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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-85595
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2017/8559/


Die Rolle des Platelet Derived Growth Factor in der Pathogenese der Pankreasfibrose

The role of the Platelet Derived Growth Factor in the pathogenesis of pancreatic fibrosis

Nast, Jan Friso

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SWD-Schlagwörter: Bauchspeicheldrüse , Pankreasfibrose , Platelet-derived Growth Factor , Chronische Bauchspeicheldrüsenentzündung , Imatinib mesilat , Kollagen
Freie Schlagwörter (Deutsch): Pancreatic Stellate Cells , ERK , AKT
Freie Schlagwörter (Englisch): Chronic pancreatitis , pancreatic fibrosis , Pancreatic Stellate Cells , Imatinib mesylate , PDGF
Basisklassifikation: 44.87
Institut: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin, Gesundheit
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Pace, Andrea (PD Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 05.05.2017
Erstellungsjahr: 2016
Publikationsdatum: 20.06.2017
Kurzfassung auf Deutsch: Für die Entstehung der chronischen Pankreatitis und im Rahmen von Pankreaskarzinomen ist die Existenz einer Pankreasfibrose ein zentrales Kriterium. Bei der Fibroseentstehung kommt es zu einer Dysregulation von Zellen, die die extrazelluläre Matrix bilden. Die vornehmlich an dieser Regulationsstörung beteiligten Zellen sind die 1998 entdeckten Pancreatic Stellate Cells (M V Apte et al., 1998; Bachem et al., 1998). Bei einer Pankreatitis gehen die im gesunden Pankreas in einer nicht-aktiven Form vorliegenden Zellen in einen aktivierten Zustand über, in dem es zu vermehrter Proliferation, einem Myofibroblasten-ähnlichen Phänotyp, Migration und Produktion von Komponenten der extrazellulären Matrix kommt (Haber et al., 1999; Mews et al., 2002; Omary, Lugea, Lowe, & Pandol, 2007). Im fibrotisch veränderten Pankreas stellen die Pancreatic Stellate Cells (PSC) die wichtigste Quelle der Kollagenproduktion dar (Haber et al., 1999).
Es ist bis heute nicht ausreichend verstanden, welche Mechanismen zur Entstehung einer Fibrose nach schädigenden Reizen wie Alkoholkonsum, oxidativem Stress oder dem Einfluss bestimmter Zytokine, führen. Anhand der deutlich besser untersuchten Leberfibrose und einigen Fortschritten bei der Entdeckung der Genese der Pankreasfibrose in den letzten Jahren lässt sich jedoch vermuten, dass bestimmte Signaltransduktionskaskaden bei der Entwicklung einer Pankreasfibrose eine wichtige Rolle spielen. Eine dieser bedeutsamen Kaskaden scheint der Signalweg über den Platelet-derived Growth Factor (PDGF) und dessen Rezeptor Platelet-derived Growth Factor Receptor (PDGF-R) zu sein. PDGF und der PDGF-R spielen eine zentrale Rolle bei Proliferation, Migration und Produktion von extrazellulärer Matrix (Klöppel, Detlefsen, & Feyerabend, 2004; Luttenberger et al., 2000; Schneider et al., 2001).
Zwei wichtige intrazelluläre Signaltransduktionsmechanismen über den PDGF-R sind die Ras-Raf-ERK- und PI3K/AKT-Signalwege. So konnte gezeigt werden, dass PDGF, über ERK1/2, ein potenter Stimulator der Proliferation von PSC ist (Jaster, Sparmann, Emmrich, & Liebe, 2002; Masamune, Kikuta, Satoh, Kume, & Shimosegawa, 2003).
Bei dem fibrotischen Umbau des Pankreas kommt es zur Zunahme von Proteinen der extrazellulären Matrix. Schon früh nach der Entdeckung der PSC konnte gezeigt werden, dass in stark fibrotischen Arealen des Pankreas eine hohe Dichte an PDGF-R positiven Zellen vorhanden ist (Haber et al., 1999). In Hepatic Stellate Cells (HSC), dem umfangreicher untersuchten hepatischen Pendant der PSC, bewirkte eine Inhibition der PI3K die Reduktion extrazellulärer Matrix (Son, Hines, Lindquist, Schrum, & Rippe, 2009). In den Jahren nach der Erstisolation konnte auch für PSC gezeigt werden, dass sie die wichtigste Quelle bei der pathologischen Zunahme extrazelluläre Matrix sind (Gibo et al., 2005; Mews et al., 2002).
