Follistatine-like 1, dat een cruciale rol speelt in longontwikkeling, als een nieuwe regulator voor

  • Naam promovendus: Dr H. Maarsingh
  • Instituut Universiteit: Rijks Universiteit Groningen

In dit project willen wij onderzoeken in hoeverre het eiwit follistatine-like 1 (kortweg Fstl1 genoemd) bijdraagt aan het ziekteproces van COPD én of kleine (genetische) veranderingen in dit eiwit bepalen of je gevoeliger bent voor het ontwikkelen van deze ziekte.

COPD (‘chronic obstructive lung disease’), een ontstekingsziekte van de luchtwegen, is de zesde doodsoorzaak in Nederland. De longfunctie van COPD patiënten neemt steeds verder af doordat de longen ernstig zijn aangetast, o.a. door (1) een verdikte wand van de kleine luchtwegen door luchtwegfibrose en –remodelering en (2) beschadiging van de longblaasjes, ‘emfyseem’. Opmerkelijk is dat er bij COPD dus zowel weefselaanmaak als -schade optreedt. Momenteel kan COPD niet adequaat behandeld worden en is de ontstane schade is veelal onomkeerbaar. Om uiteindelijk COPD te kunnen genezen is het belangrijk inzicht te krijgen in de ziekteprocessen. Eén van de belangrijkste risicofactoren voor COPD is roken. Echter, niet iedereen die rookt krijgt COPD. Dit suggereert dat er factoren zijn, zoals erfelijke aanleg, die mede bepalen of iemand COPD krijgt. In dit project willen wij onderzoeken in hoeverre het eiwit follistatine-like 1 (kortweg Fstl1) bijdraagt aan het ziekteproces van COPD én of kleine genetische veranderingen in dit eiwit bepalen of je gevoeliger bent voor het krijgen van deze ziekte.

Hoe zijn we tot dit onderzoeksidee gekomen? Wij en anderen hebben aangetoond dat een juiste balans tussen Fstl1 en een ander eiwit, BMP4, cruciaal is voor een juiste longontwikkeling. De aanmaak van Fstl1 wordt ondermeer gestimuleerd door TGF-ß, een lichaamseigen stof die een sturende rol speelt in de ziekteprocessen bij COPD. Patiënten met COPD hebben echter teveel TGF-ß. Een simultane toename in Fstl1 zou de TGF-ß effecten kunnen verergeren, doordat Fstl1 voorkómt dat TGF-ß geremd wordt. In arthritis is aangetoond dat Fstl1 een ontstekingsbevorderend is via het eiwit TLR4, dat geassocieerd is met COPD.

Fstl1 speelt wellicht een belangrijke rol in COPD. Onze voorlopige resultaten tonen aan dat Fstl1 is toegenomen in de longen en luchtwegen van COPD patiënten. Blootstelling aan sigarettenrook en TGF-ß verhoogt de hoeveelheid Fstl1 in luchtwegcellen. Tevens hebben we een relatie gevonden tussen kleine genetische veranderingen in Fstl1 en het risico van het krijgen van COPD. Daarnaast leidt verhoging van Fstl1 tot een verergering van door sigarettenrook en TGF-ß veroorzaakte fibrotische processen en ontstekingsreacties in de luchtwegen.
Het doel van ons projectvoorstel is tweeledig. Enerzijds gaan we onderzoeken wat de bijdrage van Fstl1 is in de ziekteprocessen van COPD. Ten eerste willen we bestuderen hoe en in welke celtypen de Fstl1 signaalroute veranderd is in longweefsel van COPD patiënten. De functionele rol van Fstl1 in de ziekteprocessen bij COPD willen we onderzoeken in gekweekte luchtwegcellen en in muizen met een verschillende genetische achtergrond: wat is het effect van meer Fstl1 en wat van minder of helemaal geen Fstl1 op door sigarettenrook en TGF-ß veroorzaakte ontstekingsreacties, luchtwegfibrose en emfyseem? Anderzijds willen we in gekweekte luchtwegcellen en in muizen zonder en met de kleine genetische verandering in Fstl1 onderzoeken in hoeverre deze kleine genetische verandering daadwerkelijk leidt tot een verergering van de ziekteprocessen in COPD.

