TGF-beta,Smad signaling in hepatic stellate cells and during liver fibrogenesis

Wiercinska, Eliza; Dooley, Steven

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-16101

TGF-beta,Smad signaling in hepatic stellate cells and during liver fibrogenesis = TGF-beta/Smad Signalweg in hepatischen Sternzellen und Leberfibrose

Wiercinska, Eliza

2005 & 2006

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Eliza Wiercinska

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

Umfang81 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Prüfungsjahr: 2005. - Publikationsjahr: 2006

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Dooley, Steven (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-12-15

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-16101
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62310/files/Eliza_Wiercinska.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Biowissenschaften, Biologie (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Der transformierende Wachstumsfaktor beta (Transforming growth factor beta; TGF-beta) spielt eine wichtige Role in der Aktivierung von hepatischen Sternzellen (hepatic stellate cells, HSCs) und der Freisetzung von extrazellularer Matrix während der Leberfibrose. Ziel der vorliegenden Studie war durch Expression des intrazellulären Antagonisten, Smad7, den TGF-beta Signalweg zu blockieren. Darüber hinaus wurde ein neues TGF-beta Zielgen identifiziert, das an der Transdifferenzierung von HSCs beteiligt ist. Die in vivo Fibrogenese wurde in einem Galengangsligatur-Model in der Ratte untersucht. Die Tiere wurden mit Smad7 codierenden Adenoviren infiziert. Die Kollagen-Expression und der Hydroxyprolin-Gehalt war in den Lebern von Smad7 behandelten Ratten verglichen mit Kontrollratten stark reduziert. Smad7 zeigte auch starke hemmende Wirkung auf die Transdifferenzierung von HSCs in vitro und blockiert den TGF-beta Signalweg in den Zellen. Die Phosphorylierung von Smad2/3 ist runterreguliert und Smad7-exprimierende Zellen verloren die Vitamin A Tröpfchen nicht. Die Rolle von TGF-beta bei der Transdifferenzierung von HSCs wurde in einer Smad7 abhängigen Microarray-Analyse untersucht, was zur Identifizierung des Differenzierungsinhibitors 1 (inhibitor of differentiation; Id) führte. Smad7 führte zu starker Reduktion der Id1 Expression, wohingegen Id1 Überexpression Aktivierung von HSCs verstärkt und hinreichend ist, um den Smad7-Effekt zu überkommen. Si-RNA abhängiger Id1 knock down interferiert mit HSC-Aktivierung, was eine zentrale Rolle von Id1 während der Fibrogenese unterstreicht. Ich klärte weiter auf, dass die TGF-beta-abhängige Expression von Id1 in HSCs über einen neuen ALK1/Smad1/5/8 Signalweg reguliert wird. Ein ALK1 si-RNA knock down blockierte die TGF-beta induzierte Smad1-Phosphorylierung und Id1-Expression, hatte jedoch keinen Einfluss auf den ALK5/Smad2/3 Signalweg. Zusammenfassend hemmt adenoviraler Transfer von Smad7 die Leberfibrose in vivo. Für den Effekt ist wahrscheinlich die Blockade TGF-beta induzierter HSC-Aktivierung verantwortlich. Zusätzlich wurde ein neuer TGF-beta Signalweg über ALK1 und Smad1 untersucht, der zu Id1 Expression. Diese neuen Erkenntnisse sollen dazu beitragen in Zukunft Leberfibrose besser behandeln zu können.

Transforming growth factor (TGF)-beta is a key mediator of hepatic stellate cell (HSC) activation and extracellular matrix accumulation leading to fibrosis. Aim of the present study was to perturb the TGF-beta pathway in this process by overexpression of Smad7, an intracellular antagonist of TGF-beta signaling. Moreover, a new TGF-beta response gene was identified, which participates in the control of profibrogenic transdifferentiation to myofibroblast-like cells. Ligation of the common bile duct was used to induce liver fibrosis in rats. Animals received injections of an adenovirus overexpressing Smad7. The effect of Smad7 on TGF-beta signaling and activation of HSC was further analyzed in primary cultured cells. AdSmad7 infected rats displayed reduced collagen deposition and hydroxyproline content in the liver, when compared with animals administered AdLacZ. Such a beneficial effect was also observed, when Smad7 was expressed in animals with established fibrosis. Accordingly, Smad7 arrested transdifferentiation of primary cultured HSC. AdSmad7 infected cells remained in a quiescent stage and retained storage of vitamin A droplets. Smad7 expression totally blocked TGF-beta signal transduction, shown by inhibiting Smad2/3 phosphorylation. In an attempt to elucidate TGF-beta target genes responsible for fibrogenesis, an analysis of Smad7-dependent mRNA expression profiles in HSC was performed, resulting in identification of the inhibitor of differentiation 1 (Id1) gene. Ectopic Smad7 expression reduced Id1 expression. Conversely, Id1 overexpression in HSC enhanced cell activation and circumvented Smad7-dependent inhibition of transdifferentiation. Moreover, knock-down of Id1 in HSC interfered with the transdifferentiation process, indicating a pivotal role of Id1 for fibrogenesis. Additionally, treatment of HSC with TGF-beta led to increased Id1 protein expression, which was dependent on activation of the novel ALK1/Smad1/5/8 pathway. Knocking-down expression of ALK1 in HSC interfered with TGF-beta dependent Smad1 phosphorylation and Id1 upregulation, but did not block the activation of the Smad2/3 pathway. In summary, gene transfer of Smad7 inhibits experimental fibrogenesis in vivo. Studies with isolated HSC suggest that the underlying mechanisms involve inhibition of TGF-beta signaling and HSC transdifferentiation. Moreover, a novel TGF-beta pathway involving ALK1 and Smad1 was shown to mediate HSC activation via Id1 upregulation. These new findings represent valuable information for the development of more efficient antifibrotic strategies to treat liver damage in the future.

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