TGF-beta induzierte Expression extrazellulärer Matrixproteine durch Herzmuskelzellen der adulten Ratte

Abstract

Charakteristische Merkmale für den fibrösen Umbau im Herzen sind eine verstärkte Expression und Deposition extrazellulärer Matrixproteine. Dieseverstärkte Deposition an extrazellulärer Matrix kann Ausdruck einergesteigerten Bildung und Freisetzung von Zytokinen sein. Insbesondere dem indieser Studie untersuchten Zytokin Transforming growth factor-beta kommt hiereine große Bedeutung zu. Es ist bekannt, dass TGF-beta im Geschehen derHerzfibrose, der Apoptose, der Myokardhypertrophie sowie der kontraktilenDysfunktion eine große Rolle spielt. TGF-beta wird hauptsächlich am Übergangeiner kompensierten zu einer dekompensierten Hypertrophie vermehrtexprimiert. In Fibroblasten nimmt TGF-beta einen Einfluss auf die Expression undDeposition der extrazellulären Matrix, in adulten Kardiomyozyten beeinflusstTGF-beta Apoptose sowie die kontraktile Funktion und die beta-adrenerg vermittelte Hypertrophie.Bei der hier vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass auf Ebene dereinzelnen Kardiomyozyten die Stimulation mit TGF-beta eine vermehrteExpression und Deposition extrazellulärer Matrixproteine zur Folge hat. Nacheiner 24-stündigen Inkubation mit TGF-beta konnte ein Anstieg der Expression undFreisetzung der extrazellulären Matrixproteine Kollagen I, Fibronektin, Elastin,Laminin und Laminin-Rezeptors nachgewiesen werden. Die Expressionautochthon gebildeter ECM beeinflusst das Mikromillieu der Herzmuskelzellenwesentlich. Weiterhin wurde festgestellt, dass zwei Mitglieder aus der Familie der mitogen aktivierten Proteinkinasen, die JNK und die p38-MAPK, in das TGF-beta vermittelte Signalling von Kardiomyozyten involviert sind. Hier konnte gezeigt werden, dass TGF-beta in adulten Kardiomyozyten den Phosphorylierungsgrad vor allem der JNK aber auch der p38-MAPK erhöhen, und sie auf diese Weise aktivieren. Die Aktivierung der p38-MAPK zeigt einen monophasischen Verlauf mit einem Peak nach 15 Minuten, wohingegen die Aktivierung der JNK einen biphasischen Verlauf nimmt. Ihre Peaks finden sich nach 10- bzw. 90-minütiger Inkubation mit TGF-beta. Nach einer spezifischen Hemmung der JNK und der p38- MAPK durch ihre pharmakologischen Inhibitoren konnte eine Reduktion der Expression und Deposition extrazellulärer Matrixproteine nachgewiesen werden. Nach der spezifischen Hemmung der JNK zeigt sich eine signifikant verminderte Expression und Deposition von Kollagen I, Elastin, Fibronektin sowie des Laminin-Rezeptors. Die TGF-beta induzierte Expression und Deposition von Fibronektin und des Lamin-Rezeptors wurde durch die pharmakologische Hemmung der p38-MAPK reduziert. Weder die reduzierte Aktivierung der JNK noch die der p38-MAPK nehmen einen Einfluss auf die Expression von Laminin.Die Tatsache, dass nicht nur Fibroblasten für die Bildung extrazellulärerMatrixproteine verantwortlich sind, sondern dass das Mikromillieu direkt durchdie Kardiomyozyten beeinflusst wird, wirft ein neues Licht auf die Pathologie der Entstehung der Myokardhypertrophie. Ob der Einbau der von Kardiomyozytenselbst exprimierten ECM - neben dem Einfluss auf die kontraktile Funktion -spezifische intrazelluläre Signalwegen durch Integrin und Non-IntegrinRezeptoren nutzt, bedarf weiterer Untersuchungen. Characterizing features of the fibrous remodelling in the heart are accentuatedexpression and deposition of extracellular matrixproteins (ECM). Thisaccentuated deposition of extracellular matrix could be manifested in a higherdevelopment and release of cytokines. In particular the examined cytokinetransforming growth factor-beta (TGF-beta) gets a pivotal importance. It is well known, that TGF-beta plays an important role in cardiac fibrosis, apoptosis, hypertrophic induction, and contractile dysfunction. This cytokine is mainly expressed during the transition of compensated to decompensated hypertrophy. In fibroblasts TGF-beta influences expression of ECM. In adult cardiomyocytes TGF-beta influences apoptosis, contractile function and modulation of beta;-adrenoceptor mediated hypertrophy.In this study an increased expression and deposition of extracellular matrixproteins caused by stimulation with TGF-beta was shown in isolated singlecardiomyocytes. All examined ECM proteins (collagen I, fibronectin, laminin,elastin and the laminin-receptor) become increased expressed and releasedafter 24h of TGF-beta (10 ng/ml) treatment. This expression of autochthonicallyproduced ECM proteins influences the micromilieu of cardiomyocytes.Moreover JNK and p38-MAPK, two members of the family of mitogen activatedproteinkinases, were identified to be involved in the TGF-beta dependent signalling in cardiomyoctes. As a result it was shown that in the presence of TGF-beta the degree of phosphorylation of JNK and p38-MAPK in adult cardiomyocytes was activated. p38-MAPK phosphorylation was increased monophasically after 15 min of TGF-beta treatment, whereas JNK was phosphorylated biphasically 10 min and 90 min after TGF-beta stimulation. After specific inhibition of both kinases by their pharmacological inhibitors a reduced expression and deposition of extracellular matrixproteins was achieved. The TGF-beta mediated expression of fibronectin, collagen I, elastin and of the laminin-receptor was significantly reduced by pretreatment of cells with a pharmacological inhibitor of JNK.Inhibition of p38- MAPK reduced the TGF-beta induced increase in expression offibronectin and of the laminin-receptor. Laminin was neither influenced by theuse of the JNK inhibitor nor of the p38-MAPK inhibitor.The fact that not only fibroblast are responsible for the production of ECM sheds a new light on the development of a pathological myocardial hypertrophy. The surrounding of myocytes is influenced autonomously. If the produced ECMinsert beside the influence in contractile function - the specific intracellular signalling pathways through integrin or non-integrin receptors needs to be further elucidated.