We verwachten dat onze resultaten zullen bijdragen aan een beter inzicht van het ziekteproces bij COPD en een betere behandeling van patiënten. Een goed overzicht van wat er mis is bij COPD en waarom zal helpen om medicijnen of strategieën te ontwikkelen waarmee COPD adequater behandeld kan worden. Dit zal bijdragen aan een (sterk) verbeterde kwaliteit van leven van COPD patiënten.

Abstract

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a chronic inflammatory disease characterized by a progressive, not fully reversible, lung function decline. Underlying pathological processes include infiltration of (activated) inflammatory cells, small airway remodelling (i.e. airway fibrosis, smooth muscle hypertrophy, mucus hypersecretion) and destruction of alveolar septa (emphysema). Although cigarette smoke is the main risk factor for COPD not all smokers develop COPD, indicating differences in susceptibility. Since no good therapy is available for COPD, research urgently requires innovative breakthroughs in the pathogenesis.
Remarkably, both tissue remodelling (e.g. airway fibrosis) and tissue damage (emphysema) occur within the same patient in COPD, both of which could result from aberrant turnover of the extracellular matrix (ECM). These processes are associated with increased levels of cytokines, including transforming growth factor (TGF)-ß. In this project we hypothesize that increased expression of follistatin-like 1 (Fstl1) contributes to airway fibrosis, emphysema and airway inflammation in COPD, and that small genetic alterations in Fstl1 increase the susceptibility for COPD.
Fstl1 is a TGF-ß-inducible protein that is an inhibitor of bone morphogenetic proteins (BMPs), particularly BMP4. We and others showed that the balance between Fstl1 and BMP4 is crucial for proper lung development. Homozygous functional disruption of Fstl1 results in irregular, enlarged proximal bronchioles and smaller, enclosed distal sacs with thickened alveolar septa, causing death at birth. Mice with specific deletion of Fstl1 from the endothelium have thickened alveolar septa and airway fibrosis. Besides in organogenesis, Fstl1 also induces release of pro-inflammatory cytokines and MMPs in arthritis.
Preliminary data from our laboratories demonstrate that Fstl1 is expressed in human lung tissue and is increased in COPD, particularly in fibroblasts, epithelial and inflammatory cells. In human airway smooth muscle cells, TGF-ß and cigarette smoke extract (CSE) increased the expression of Fstl1. Overexpression of Fstl1 increases both basal and TGF-ß-induced ECM protein expression and potentiates CSE-induced interleukin-8 release by human airway smooth muscle cells, supporting a pro-fibrotic and pro-inflammatory role of Fstl1. Moreover, we have identified a SNP in Fstl1 that is associated with COPD susceptibility.
In this project, we will explore aberrant Fstl1/BMP4 signalling in lung sections from COPD patients. After overexpression and knockdown, the role of Fstl1 and BMP4 in regulating TGF-ß and CSE induced ECM protein production, matrix metalloproteinase activity and inflammatory cytokine release will be studied in human airway smooth muscle cells, epithelial cells and fibroblasts. We will also explore downstream pathways involved, such as TLR4 and NF-?B. Using genetically modified mice (wildtypes, general and airway specific Fstl1+/+, geral and airway specific Fstl1 -/-), the role of Fstl1 in cigarette smoke-induced airway inflammation, remodelling and emphysema will be studied in vivo. The functional effect of the SNP in Fstl1 associated with COPD will be studied in cultured cells (fibrotic and inflammatory processes) and in mice (inflammation) by introducing the SNP-containing Fstl1.
Overall, the results will give novel insights in regulatory processes in inflammation, airway fibrosis and emphysema in COPD with focus on the Fstl1 pathway.

  • Bedrag:
    -249.747,00
  • Looptijd:
    4 jaar,
  • Soort subsidie:
    Research Project
  • Andere aanvragers/partners:
    De heer M. van den Hoff
    prof M. Schmidt
  • Projectnummer:
    3.2.12.083