Expression and Regulation of the Insulin-like Growth Factor Axis Components in Rat Liver Myofibroblasts

Abstract

Hepatische Sternzellen (HSC) und Lebermyofibroblasten (LMF) sind maßgeblich an der Leberfibrogenese beteiligt. Untersuchungen der letzten Jahre weisen darauf hin, dass HSC - im Gegensatz zu LMF - parallel mit ihrer Aktivierung der spontanen Apoptose unterliegen. LMF sind daher von zentraler Bedeutung für die Pathogenese der Leberfibrose. Das IGF-System bestehend aus den Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktoren I und II (IGF-I, -II), ihren Rezeptoren (IGF-I-Rezeptor, IGF-IR; IGF-II/Mannose-6-Phosphat-Rezeptor, IGF-II/M6-PR) und sechs hochaffinen IGF-Bindungsproteinen (IGFBPs) ist an der Regulation von Metabolismus, Wachstums-, Differenzierungs- und Reparaturprozessen beteiligt und spielt möglicherweise eine wichtige Rolle für die Pathophysiologie der Leberfibrogenese. Das Hauptziel dieser Arbeit bestand daher darin, die Expression des IGF-Systems in Rattenlebermyofibroblasten zu analysieren und funktionell zu charakterisieren.Lebermyofibroblasten der Passage 1 bis 7 zeigten eine konstitutive mRNA Expression für IGF-I sowie für seine Rezeptoren, den IGF-IR und den IGF-II/M6-PR. In konditionierten Medienüberständen von Lebermyofibroblasten konnten IGFBP-3 und -2 nachgewiesen werden. Die Zugabe von Insulin und IGF-I sowie des profibrogenen Mediators TGF-ß steigerte dosisabhängig die Sekretion von IGFBP-3 und -2, während PDGF-BB einen inhibitorischen Einfluss zeigte. Eine Korrelation zwischen Anstieg der Proteine von IGFBP-3 und -2 im Überstand der Myofibroblasten nach Insulin- und IGF-I-Behandlung und Zunahme der spezifischen mRNA-Transkripte machte eine transkriptionelle Regulation der IGFBP-Biosynthese wahrscheinlich.IGF-I stimulierte die de novo Synthese von Typ-I-Kollagen in LMF. Unter einer Vielzahl untersuchter Hormone und Zytokine war IGF-I das potenteste Mitogen für LMF, das in einer Konzentration von 100 nmol/L die DNA-Synthese mehr als zweifach stimulieren konnte. Während die simultane Kultivierung von IGF-I mit rekombinantem humanen (rh) IGFBP-2 bzw. rhIGFBP-3 die mitogenen Effekte von IGF-I inhibierte, wurde nach Vorinkubation der LMF mit rhIGBP-2 oder rhIGFBP-3 eine Potenzierung der IGF-Effekte beobachtet. rhIGFBP-3 zeigte auch IGF-I-unabhängige mitoinhibitorische Effekte, die sich möglicherweise auf einen Kerntransfer von IGFBP-3 zurückführen lassen.Neben IGF-I wird PDGF (aus Blutplättchen stammender Wachstumsfaktor) als ein wichtiges Mitogen für HSC und LMF angesehen. Von IGF-I ist ein permissiver Einfluss auf die wachstumsfördernden Effekte des PDGF in vielen Zelltypen bekannt. Deswegen sollte im zweiten Teil der Dissertation eine mögliche Interaktion des IGF/IGF-Rezeptor-System mit dem PDGF/PDGF-Rezeptor-System in Rattenlebermyofibroblasten untersucht werden.In verschiedenen primären Leberzellkulturen waren die alpha- und beta-Untereinheiten des PDGF-Rezeptors (PDGFR) ausschließlich in HSC und LMF exprimiert, die während der in vitro Kultivierung dieser Zellen hochreguliert wurden. Rekombinantes PDGF-BB stimulierte die DNA-Synthese von LMF in einem vergleichbaren Ausmaß wie IGF-I. Die Blockade des IGF-IR mit einem selektiven Inhibitor führte zu einer kompletten Hemmung der IGF-I- und PDGF-induzierten DNA-Synthese in Kulturen von LMF. IGF-I und PDGF-BB beeinflussten die IGF-IR- und PDGFR-abhängige Signaltransduktion unterschiedlich. Hohe Konzentrationen von IGF-I hatten eine Herunterregulation des IGF-IR und von IRS-1, einem zentralen Adaptermolekül des IGF-IR, zur Folge. Expression und Aktivierung des PDGFR-alpha wurden ebenfalls durch IGF-I gehemmt. Im Gegensatz dazu steigerte PDGF-BB die Expression des IGF-IR und verhinderte seine IGF-I-induzierte Herrunterregulation. PDGF-BB beeinflusste nicht die Expression des PDGFR. Die weitere Analyse der beteiligten Signaltransduktionswege in LMF hat ergeben, dass es nicht zu einer gegenseitigen Transphosphorlierung des IGF-IR bzw. PDGF-Rezeptors kommt. Die Aktivierung des PDGF-Rezeptors führte über Zwischenschritte zu einer Phosphorylierung der bekannten terminalen MAP Kinasen ERK 1/2, JNK und p38 Kinase sowie von PLC-gamma-1 im Gegensatz zu IGF-I, das nur einen schwachen Einfluss auf die MAP Kinasen zeigte. Die PDGF-Rezeptor-abhängige Phosphorylierung von PLC-gamma-1 konnte durch einen spezifischen Inhibitor der IGF-IR-Kinase vermindert werden, was auf einen permissiven Einfluss des IGF-IR hinweist.Zusammenfassend belegen die durchgeführten Untersuchungen, dass die IGF-Achse über komplexe Interaktionen mit dem PDGFR-Signalsystem eine wichtige Rolle bei der Proliferation von LMF in vitro spielt und deuten auf eine Relevanz für die fibroproliferative Antwort bei akuter und chronischer Leberschädigung in vivo hin.