Untersuchungen zur Rolle von Lungenfibroblasten bei der Alveolarisierung

Abstract

Lungenkrankheiten, wie die chronisch obstruktive Lungenkrankheit (COPD) oder Fibrose, welche irreversible Schädigungen des Lungengerüsts verursachen, nehmen stetig zu. Für das Jahr 2020 projiziert die WHO COPD als dritthäufigste Todesursache der westlichen Welt. Bislang ist eine Lungentransplantation die einzige Therapieform, doch Organe sind nicht für alle Patienten verfügbar. Da diese Krankheiten mit dem Verlust der Alveolarsepten, oder deren Verdickung einhergehen, ist es von großer Bedeutung, den Prozess der Septumneubildung genau zu untersuchen und zu verstehen, um neue Therapieansätze entwickeln zu können. Es konnte gezeigt werden, dass verschiedene Zelltypen an der Septierung beteiligt sind. Epithelzellen, Endothelzellen und Fibroblastensubtypen interagieren während der Lungenentwicklung miteinander. Aber ihre genaue Funktion und Differenzierung ist bislang unbekannt. Ziel dieser Arbeit war es, die Transdifferenzierungsprozesse von Lipo- und Myofibroblasten, ausgehend von ihren PDGFRalpha-positiven Vorläuferzellen, zu untersuchen. Die Linienverfolgung der einzelnen Zelltypen erfolgte mittels des induzierbaren Cre/loxP-Systems, außerdem wurde die endogene PDGFRalpha-Expression zu verschiedenen Zeitpunkten eingehend untersucht. Dabei konnte bewiesen werden, dass sich im Zuge der Lungenentwicklung PDGFRalpha-positive Vorläuferzellen in peribronchiale glatte Muskelzellen, alveoläre Myofibroblasten, Lipofibroblasten und perivaskuläre/peribrochiale Fibroblasten differenzieren können. An der Bildung von Gefäßmuskelzellen sind sie nicht beteiligt. Außerdem konnte gezeigt werden, dass aus postnatalen PDGFRalpha-positiven Zellen zwar Lipofibroblasten entstehen können, jedoch keine Myofibroblasten. Zudem konnte im Rahmen dieser Experimente nur ein Teil der Lipofibroblasten markiert werden, was darauf hinweist, dass es einen weiteren Vorläuferzelltyp gibt. Zwar sind noch viele weitere Experimente notwendig, um den Ursprung und die Entwicklung dieser Zelltypen aufzuklären, aber die Ergebnisse dieser Arbeit definieren eine neue Subpopulation von Lipo- und Myofibroblasten, welche nun weiter untersucht werden können, um ihre exakte Rolle in der Lungenentwicklung und -regeneration zu klären. Ein Verständnis dieser komplexen Prozesse könnte neue Therapieansätze zur Heilung oder Verbesserung von Lungenkrankheiten liefern.

Lung diseases, that cause irreversible destruction of gas exchange regions like chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and fibrotic lung diseases, represent a significant and increasing burden. For the year 2020 the WHO projects COPD as the third leading cause of death in the western world. Currently there are no curative therapeutic strategies for pulmonary structural diseases. Lung transplantation remains the only option which might provide some life prolonging effect for some patients, but is not available for all patients. Since these diseases go along with alveolar septum degradation or thickening, the understanding of alveolar septum formation is essential to develop new therapeutic regenerative strategies. It has been shown that a variety of different cell types interact to enable septum formation. Epithelial and endothelial cells, as well as fibroblast subtypes have been identified during lung development. But their interaction and function still remains to be clarified. The aim of this work was to evaluate the transdifferentiation processes of lipo- and myofibroblasts starting from their potential PDGFRalpha-positive precursor using a Cre/loxP driven lineage tracing approach. The PDGFRalpha expression was investigated using PDGFRalphaGFP mice expressing the reporter green fluorescent protein from the endogenous PDGFRalpha-locus. It has been shown that in normal lung development PDGFRalpha-expressing precursor cells differentiate into peribronchial smooth muscle cells, alveolar myofibroblasts, lipofibroblasts and perivascular/peribronchial fibroblasts. They do not contribute to vascular smooth muscle cells. Additionally the results indicate that postnatal PDGFRalpha-positive cells can give rise to lipofibroblasts, but not to myofibroblasts. Since not all lipofibroblasts were labelled by this lineage tracing, a further progenitor cell type has to be suggested. Further studies are clearly needed to elucidate these potential different originating cell types. Our results define a subpopulation of lipofibroblasts and myofibroblasts which can be further analyzed for potential differentiation and function in pulmonary diseases and regeneration to reveal new therapeutic targets.