Mit Hilfe dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob die Inhibierung des PDGF-R durch den Tyrosinkinaseinhibitor Imatinib mesylate einen Einfluss auf die Proliferation und profibrogenetischen Eigenschaften der PSC hat. So könnten diese Daten zur Erweiterung, der noch immer eingeschränkten Therapieoptionen der chronischen Pankreatitis, verwendet werden.
Kurzfassung auf Englisch: Chronic pancreatitis is accompanied by an extensive amount of morbidity and mor-tality. During the course of the disease a central pathogenic mechanism is the de-velopment of pancreatic fibrosis. This in turn is characterized by an excessive pro-duction of extracellular matrix. The fibrotic reconstruction during pancreatic inflam-mation comes along with pain, irregularities of pancreatic ducts, maldigestion, and further on an increasing demise of functionally intact pancreatic tissue. This leads to exocrine and endocrine insufficiency of the organ.
Pancreatic Stellate Cells (PSC) play a pivotal role concerning the production of ex-tracellular matrix. On one hand PSC are stimulated by surrounding cells, such as immune cells or other pancreatic cells, via autocrine mechanisms. On the other hand they can be activated by harmful noxa. During activation PSC change their phenotype as well as their functional and proliferatory status. If the damaging stimu-lus comes to an end, PSC return to their inactive form or apoptosis occurs. When the organ damage continues PSC stay in their active state and excessive amounts of extracellular matrix and inflammatory mediators are produced. This in turn expe-dites the progression of fibrosis.
For this thesis the cell isolation technique was newly established at the University Medical Center Hamburg Eppendorf. The isolation produced a high grade of purity and functionally intact PSC. The stimulation by PDGF activated the PDGF-receptor β and the signaling pathways via ERK1/2 and AKT in a time- and dose-dependent manner, in which AKT stimulation was higher in smaller dosages.
Imatinib mesylate inhibited the PDGF-receptor at a dosage as small as 1µM. The inhibitory effect on ERK1/2 and AKT was not statistically significant but showed, against all expectations, even a stimulatory effect from dosages of 20µM and high-er. This action could be explained by mechanisms leading to cell survival under the influence of a damaging agent such as Imatinib mesylate. Another explanation could be that the inhibitory signals are transduced via different pathways into the cells. Finally those mechanisms have not been elucidated to date and need further examination.
In order to analyze functional aspects, proliferatory and profibrotic properties of PSC were examined under stimulation of PDGF and inhibition by Imatinib mesylate.
Imatinib mesylate was able to decrease proliferation in PSC. This mechanism seemed to be independent of apoptosis and was possibly due to a cell cycle arrest. This would emphasize the potential benefit of Imatinib mesylate to restore an inac-tive phenotype of PSC.
As an extracellular matrix component collagen plays a crucial role during pancreat-ic fibrosis. The production of collagen type I was inhibited by Imatinib mesylate sig-nificantly. This effect was observed after 24 hours for collagen in cell culture super-natants as well as collagen protein synthesis and mRNA expression, suggesting that Imatinib mesylate inhibits collagen production directly on gene expression lev-el.
These processes are most likely moderated via the PDGF-receptor but the incon-gruent data on inhibition of ERK1/2 and AKT raises the question whether these ac-tions are possibly mediated via alternative pathways.
Due to the suppressive effects on proliferatory and profibrotic properties of PSC Imatinib mesylate might be an option for the treatment of pancreatic fibrosis in the future, possibly leading to a positive influence on disease development in patients.

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