Die Rolle von SMAD3 in Pulmonaler Hypertonie

Die pulmonal-arterielle Hypertonie (PAH) ist eine seltene, schwerwiegende Erkrankung, die mit einem erhöhten pulmonalen Gefäßwiderstand aufgrund von Lungengefäßveränderungen einhergeht. Die Gefäßveränderungen entstehen unter anderem durch erhöhte Proliferation von Glattmuskelzellen und Endothelzellen sowiedurch Hyperplasievon Glattmuskelzellen. DieFamilie der transformierenden Wachstumsfaktor-Rezeptoren (TGF-ß Rezeptoren) ist für ihre wichtige Rolle bei der Entwicklung der pulmonalen Hypertonie bekannt. Ihr Ligand TGF-ß, welcher die Proliferation, Migration, Apoptose und Immunsuppression reguliert, ist bei PAH Patienten erhöht und klinische wie experimentelle Daten weisen darauf hin, dass TGF-ß an der Pathogenese der PAH hochgradig beteiligt ist. Die wesentlichen post-Rezeptor Mediatoren des TGF-ß Signalwegs sind die SMAD Proteine (SMAD: portmanteau seiner Homologe SMA (für small body size) und MAD (mothers against decapentaplegic) in C. elegans und Drosophila). Ziel dieses Antrages ist es, die Rolle von SMAD3 und dessen Signalwegs im Bezug auf den Gefäßumbau und die Entwicklung der PAH zu untersuchen, da zum Einen SMAD3 in exerimentellen Modellen und klinischen Proben der PAH nachweislich vermindert ist, und zum Anderen der Verlust von SMAD3 zur Zellproliferation und Hypertropie von Glassmuskelzellen führen kann. Unsere spezifische Hypothese lautet, dass verminderte SMAD3 Expression durch die Stabilisierung und/oder Aufhebung der Inhibierung des Myocardin-related Transkriptionsfaktors (MRTF), zu verstärktem Gefäßumbau in vitro und in vivo führt. Vor kurzem konnte gezeigt werden, dass SMAD3 MRTF inhibieren kann, der unter anderem den Serum-Response- Faktor (SRF) aktiviert. SRF wiederum kontrolliert nicht nur die Expression von sogenannten frühen Genen (c-fos, Erg1), welche im Proliferationsprozess beteiligt sind, sondern steuert außerdem vor allem auch die Glattmuskel-Aktin (SMA) Expression und die Glattmuskelzelldifferenzierung. Demzufolge könnte eine Inhibierung oder Verminderung von MRTF zu einer verringerten Proliferation und Hyperplasie führen und somit eine Reduzierung des Gefäßumbaus hervorrufen. Zusätzlich vermag der Verlust von SMAD3 die Zellproliferation potenziell auch über MRTF- unabhängige Signalwege zu stimulieren, wie es für Tumorzellen bereits gezeigt wurde. Aus diesem Grund streben wir an, die Regulation und die Beteiligung von SMAD3 an der Regulierung der Proliferation bzw. Hyperplasie in pulmonal-arteriellen Endothel- bzw. Glattmuskelzellen in vitro zu untersuchen. Des Weiteren werden die Effekte einer SMAD3 Inhibierung auf die nachfolgenden Signalwege, sowie auf die Entwicklung von pulmonaler Hypertonie und den Gefäßumbau in experimentellen PAH-Tiermodellenin vivo untersucht werden.Die Ergebnissedieses Forschungsantrags ermöglichen wichtige innovative Einblicke in die molekularen und zellulären Mechanismen, welche zu den Lungengefäßveränderungen in der pulmonalen Hypertonie beitragen. sowie die die Identifizierung von neuen Targets für zukünftige therapeutische Interventionen.

Die pulmonal-arterielle Hypertonie (PAH) ist eine seltene, schwerwiegende Erkrankung, die mit einem erhöhten pulmonalen Gefäßwiderstand aufgrund von Lungengefäßveränderungen einhergeht. Die Gefäßveränderungen entstehen unter anderem durch erhöhte Proliferation von Glattmuskelzellen und Endothelzellen sowie durch Hyperplasie von Glattmuskelzellen. Die Familie der transformierenden Wachstumsfaktor-Rezeptoren (TGF-? Rezeptoren) ist für ihre wichtige Rolle bei der Entwicklung der pulmonalen Hypertonie bekannt. Ihr Ligand TGF- ?, welcher die Proliferation, Migration, Apoptose und Immunsuppression reguliert, ist bei PAH Patienten erhöht und klinische wie experimentelle Daten weisen darauf hin, dass TGF-? an der Pathogenese der PAH hochgradig beteiligt ist. Die wesentlichen post-Rezeptor Mediatoren des TGF-? Signalwegs sind die SMAD Proteine (SMAD: portmanteau seiner Homologe SMA (für small body size) und MAD (mothers against decapentaplegic) in C. elegans und Drosophila). Im Zuge dieses Projektes konnten wir herausfinden, dass SMAD3 in den Lungengefäßen von PAH Patienten sowie in PAH Tiermodellen interessanterweise signifikant reduziert ist. Behandlung von Glattmuskelzellen und Endothelzellen der Lunge mit TGF-? über längeren Zeitraum konnte dieses Phänomen rekapitulieren. Die erniedrigte Expression von SMAD3 in den Gefäßzellen führte zu erhöhter Proliferation, Migration und Hypertrophy, alles Faktoren welche zu einer Verdickung der Gefäßwende beitragen und somit zu Lungenhochdruck führt. Wir konnten zusätzlich feststellen, dass durch die verringerte Expression von SMAD3 es zu einer Aufhebung der Inhibierung des Myocardin- related Transkriptionsfaktors (MRTF) führt. Dies aktiviert den Serum-Response Faktor (SRF) der wiederum nicht nur die Expression von sogenannten frühen Genen (c-fos, Erg1), welche im Proliferationsprozess beteiligt sind kontrolliert, sondern vor allem auch die Glattmuskel- Aktin (SMA) Expression und die Glattmuskelzelldifferenzierung steuert, und somit des weiteren zur Gefäßverengung beiträgt. Applikation eines MRTF-Inhibitors im PAH-Tiermodel konnte des weiteren unsere in vitro Resultate auch in vivo untermauern, indem es zu einer verringertenGefäßverengungsowieverringerteLungenhochdruckimVergleichzur Kontrollgruppe kam. Zusammenfassend kann man sagen, dass die Ergebnisse dieses Forschungsantrags wichtige innovative Einblicke in die molekularen und zellulären Mechanismen, welche zu den Lungengefäßveränderungen in der pulmonalen Hypertonie beitragen ermöglichten und es uns gelang MRTF als neues Target für zukünftige therapeutische Interventionen zu identifizierten.