Laminine a4 en a5: rol in luchtweginflammatie en -remodelling bij allergisch astma.

  • Naam promovendus: Dr B.G.J. Dekkers
  • Instituut Universiteit: Dekkers

Allergisch astma is een chronische ziekte die gepaard gaat met luchtwegontsteking, luchtwegvernauwing en luchtwegovergevoeligheid. Deze overgevoeligheid kan het directe gevolg zijn van luchtwegontsteking, maar ook van blijvende veranderingen in de luchtwegstructuur (luchtwegremodelering). Luchtwegremodelering wordt o.a. gekarakteriseerd door verdikking van de luchtweg-gladde spier en een verhoogde afzetting van bindweefseleiwitten (extracellulaire matrixeiwitten) in de luchtwegwand, waaronder verschillende laminines. Laminines zijn extracellulaire matrixeiwitten die zijn samengesteld uit een a, ß en ? keten, waarvan meerdere subtypes bekend zijn. Vroeger werd aangenomen dat laminines voornamelijk een rol spelen bij de ondersteuning van weefsels, maar recent onderzoek toonde aan dat ze ook een belangrijke regulerende rol kunnen spelen bij ontstekingsprocessen.

Allergisch astma is een chronische ziekte die gepaard gaat met luchtwegontsteking, luchtwegvernauwing en luchtwegovergevoeligheid. Deze overgevoeligheid kan het directe gevolg zijn van luchtwegontsteking, maar ook van blijvende veranderingen in de luchtwegstructuur (luchtwegremodelering). Luchtwegremodelering wordt o.a. gekarakteriseerd door verdikking van de luchtweg-gladde spier en een verhoogde afzetting van bindweefseleiwitten (extracellulaire matrixeiwitten) in de luchtwegwand, waaronder verschillende laminines.

Laminines zijn extracellulaire matrixeiwitten die zijn samengesteld uit een a, ß en ? keten, waarvan meerdere subtypes bekend zijn. Vroeger werd aangenomen dat laminines voornamelijk een rol spelen bij de ondersteuning van weefsels, maar recent onderzoek toonde aan dat ze ook een belangrijke regulerende rol kunnen spelen bij ontstekingsprocessen. Deze rol is het best onderzocht in de hersenen. Zo werd in een muismodel voor multiple sclerose (MS) aangetoond dat de balans tussen de ‘ontstekingsbevorderende’ laminine a4-keten en de ‘ontstekingsremmende’ laminine a5-keten in de bloedvatwand een belangrijke rol speelt bij het binnendringen van ontstekingscellen. In dit MS model verlaten ontstekingscellen de bloedsomloop doordat het laminine-bindende a6ß1 integrine op deze cellen aan laminine a4 bindt. Wanneer muizen geen laminine a4 meer bezitten (in zogenaamde knock-out muizen), dempt laminine a5 de ontsteking. Het resultaat is een verminderde ontsteking en een langere overleving. Blokkade van het a6ß1 integrine heeft hetzelfde resultaat. In de longen komen laminines in verschillende weefsels voor, waaronder het luchtwegepitheel, de luchtweg-gladde spier en het bloedvat-endotheel. De rol van de laminines a4 en a5 in luchtwegontsteking bij astma is echter nog onbekend.

Laminines spelen mogelijk ook een belangrijke rol in luchtwegremodelering. In celkweekexperimenten remmen laminine-111 (samengesteld uit de a1, ß1 en ?1 ketens) en laminine-211 (a2, ß1, ?1) de celdeling en verhogen ze de contractiliteit van de luchtweg-gladde spier. Ons vooronderzoek heeft laten zien dat humane luchtweg-gladde spiercellen ook laminine a4 en a5 produceren en dat de laminine a5 productie wordt verlaagd door tumor necrosis factor-a (TNF-a), een bekende ontstekingsmediator. In een muismodel voor chronisch astma werden door ons bovendien aanwijzingen gevonden dat na herhaalde allergeenblootstelling de expressie van laminine a4 in de gladde spierbundel verhoogd is. Onze centrale hypothese is dan ook dat veranderingen in de balans tussen laminine a4 en a5 een bepalende rol spelen bij luchtwegontsteking en –remodelering in astma.

