Wechselwirkungen zwischen humanen Darmmastzellen und humanen Darmfibroblasten

Abstract

Fibroblasts (FB) play a central role in the pathogenesis of fibrosis since they are the major source of extracellular matrix proteins. However, the regulation of extracellular matrix production in fibroblasts, the mechanisms that lead to loss of control of extracellular matrix homeostasis during chronic inflammation and the role of human intestinal mast cells are still not fully understood. Mast cells are key effector cells in allergic reactions but also involved in host defense and tissue remodeling processes such as wound healing, angiogenesis, and fibrogenesis. The group pf Prof. Bischoff has shown previously that human intestinal fibroblasts suppress apoptosis in human intestinal MC independent of the known human mast cell growth factors stem cell factor interleukin-3, interleukin-4, and nerve growth factor.In this work I could show that the effects of fibroblasts on mast cells are mediated by interleukin-6. The molecular crosstalk between human mast cells and human fibroblasts, both isolated and purified from intestinal tissue was analyzed. Mast cells survival in the presence of fibroblasts could be blocked using an anti-interleukin-6 antibody. Mast cells incubated with interleukin-6 survived for up to 3 weeks. Intestinal fibroblasts produced interleukin-6 upon direct stimulation by mast cells in co-culture or by mast cell mediators such as tumor necrosis factor alpha, interleukin-1 beta, tryptase or histamine. Moreover, fibroblasts stimulated by mast cell mediators produce the antifibrotic enzyme matrix metalloproteinase-1. Matrix metalloproteinase-1 should be considered as multifunctional molecule since it participates not only in the turnover of collagen fibrils in the extracellular space but also in the cleavage of a number of non-matrix substrates and cell surface molecules suggesting a role in the regulation of cellular behaviour. Noteworthy, fibroblasts co-cultured with mast cells or treated with matrix metalloproteinase-1 lost confluence. Matrix metalloproteinase-1 expression in fibroblasts triggered by mast cells was dependent on the MEK/ERK cascade as shown by inhibitor experiments. In conclusion, this study show that mast cells mediators stimulate fibroblasts to produce interleukin-6, and, vice versa, fibroblasts derived interleukin-6 supports mast cells survival. Furthermore, mast cell mediators induce expression of matrix metalloproteinase-1 in fibroblasts, a key enzyme in fibrolysis, which in turn leads to lost of confluence of cultured fibroblasts. Taken together the results of my work suggest that mast cells accumulating at sites of fibrosis rather limite than promote fibrogenesis.

Fibroblasten spielen eine zentrale Rolle in der Pathogenese von Fibrose, da sie die Hauptquelle der extrazellulären Matrixproteine sind. Allerdings ist die Regulation der Fibroblasten bei der Bildung der extrazellulären Matrix, der Mechanismus der zum Kontrollverlusst der extrazellulären Matrix Homeostase bei der chronischen Entzündung führt, und die Funktion, die humane Darmmastzellen dabei spielen, noch nicht verstanden. Mastzellen besitzen eine Schlüsselrolle bei allergischen Reaktionen, sind aber auch an der Immunabwehr, bei Gewebeneubildungsprozessen wie z.B. der Wundheilung, der Angiogenese und der Fibrogenese beteiligt. Die Arbeitgruppe von Prof. Bischoff konnte bereits zeigen, dass humane Darmfibroblasten Apoptose in humanen Darmmastzellen unabhängig von den bekannten Mastzell-Wachstumsfaktoren Stem Cell Factor, IL-3, IL-4 und Nerve Growth Factor unterdrücken. In meiner Arbeit konnte ich nun zeigen, dass die Effekte von Fibroblasten auf Mastzellen von IL-6 vermittelt werden. Es wurden die molekularen Interaktionen zwischen humanen Mastzellen und humanen Fibroblasten, beide isoliert und aufgereinigt aus Darmgewebe, untersucht. Das Überleben der Mastzellen bei Anwesenheit von Fibroblasten konnte mit einem anti-IL-6 Antikörper verhindert werden. Mastzellen, die mit IL-6 inkubiert wurden, überlebten bis zu 3 Wochen, genauso wie Mastzellen, die mit Fibroblasten co-kultiviert wurden. Stimuliert durch die Co-Kultivierung mit Mastzellen oder durch Mastzellmediatoren, produzieren Darmfibroblasten IL-6. Außerdem bilden Fibroblasten nach Stimulation mit Mastzellmediatoren das antifibrotische Enzym Matrixmetalloproteinase-1. Matrixmetalloproteinase-1 wird als multifunktionelles Molekül betrachtet, da es nicht nur am Umsatz der Collagenfasern in der extrazellulären Matrix beteiligt ist, sondern auch an der Teilung zahlreicher ?Nicht-Matrix?-Substrate und Zelloberflächenmoleküle, weshalb ihm eine Rolle bei der Regulation der Zellfunktionen zugeschrieben wird. Erstaunlicherweise verlieren Fibroblasten, die mit Mastzellen co-kultiviert, oder mit Matrixmetalloproteinase-1 behandelt werden, ihre Konfluenz. Die von Mastzellen in Fibroblasten ausgelöste Matrixmetalloproteinase-1 Expression, hängt von dem MEK/ERK Signalweg ab, wie unsere Inhibitionsexperimente zeigten. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die vorliegende in vitro Studie zeigt, dass Mastzellmediatoren Fibroblasten stimulieren IL-6 zu bilden und umgekehrt die Bildung von IL-6 durch Fibroblasten das Überleben der Mastzellen fördert. Außerdem induzieren Mastzellmediatoren die Expression von Matrixmetalloproteinase-1 in Fibroblasten. Die Ergebnisse meiner Arbeit deuten darauf hin, dass Mastzellen, die an fibrotischen Stellen akkumulieren, Fibrogenese eher unterdrücken als Fibrogenese unterstützen.