Migrationspotential synovialer Fibroblasten von Patienten mit rheumatoider Arthritis
Zusammenfassung der Projektergebnisse
1. Sind RASF in der Lage, durch den murinen Organismus zu migrieren? Über welchen Weg findet die Migration der RASF zum kontralateralen Implantat statt? Wir konnten erstmals zeigen, dass humane RASF durch den murinen Organismus migrieren und gezielt entfernt implantierten Knorpel aktiv invadieren. Im Vergleich zu anderen Fibroblasten weisen nur RASF dieses aggressive, knorpeldestruktive Verhalten auf. Die eingebrachte Zahl der RASF in die SCID-Mäuse ist hierbei von untergeordneter Bedeutung. Das angeborene Immunsystem der Mäuse, die eingebrachte Trägermatrix und die Art der Applikation beeinflussen die Mitration der RASF durch den Organismus ebenfalls nicht. Der Weg der Migration findet überraschenderweise durch das Blutgefäßsystem statt. Dies wurde immunhistochemisch als auch mittels PCR-Techniken im Blut der Tiere nachgewiesen. Auch Versuche mit variierter Applikationsart der RASF und zeitversetzte Implantation von RASF und Knorpel weisen auf die Migration der RASF durch das Gefäßsystem hin. Auffällig war, dass eine fortgeschrittene Angiogenese der Implantate die Migration der RASF fördert. 2. Findet die Migration zum überwiegenden Teil über die Zirkulation statt, gelangen die RASF in die Gefäße bzw. treten sie aus diesen wieder aus? Voraussetzung für den Austritt von Zellen aus dem Gefäßsystem stellt die Anheftung der RASF an Endothelzellen dar. Diese Interaktionen sind von Adhäsionsmolekülen auf der Zelloberfläche der Endothelzellen und RASF abhängig. Wir konnten in ersten Versuchen nachweisen, dass RASF auch bei dem Blutstrom entsprechenden hohen Flussgeschwindigkeiten und Scherkräften im Vergleich zu Kontrollfibroblasten vermehrt in der Lage sind, an Endothelzellen zu adhärieren. Hierbei scheint die Bindung über E-Selektin der erste Schritt zur Anheftung an die Gefäßwand zu sein. Weiterhin transmigrieren RASF präferentiell durch venöse sowie aktivierte Endothelzellschichten. 3. Welche Rolle spielen Chemokine bei dieser Migration, d.h. findet eine gerichtete Migration der RASF statt? Das entzündliche Milieu des RA Synoviums, welches Entzündungszytokine und Chemokine enthält, stellte kein Hindernis für die Auswanderung der RASF aus dem Gewebe im SCID-Maus Modell dar. Es konnte allerdings festgestellt werden, dass RASF auf lösliche Matrixbestandteile zu migrieren. Dabei scheint es sich um eine gradientengerichtete und nicht um eine generelle Erhöhung der Zellmotilität Migration zu handeln. Eine aktive Sekretion von Chemokinen war jedoch nicht notwendig. 4. Wie findet die Adhäsion an den Knorpel statt und welche Adhäsionsmechanismen und -moleküle spielen hierbei eine Rolle? Die Analyse der Adhäsionsmoleküle an der Invasionszone der RASF in den implantierten Knorpel wies darauf hin, dass verschiedene humane Integrin-Untereinheiten nachweisbar sind. Diese Ergebnisse decken sich zum Großteil mit zuvor erhaltenen Resultaten in humanen Geweben, wobei keine Unterschiede zwischen ipsi- und kontralateralen Implantaten zu beobachten waren. Für die Auswanderung der RASF aus dem Gefäßsystem findet eine Interaktion mit E-Selektin auf Endothelzellen statt. Interessant sind insgesamt Parallelen zwischen RASF mit Lymphozyten, da letztere die Eigenschaft zum gezielten „homing“ und zur Gefäßwand-Diapedese besitzen. 5. Sind Chondrozyten, z.B. durch Sekretion von Chemokinen oder Zytokinen an der Migration der RASF zum Knorpel beteiligt? Wird devitalisierter Knorpel, bei dem die Chondrozyten vor Implantation durch mehrmaliges Einfrieren nachweislich abgetötet werden, implantiert, so sind RASF weiterhin in der Lage, zum Chondrozytendepletierten Knorpel zu migrieren und zu invadieren. Der Spezieshintergrund beeinflusst die Migration der RASF ebenfalls nicht negativ. Damit rückte die Analyse der Knorpelmatrix und ihrer Bestandteile in den Fokus der Experimente. Die Behandlung der gesunden murinen Gelenke mit Kollagenase - und somit der Freilegung der Knorpeloberfläche – führte zu untypischen Erosionen des Knorpels und auch des Knochens. Die Erosionen waren, wie auch bei den murinen Gelenkköpfen, insbesondere am Knochen-Knorpel-Übergang nachweisbar und ähnelten damit frühen Erosionen bei RA-Patienten. 