In dit project zal deze rol onderzocht worden in een muismodel voor astma, waarbij gebruik wordt gemaakt van laminine a4 en a5 knock-out muizen. Tevens zullen muizen worden gebruikt waarvan de beenmergcellen, de bron voor ontstekingscellen, de a6 integrinereceptor niet meer tot expressie brengen. Bovendien zullen we de rol van deze laminines bestuderen in de celdeling en de expressie van contractiele eiwitten door humane luchtweg-gladde spiercellen. Daarnaast maken we een vertaalslag naar de mens door de expressie van laminine a4 en a5 te onderzoeken in luchtwegwandbiopten van astmapatiënten met verschillende ernst van de ziekte en van gezonde individuen. Deze studies leveren nieuwe inzichten op over de mechanismen die betrokken zijn bij het ontstaan en de ernst van astma en leiden in de toekomst mogelijk tot nieuwe geneesmiddelen.

Abstract

Allergic asthma is a chronic disease of the airways that is characterized by airway inflammation, airway obstruction and airway hyperresponsiveness (AHR). Variable AHR occurs after allergen exposure and correlates with acute airway inflammation, whereas persistent AHR associates with chronic inflammation and airway remodelling. Airway remodelling is characterized by structural changes in the airways, including altered extracellular matrix (ECM) deposition and increased airway smooth muscle (ASM) mass and contractility, which all contribute to AHR and lung function decline. Studies on the ECM in asthma have revealed an increased deposition of several members of the laminin family of basement membrane (BM) proteins.

Laminins are heterotrimeric ECM proteins comprised of a, ß and ? chains that constitute the main functional components of BMs. Recent findings suggest that laminins, in addition to their role in tissue development and integrity, also importantly affect inflammation. The role of laminins in leukocyte infiltration has been studied in the brain, where laminin a4 is ubiquitously localized in endothelial BMs, while laminin a5 distribution is patchy. In a mouse model of experimental autoimmune encephalitis (EAE), a model of CD4+ T-lymphocyte-mediated inflammation with similarities to multiple sclerosis, extravasation of T-lymphocytes is observed at sites with little or no laminin a5, suggesting that laminin a5 inhibits T-lymphocyte migration to inflamed tissues. Knock-out of laminin a4 results in a ubiquitous expression of laminin a5 in all endothelial BMs, a marked reduction of T-lymphocyte extravasation and enhanced survival in the EAE model. Similar effects were observed by blocking the laminin-binding integrin a6 receptor. In the lung, laminins are found in the BMs underlying several tissues, including the epithelium, endothelium and ASM. The role of laminin a4 and a5 in airway inflammation in asthma, however, is currently unknown.

Studies on the role of laminins in airway remodelling have thus far mainly focused on the effects of laminin-111 (composed of laminin a1, ß1 and ?1 chains) and laminin-211 (a2, ß1, ?1) on ASM cells in vitro. Both isoforms inhibit ASM proliferation and promote contractility. Our preliminary results indicate that the human ASM cells also express laminin a4 and a5, and that the latter is downregulated by TNF-a. Moreover, in a mouse model of asthma, we found that repeated allergen challenge increases laminin a4 expression in the ASM bundle.

Given the role of laminins in inflammation and remodelling, we hypothesize that an imbalance between laminin a4 and a5, which are expressed in the BMs of the ASM and endothelium, importantly determines inflammation and remodelling in asthma. This role will be investigated in a mouse model of asthma using laminin a4 and a5 knock-out mice. In addition, wild-type mice carrying integrin a6 knock-out bone marrow and hence integrin a6ß1 null immune cells will be used. Furthermore, the role of laminin a4 and a5 in the proliferation and contractile protein expression by human ASM cells will be investigated in vitro. Our findings will also be translated by investigating the expression of laminin a4 and a5 in airway wall biopsies of asthmatics with a spectrum of severity and of healthy individuals. These studies will lead to a better understanding of the mechanisms involved in airway inflammation and remodelling and may identify novel targets for therapeutic interventions.

  • Bedrag:
    -249.975,00
  • Looptijd:
    3 jaar,
  • Soort subsidie:
    Research Project
  • Andere aanvragers/partners:
    prof Dr H. Meurs
    prof Dr L.M. Sorokin
  • Projectnummer:
    3.2.12.079