The WNT1 induced signalling protein 1 is a novel mediator of impaired epithelial-mesenchymal interactions in lung fibrosis

Abstract

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is characterized by distorted lung architecture and loss of respiratory function. Enhanced (myo)-fibroblast activation, ECM deposition, and alveolar epithelial type II (ATII) cell dysfunction contribute to IPF pathogenesis. However, the molecular pathways linking ATII cell dysfunction with the development of fibrosis are poorly understood. Here, we demonstrate, in a mouse model of pulmonary fibrosis, increased proliferation and altered expression of components of the WNT/beta-catenin signalling pathway in ATII cells. Further analysis revealed that expression of WNT1-inducible signalling protein 1 (WISP1), which is encoded by a WNT target gene, was increased in ATII cells in both a mouse model of pulmonary fibrosis and patients with IPF. Treatment of mouse primary ATII cells with recombinant WISP1 led to increased proliferation and epithelial-mesenchymal transition (EMT), while treatment of human lung fibroblasts with recombinant WISP1 enhanced deposition of ECM components. In the mouse model of pulmonary fibrosis, neutralizing mAbs specific for WISP1 reduced the expression of genes characteristic of fibrosis and reversed the expression of genes associated with EMT. More importantly, these changes in gene expression were associated with marked attenuation of lung fibrosis, including decreased collagen deposition and improved lung function and survival. Our study thus identifies WISP1 as a key regulator of ATII cell hyperplasia and impaired epithelial-mesenchymal interaction as well as a potential therapeutic target for attenuation of pulmonary fibrosis.

Fibrosierende Lungenerkrankungen sind durch eine vermehrte Ansammlung extrazellulärer Matrix und Proliferation der interstiziellen Fibroblasten charakterisiert. Dies führt zu einem kompletten Gewebsumbau der Lunge und einem funktionellem Verlust an Alveolarraum. Im Verlauf der Erkrankung führen wiederholte epitheliale Schädigungen mit versuchten Reparaturvorgängen zu einer Veränderung des Genexpressionsprofils der alveolären Epithelzellen Typ II (ATII-Zellen), was zu einer weiteren Aktivierung der Fibroblasten zu Myofibroblasten führt. In dieser Studie wurden ATII Zellen aus gesunden bzw. fibrotischen murinen Lungen isoliert und untersucht. Mittels Proliferations-analysen, Immunfluoreszenz, quantitativer RT-PCR sowie Microarrayanalysen, konnten wir eine gesteigerte Proliferation und veränderte Genexpression der fibrotischen ATII Zellen nachweisen. Insbesondere der WNT/beta-catenin Signalweg war differenziell reguliert und aktiviert. Weitere Analysen zeigten, dass das WNT1 inducible signalling protein (WISP) 1 in den ATII Zellen in der experimentellen als auch humanen idiopathischen pulmonalen Fibrose vermehrt exprimiert wird. Die Stimulation von primären ATII Zellen mit rekombinanten WISP1 führte zu einer gesteigerten Proliferation und epihtelialen-mesenchymalen Transition (EMT), während eine Stimulation von humanen Fibroblasten zu einer gesteigerten Produktion und Deposition von extrazellulärer Matrix führte. In der Bleomycin-induzierten Lungenfibrose führte die Gabe von neutralisierenden Antikörpern gegen WISP1 zu einer Reduktion von profibrotischen Genen sowie EMT-Markern. Eine deutliche Abschwächung der Lungenfibrose mit verbesserter Lungenarchitektur konnte weiterhin durch immunhistochemische Analysen und Quantifizierung von Bestandteilen der extrazellulären Matrix, sowie einer Verbesserung der Lungenfunktion und des Überlebens, bestätigt werden. Unsere Studie identifiziert WISP1 als profibrotischen Mediator, der an der gestörten epithelialen-mesenchymalen Interaktion beteilgt ist. Eine Hemmung von WISP1 könnte eine mögliche neue Therapieform für Patienten mit IPF darstellen.