6. Wie lässt sich die Migration und die Adhäsion der RASF hemmen? RASF scheinen zur Transmigration in das und aus dem Gefäßsystem ähnliche Mechanismen zu verwenden wie Lymphozyten und Tumorzellen. In ersten therapeutischen Inhibitionsversuchen wurde überprüft, ob bei der RA therapeutisch eingesetzte Zytokinhemmer oder die Hemmung von Adhäsionsmolekülen die Transmigration der RASF beeinflussen. Es zeigte sich, dass Adalimumab und vor allem VCAM-1-Hemmung die generelle Zellmotilität von RASF reduzieren, die Inhibition von CCR7 und CCL19 oder von Tocilizumab dagegen nicht. Allerdings reduzierten weder Adalimumab noch anti-VCAM-1 Antikörper die zielgerichtete Migration der RASF auf einen chemotaktischen Gradienten hin. Da Adalimumab und anti-VCAM-1 Antikörper Einfluss auf die Zellmotilität der RASF in vitro nehmen konnten, wurde im SCID-Maus Modell überprüft, ob ein Einfluss in vivo induziert werden kann. Es stellte sich heraus, dass keine Reduktion der Migration bzw. der Invasion in den Knorpel nachweisbar war. Fazit: Die Inhibition der Migration von RASF durch das Gefäßsystem, d.h. der Extravasation in das Blutgefäß, sowie des Wiederaustritts in das (noch) nicht betroffene Gelenk ist ein naheliegendes Ziel für neue Ansätze zur therapeutischen Intervention bei der RA. Da RASF ähnliche Mechanismen wie Entzündungszellen verwenden, wäre es nicht nur wichtig zu vergleichen, ob RASF dieselben Mechanismen zur Transmigration durch Gefäßwände verwenden, sondern auch RASF-spezifische Mechanismen zu identifizieren, um gezielte therapeutische Maßnahmen entwickeln zu können. Hauptziele weiterer Versuche sind daher die Hemmung der erhöhten Kapazität zur Migration der RASF bzw. der Auswanderung der RASF aus betroffenen Gelenkarealen und/oder Gelenken, wodurch gesunde Gelenkbereiche oder sogar Gelenke geschützt werden könnten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
2007. Developments in the synovial biology field 2006. Arthritis Res Ther 9:209
Knedla, A., E. Neumann, and U. Müller-Ladner
-
2007. Laser-mediated microdissection for analysis of gene expression in synovial tissue. Mod Rheumatol 17:185-190
Hashimoto, A., T. Matsui, S. Tanaka, A. Ishikawa, H. Endo, S. Hirohata, H. Kondo, E. Neumann, I. Tarner, and U. Müller-Ladner
-
2009. Expression of Brachyury in mesenchymal progenitor cells leads to cartilage-like tissue that is resistant to the destructive effect of rheumatoid arthritis synovial fibroblasts. J Tissue Eng Regen Med 3:124-128
Dinser, R., G. Pelled, U. Müller-Ladner, D. Gazit, and E. Neumann
-
2009. Glucocorticoids increase alpha5 integrin expression and adhesion of synovial fibroblasts but inhibit ERK signaling, migration, and cartilage invasion. Arthritis Rheum 60:3623-3632
Lowin, T., R. H. Straub, E. Neumann, A. Bosserhoff, C. Vogel, C. Moissl, S. Anders, U. Müller- Ladner, and J. Schedel
-
2009. Synovial fibroblasts spread rheumatoid arthritis to unaffected joints. Nat Med 15:1414-1420
Lefèvre, S., A. Knedla, C. Tennie, A. Kampmann, C. Wunrau, R. Dinser, A. Korb, E. M. Schnäker, I. H. Tarner, P. D. Robbins, C. H. Evans, H. Stürz, J. Steinmeyer, S. Gay, J. Schölmerich, T. Pap, U. Müller-Ladner, and E. Neumann
-
2009. The therapeutic use of osmotic minipumps in the severe combined immunodeficiency (SCID) mouse model for rheumatoid arthritis. Ann Rheum Dis 68:124-129
Knedla, A., B. Riepl, S. Lefevre, S. Kistella, J. Grifka, R. H. Straub, S. Gay, J. Schölmerich, U. Müller-Ladner, and E. Neumann
-
2010. Cell culture and passaging alters gene expression pattern and proliferation rate in rheumatoid arthritis synovial fibroblasts. Arthritis Res Ther 12:R83
Neumann, E., B. Riepl, A. Knedla, S. Lefèvre, I. H. Tarner, J. Grifka, J. Steinmeyer, J. Schölmerich, S. Gay, and U. Müller-Ladner
-
2010. Migratory potential of rheumatoid arthritis synovial fibroblasts: Additional perspectives. Cell Cycle 9: 2286-2291
Neumann, E., S. Lefèvre, B. Zimmermann, M. Geyer, A. Lehr, T. Umscheid, M. Schönburg, S. Rehart, and U. Müller-Ladner
-
2010. Rheumatoid arthritis progression mediated by activated synovial fibroblasts. Trends Mol Med 16:458-468
Neumann, E., S. Lefèvre, B. Zimmermann, S. Gay, and U. Müller-Ladner
