the differentiation and migration of PASMC by regulating the levels of alpha-SMA, SM22 and CNN1. Further in vitro experiments revealed that LMCD-1 can act as a negative regulator of the TGF-beta1 signalling in human primary PASMC. In addition, LMCD-1 was clearly localised in PASMC in human lung sections of healthy donors and IPAH patients. Taken together, LMCD-1 is a novel TGF-beta1 target gene in PASMC that controls the differentiation and migration of PASMC, as well as the TGF-beta1 signalling and thus may contribute to the structural changes observed in the vessel wall in IPAH.