Effects of FGF-2 on TGF-β1-induced phenotypic transition of human asthma patient-derived lung fibroblasts into myofibroblasts

Astma jest jedną z najczęściej występujących chorób układu oddechowego. W jej przebiegu dochodzi do przebudowy dróg oddechowych, której ważnym elementem jest zwłóknienie podnabłonkowe. W tym procesie ludzkie fibroblasty płuc ulegają zmianom fenotypowym w miofibroblasty (FMT) pod wpływem ekspozycji na liczne cytokiny prozapalne, których stężenie jest zwiększone z uwagi na obecność przewlekłego stanu zapalnego w tkance płucnej. Szczególny udział w indukcji FMT ma transformujący transformujący czynnik wzrostu beta1 (TGF-β1.) Miofibroblasty charakteryzują się zwiększoną aktywnością kurczliwą oraz wydzielniczą w porównaniu do fibroblastów. Zwiększona ekspresja α-SMA i białek macierzy zewnątrzkomórkowej (ang. extracellular matrix; ECM), takich jak kolagen І, fibronektyna, tenascyna C to cechy charakteryzujące fenotyp miofibroblastów. Uznaje się, że astma jest chorobą nieuleczalną, ponieważ obecne terapie koncentrują się na leczeniu wyłącznie objawowym, i zazwyczaj w znikomym stopniu lub wcale nie przeciwdziałają zmianom strukturalnym dróg oddechowych. Z tego powodu poszukuje się substancji, które mogłyby ograniczyć, zahamować lub cofnąć te zmiany. Kilka badań wykazało, że czynnik wzrostu fibroblastów-2 ( ang. Fibroblast growth factor 2;FGF-2) może hamować FMT. Celem tej pracy magisterskiej było zbadanie wpływu cytokiny FGF-2 na indukowany przez TGF-β1 FMT ludzkich fibroblastów płuc (DHLFs) izolowanych od astmatyka w modelu in vitro. Badania prowadzone w ramach niniejszej pracy magisterskiej obejmowały określenie niecytotoksycznego stężenia FGF-2 za pomocą testu żywotności, proliferacji i aktywności ruchowej komórek. Następnie po wytypowaniu odpowiedniego stężenia FGF2 (25 ng/ml), zbadano wpływ tego związku na efektywność procesu FMT w populacjach fibroblastów płucnych wykorzystując techniki barwień immunocytofluorescencyjnych, pomiaru ekspresji genów metodą real-time PCR oraz określenia poziomu białek metodą Western blot. Uzyskane wyniki wskazują, że FGF-2 wykazuje potencjał do obniżenia poziomu ekspresji genów (ACTA2, COL1A1, TNC, FN1, COL3A1) i białek (α-SMA, kolagen І oraz fibronektyna) charakterystycznych dla miofibroblastów w populacjach DHLF traktowanych TGF-β1. Chociaż uzyskane wyniki nie dały jednoznacznej odpowiedzi dotyczącej mechanizmu działania tej cytokiny w badanym układzie, to jednak stanowią podstawę do podejmowania dalszych badań nad zaangażowaniem FGF-2 w hamowanie FMT podczas zwłóknienia podnabłonkowego płuc, także być może pod kątem zastosowania w terapii lub profilaktyce astmy.

Asthma is one of the most common respiratory diseases. Structural changes termed airway remodeling are observed during asthma progression in most asthmatic patients. A key event of this process thesubepithelial fibrosis, in which human lung fibroblasts undergo the phenotypic changes into myofibroblasts (FMT) in response to the exposition on the locally increased concentration of pro-inflammatory cytokines. This fact is the result of chronic inflammation in the lung tissue. Especially transforming growth factor beta 1 (TGF-β1) play a key role in the induction of the myofibroblastic transition of fibroblasts. Myofibroblasts are characterized by enhanced contractile and secretory activity in comparison to fibroblasts. Up-regulated expression of α-SMA and extracellular matrix (ECM) proteins such as collagen І, fibronectin, tenascin C are well-known features that characterize the phenotype of myofibroblasts. Asthma is considered to be an incurable disease because current therapies are focused on the symptomatic treatment only, and show a negligible or any effect on the structural changes in the airways. For this reason, chemicals that could limit, inhibit or reverse of this changes are still being sought. Several studies have shown that fibroblast growth factor-2 (FGF-2) can inhibit FMT. The aim of this thesis was to investigate the effect of FGF-2 on the TGF-β1-induced FMT of diseased human lung fibroblasts (DHLF) in an in vitro model. This study is includes the determination of non-cytotoxic FGF-2 concentrations by cell viability and proliferation assays andmotile activityof cells. After selecting the appropriate concentration of FGF2 (25 ng/ml), the effect of this compound on the effectiveness of the TGF-β1-induced FMT of DHLFs was examined using immunocytofluorescent staining, gene expression by real-time PCR and protein level by Western blot analyses. The obtaine results indicate the potential of FGF-2 to the inhibition of the FMT efficiency by the downregulation of the myofibroblatst-related markers of the TGF-β1-treated DHLFs (at the gene and protein levels: α-SMA, collagen І, and fibronectin). Although the obtained results did not clearly reveal the mechanism of FGF2 action in the FMT of TGF-β1-induced DHLFs, they constitute the basis for further research about the involvement of FGF-2 in the inhibition of FMT during lung subepithelial fibrosis, also possibly for use in the treatment or prevention of asthma.