title: Die Rolle von Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma Coactivator-1alpha (PGC-1α) in der Pathogenese der Sklerodermie
title: The Role of Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma Coactivator-1alpha (PGC-1α) in the Pathogenesis of Systemic Sclerosis
Creators: name: Balzer, Michael S.
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2012
Subjects: subject: Systemische Sklerose
subject: PGC-1alpha
subject: Knockout
subject: TGF beta
subject: PDGF
subject: systemic scleroderma
subject: knockout mice
subject: Sklerodermie
subject: Fibrose
subject: Transforming Growth Factor beta
subject: Platelet-derived Growth Factor
subject: Tiermodell
subject: Knockout (Molekulargenetik)
subject: Fibroblast
subject: Ze
subject: DDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::61 Medizin und Gesundheit::610 Medizin und Gesundheit

description: 1) Wissenschaftlicher Hintergrund: Die Sklerodermie (SSc) ist eine Kollagenose unklarer Ätiologie, die durch Gefäßschäden, Autoimmunität und die progressive Fibrosierung der Haut und inneren Organe gekennzeichnet ist. Die der Fehlaktivierung von Fibroblasten zugrunde liegenden Mechanismen sind bisher nur unzureichend aufgeklärt, antifibrotische Therapiekonzepte für SSc fehlen. PGC-1α wurde kürzlich als ein wichtiger Transkriptions-Koaktivator im Signalweg von PDGF identifiziert. Da profibrotische Zytokine wie PDGF und TGF-β in der Aktivierung und Stimulation von Fibroblasten von entscheidender Bedeutung sind und darüber hinaus bereits gezeigt wurde, dass eine Hemmung von PDGF stark antifibrotisch wirkt, war das Ziel der vorliegenden Arbeit, zu untersuchen, ob PGC-1α die profibrotischen Effekte dieser Zytokine vermittelt und ob eine Hemmung von PGC-1α eine antifibrotische Antwort evoziert und somit einen möglichen zukünftigen Therapieansatz darstellen könnte. 2) Methoden: Unterschiedliche Stadien und Phänotypen von SSc wurden durch Mausmodelle abgebildet. Hautdicke und Entzündungszellen wurden histologisch, PGC-1α, Myofibroblasten und Makrophagen immunhistochemisch visualisiert. Die Quantifizierung der Proteinmenge von Kollagen erfolgte mithilfe des Hydroxyprolin-Assays. In zellkulturellen Experimenten wurden humane dermale Fibroblasten nach Stimulation mit PDGF und TGF-β untersucht. PGC-1α-mRNA-Level wurden durch Real-Time PCR quantifiziert. 3) Ergebnisse: Mittels Immunhistochemie und Real-Time PCR konnte für SSc-Patienten und verschiedene Mausmodelle gezeigt werden, dass PGC-1α in fibrotischen Hautarealen verstärkt exprimiert wird. Diese Überexpression wurde dabei sowohl in frühen, stark entzündungsabhängigen als auch in späten, von Entzündungsvorgängen weitgehend unabhängigen Stadien von SSc angetroffen. In Loss-of-function-Studien wurde nachgewiesen, dass PGC-1α bei der Vermittlung profibrotischer Effekte in vivo eine zentrale Stellung einnimmt. Dabei schützte ein Knockout von PGC-1α vor der Entwicklung eines experimentell hervorgerufenen fibrotischen Phänotyps. Profibrotische Effekte – etwa die Zunahme der Hautdicke, die gesteigerte Kollagen-Produktion sowie erhöhte Anzahlen von Myofibroblasten, Entzündungszellen und Makrophagen – wurden dabei deutlich abgeschwächt. Zellkultur-Experimente mit humanen Fibroblasten aus normaler und SSc-läsionaler Haut legten den Schluss nahe, dass die PGC-1α-Expression als eine exponentielle Funktion von der Stimulationsdauer mit profibrotischen Zytokinen charakterisiert werden kann. 4) Schlussfolgerung: Im Hinblick auf die potenten antifibrotischen Effekte, die durch Hemmung von PGC-1α im Tiermodell hervorgerufen wurden, ist die weitergehende Charakterisierung der Rolle von PGC-1α in der Pathogenese der Fibrose von großem Interesse. Insbesondere eine detailliertere Evaluation der Regulationsmechanismen zwischen PGC-1α und profibrotischen Zytokinen wird hierbei nützlich sein. Auf der Grundlage der vorliegenden Ergebnisse stellt PGC-1α ein mögliches Ziel für zukünftige pharmakologische Ansätze zur Therapie der SSc dar.
description: 1) Background: Systemic sclerosis (SSc) is a connective tissue disease of unknown etiology, characterized by vascular damage, autoimmunity and progressive fibrosis of the skin and internal organs. The mechanisms responsible for fibroblasts being falsely activated have only been depicted inadequately so far, effective therapeutic concepts for SSc are lacking. Recently, PGC-1α has been identified as an important transcriptional coactivator for the PDGF pathway. Since profibrotic cytokines such as PDGF and TGF-β are key players in activation and stimulation of fibroblasts, and since it has furthermore been shown that inhibiting PDGF results in strong antifibrotic effects, the present thesis aimed to investigate whether PGC-1α mediates profibrotic effects of these cytokines, and whether inhibition of PGC-1α would evoke an antifibrotic response, possibly posing a future therapeutic approach. 2) Methods: Different stages and phenotypes of SSc were represented by mouse models. Dermal thickness and inflammation cells were visualized histologically, PGC-1α, myofibroblasts and macrophages immunohistochemically. Hydroxyproline assay was utilized for quantification of collagen protein. In cell culture experiments human dermal fibroblasts were analyzed after stimulation with PDGF and TGF-β. Real-time PCR was used for the quantification of PGC-1α mRNA levels. 3) Results: Immunohistochemistry and real-time PCR analyses in SSc patients and various mouse models could demonstrate that PGC-1α expression was upregulated in fibrotic skin areas. This overexpression was seen both in early, inflammation-dependent and in late, largely inflammation-independent stages of SSc. Loss-of-function studies revealed that PGC-1α takes a central part in mediating profibrotic effects in vivo. In this case, PGC-1α-knockout mice were protected from the development of an experimentally induced fibrotic phenotype. Profibrotic effects – such as increased dermal thickness, upregulated collagen production as well as elevated numbers of myofibroblasts, inflammation cells and macrophages – were attenuated considerably. Cell culture experiments with human fibroblasts from normal and SSc-lesional skin suggested the conclusion that PGC-1α expression can be characterized as an exponential function of the duration of stimulation with profibrotic cytokines. 4) Conclusion: With regard to the potent antifibrotic effects, evoked by an inhibition of PGC-1α in an animal model, further characterization of the role of PGC-1α in the pathogenesis of fibrosis will be of great interest. Especially a more in-depth evaluation of the regulatory mechanisms between PGC-1α and profibrotic cytokines will be valuable. Based on the present results, PGC-1α may represent a possible target for future pharmacological approaches to the therapy of SSc.