Extrazelluläre Histone bei Lungenschaden und Fibrose
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Nukleäre Histone werden während akuter Lungenschädigung und anderer Lungenerkrankungen in die extrazellulären Räume freigesetzt. Die zellulären Quellen extrazellulärer Histone sind Neutrophile und absterbende nicht-immune Zellen. Neutrophile erzeugen extrazelluläre Histone in Form von neutrophilen extrazellulären Fallen (NETs). Der Prozess der NET-Bildung erfordert die Dekondensation von Chromatin durch Histonzitruillinierung, katalysiert durch das Enzym Peptidylarginin-Deiminase Typ IV (PAD4). NETs und extrazelluläre Histone dienen als angeborene Immunabwehrmechanismen, indem sie Mikroorganismen während Infektionen einfangen und abtöten. Andererseits sind extrazelluläre Histone für residente Zellen in den Lungen hochzytotoxisch und rufen starke Entzündungsreaktionen hervor. Vor diesem Projekt haben die Aktivitäten von NETs/extrazellulären Histonen für den Übergang von akuter Gewebeschädigung in eine abnorme Wundheilungsreaktion mit Geweberemodellierung und Lungenfibrose nur wenig Aufmerksamkeit erhalten. In diesem Projekt haben wir die zellulären Quellen und funktionellen Aktivitäten extrazellulärer Histone während experimenteller Bleomycin-induzierter Lungenschädigung und Fibrose untersucht. Wir haben chimäre Mäuse mit histon H2B-eGFP-Fluoreszenzreporteraktivität eingesetzt, um die relativen Beiträge von NETs versus extrazellulären Histonen aus nicht-myeloiden Zellen in verletzten Lungen zu bestimmen. Die funktionelle Relevanz der Histonzitruillinierung wurde in Zytotoxizitätstests von Mauslungenepithelzelllinien untersucht. Transgene Mausstämme zur selektiven Depletion von Neutrophilen und PAD4 wurden auf bleomycininduzierte Lungenfibrose evaluiert. Monoklonale Antikörper gegen Histon H4 wurden erfolgreich eingesetzt, um die Effekte endogener extrazellulärer Histone während der Lungenfibrose zu antagonisieren. Wir stellten fest, dass externalisierte Histone in zellfreien BAL-Flüssigkeiten von Patienten mit idiopathischer Lungenfibrose im Vergleich zu gesunden Kontrollen signifikant erhöht sind. Die pulmonalen Quellen externalisierter Histone waren Ly6G+CD11b+ Neutrophile und nichthämatopoetische Zellen nach Bleomycin bei Mäusen. Histone aktivierten Thrombozyten zur Freisetzung von TGFβ1, das über den TGFbRI/TGFbRII-Rezeptorkomplex auf LysM+-Zellen die Signaltransduktion vermittelte, um die IL-27-Produktion von Makrophagen zu antagonisieren. TGFβ1 rief mehrere nachgeschaltete Mechanismen in Makrophagen hervor, einschließlich p38- MAPK, Tristetraprolin, IL-10 und Bindung von SMAD3 an die IL-27-Promotorregionen. Mäuse mit IL-27RA-Defizienz zeigten schwerere Kollagendepositionen, was darauf hinweist, dass eine intakte IL-27-Signalgebung die Fibrose begrenzt. Die Endpunkte dieser Studien umfassten Messungen der extrazellulären Matrixakkumulation, Zytokin-/Chemokinmuster sowie intrapulmonale und T-Zellen. Dieses Projekt hat uns bessere Einblicke in die zellulären und molekularen Signalwege verschafft, die durch extrazelluläre Histone im Verlauf von Lungenschädigung und Lungenfibrose ausgelöst werden. In Zukunft könnten unsere experimentellen Befunde von Vorteil sein für die Bewertung extrazellulärer Histone als potenzielle Zielstrukturen für therapeutische Interventionen bei Lungenfibrose.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Neutrophil extracellular traps impair fungal clearance in a mouse model of invasive pulmonary aspergillosis. Immunobiology, 225(1), 151867.
Alflen, Astrid; Aranda Lopez, Pamela; Hartmann, Ann-Kathrin; Maxeiner, Joachim; Bosmann, Markus; Sharma, Arjun; Platten, Johannes; Ries, Frederic; Beckert, Hendrik; Ruf, Wolfram & Radsak, Markus P.
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Neutrophil Extracellular Traps as an Exacerbating Factor in Bacterial Pneumonia. Infection and Immunity, 90(3).
Sanders, Nathan L.; Martin, Ian M. C.; Sharma, Arjun; Jones, Matthew R.; Quinton, Lee J.; Bosmann, Markus & Mizgerd, Joseph P.
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Externalized histones fuel pulmonary fibrosis via a platelet-macrophage circuit of TGFβ1 and IL-27. Proceedings of the National Academy of Sciences, 120(40).
Riehl, Dennis R.; Sharma, Arjun; Roewe, Julian; Murke, Florian; Ruppert, Clemens; Eming, Sabine A.; Bopp, Tobias; Kleinert, Hartmut; Radsak, Markus P.; Colucci, Giuseppe; Subramaniam, Saravanan; Reinhardt, Christoph; Giebel, Bernd; Prinz, Immo; Guenther, Andreas; Strand, Dennis; Gunzer, Matthias; Waisman, Ari; Ward, Peter A.; ... & Bosmann, Markus
