The role of the disintegrin metalloproteinase ADAM15 in the apoptosis resistance of synovial fibroblasts in rheumatoid arthritis
Final Report Abstract
Die Disintegrin Metalloproteinase ADAM 15, die stark in der entzündeten, hyperplastischen Synovialmembran bei rheumatoider Arthritis (RA) heraufreguliert ist, verleiht den Synovialfibroblasten (SF), welche sich durch eine pathophysiologisch stark erhöhte Apoptose-Resistenz auszeichnen, eine starke zytoprotektive und anti-apoptotische Wirkung. Ziel dieser Studie war die Aufklärung der zugrundeliegenden, von ADAM 15 vermittelten, anti-apoptotischen Signalwege in SF von Patienten mit RA. Unsere Daten ergaben, dass ADAM 15 in SF nach Apoptose induzierenden Stimuli der unterschiedlichsten Art, wie der Fas Rezeptor/CD95 Aktivierung durch FasL, genotoxischem Stress durch Camptothecin oder reaktive Sauerstoffradikale unter Wasserstoffperoxid Exposition, sowie durch Entzug von Malrixkontakten (Anoikis) wie auch Wachstumsfaktoren (Serumentzug), eine signifikant verringerte Caspase 3/7 Aktivität aufweisen. So konnte gezeigt werden, dass die Stimulation des Fas Rezeptors mit FasL Aktivierung der Überlebenskinasen, Sre und fokaler Adhäsion Kinase (FAK), in ADAM 15 exprimierenden Zellen resultiert. Dieser Fas-getriggerte antiapoplotische Signalweg erwies sich als strikt ADAM15-abhängig, da die CD95-vermittelte FAK- und Sre-Aktivierung nach Herabregulierung der ADAM15-Expression nicht mehr nachweisbar war. Weitere Komponenten des über CD95 aktivierten ADAM15-abhängigen anti-apoptotischen Signalweges konnten über die Applikation von Inhibitoren, die zum einen den die Fas/CD95 Aktivierung begleitenden Ca2+-Einstrom und zum anderen Calmodulin als einen abundanten, zellulären Ca2+-Ionen Sensor blockieren, identifiziert werden. So resultierte sowohl die Behandlung mit dem CRAC/Orai (calcium release-activated channels) Blocker BTP-2 als auch mit TFP (trifluoroperazine) als Hemmstoff der Calciumbindung an Calmodulin, in einer Inhibition (> 90%) der Fas-induzierten Phosphorylierung von Sre und FAK. In Ko-Immunpräzipitations- und Proteinbindungs-Studien konnte gezeigt werden, dass Calmodulin in seiner Ca2+ bindenden Form an ADAM 15 binden kann, und dass diese Interaktion sowohl durch Ca2+-chelierendes EDTA als auch durch TFP inhibiert wird. Darüber hinaus konnte durch den Einsatz der beiden Inhibitoren in Kombination mit FasL, das pathophysiologisch in erhöhten Mengen in der entzündeten Gelenkflüssigkeit von RA Patienten nachweisbar ist, eine synergistische Caspase 3/7 Aktivität mit Gesamt-Apoptoseraten von > 80 % in den RASFs ausgelöst werden. Zusammenfassend konnte Calmodulin als das ,,crosstalk" Molekül identifiziert werden, das die Fas-getriggerte Aktivierung der beiden Kinasen, FAK und Sre, in Gegenwart von ADAM 15 vermittelt und damit zur verstärkten Aktivierung von Überlebens-Signalwegen beiträgt. Die pharmakologische Blockade dieses zur Apoptoseresistenz von RASFs beitragenden ADAM15-abhängigen Mechanismus könnte potenziell zur Entwicklung neuer antirheumatisch wirksamer Therapeutika führen. ln weiteren Studien konnte PABP (poly(A) binding protein) als ein neuer ADAM15-Ligand identifiziert werden, welcher im Prozess der Re-Adhäsion nach vorausgehend inteimitterendem Verlust des extrazellulären Matrixkontaktes an die Zelloberfläche gelangt und dort in Kolokalisation mit ADAM 15 nachweisbar wird. Diese Interaktion bleibt jedoch nur für die Zeitdauer des Adhäsionsprozesses bestehen und löst sich nach abgeschlossener Adhäsion wieder auf. Die räumlich-zeitliche Protein-Interaktion von ADAM 15 und PABP geht zudem mit einer verstärkt fortlaufenden mRNA Translation direkt an der Plasmamembran während der Zelladhäsion einher. ADAM 15 spielt daher möglicherweise eine wichtige Rolle im Rahmen der Zellmembran assoziiert erfolgenden mRNA Translation um lokal die akzelerierte Synthese von Proteinen mit erhöhtem Turnover in diesem Kompartiment bei Prozessen der Adhäsion und Migration zu gewährleisten.
Publications
- ADAM 15 in Apoptosis Resistance of Synovial Fibroblasts: Converting Fas/CD95 Death Signals Into the Activation of Prosurvival Pathways by Calmodulin Recruitment. Arthritis Rheumatol. 2018 Jul 13
Janczi T, Böhm BB, Fehrl Y, DeGiacomo P, Kinne RW, Burkhardt H
(See online at https://doi.org/10.1002/art.40667) - Cell adhesion-induced transient interaction of ADAM 15 with poly(A) binding protein at the cell membrane colocalizes with mRNA translation. PLoS One. 2018;13(9):e0203847
Böhm BB, Fehrl Y, Janczi T, Schneider N, Burkhardt H
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0203847)
