PUB - Publikationen an der Universität Bielefeld

Die humanen Xylosyltransferasen-I und -II (XT-I/-II) katalysieren den initialen Schritt der posttranslationalen Proteoglykan-Glykosylierung im Golgi-Apparat und werden mit dem xylosylierten Akzeptor in den extrazellulären Raum sekretiert. Eine gesteigerte XT-Aktivität resultiert in einer Proteoglykan-Akkumulation und Gewebe-Remodellierung, die maßgeblich an der Manifestation fibrotischer Erkrankungen beteiligt ist. Die Quantifizierung der Serum-XT-Aktivität kann bei Erkrankungen, die mit einem dysregulierten Metabolismus der extrazellulären Matrix einhergehen, einen wertvollen diagnostischen Beitrag leisten. Trotz umfangreicher, biochemischer Charakterisierungen ist bisher jedoch unklar, welchen physiologischen und pathologischen Regulationen die XT unterliegen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals eine Untersuchung der humanen XYLT-Promotorregionen auf Sequenzvariationen durchgeführt, um zu analysieren, ob diese Einfluss auf die natürliche Variabilität der Serum-XT-Aktivität nehmen. Hierbei wurde erstmalig ein evolutionär hochkonservierter Sequenzabschnitt von 238 bp in der XYLT1-Promotorregion nachgewiesen, der kein Bestandteil bisher veröffentlichter humaner Referenzsequenzen ist. Eine in silico Analyse sowie Promotoraktivitätsstudien zeigten, dass dieser Bereich Transkriptionsfaktor-Bindestellen enthält, die für die basale XYLT1 Genexpression sowie deren Induzierbarkeit durch den transforming growth factor-β1 (TGF-β1) obligat sind. Über die Genotypisierung 100 gesunder Blutspender konnten ein Mikrosatellit und zwei Einzelnukleotid-Variationen (single nucleotide variant, SNV) im XYLT1-Promotor sowie fünf SNV im XYLT2-Promotor identifiziert werden. Wenngleich der Einfluss der Variationen auf die Serum-XT-Aktivität nur marginal war, konnte die SNV c.-1088C>A mit einer signifikanten Verringerung der Promotoraktivität assoziiert werden. Somit ergeben sich erste Hinweise auf eine transkriptionale Regulation der XT durch XYLT-Promotor-Sequenzvariationen. Ein weiterer Fokus dieser Arbeit lag auf der Identifizierung XT-regulierender, profibrotischer Mediatoren. In einem eigens zu diesem Zweck etablierten Zellkulturmodell zur Kultivierung dermaler Myofibroblasten konnte erstmals eine Beteiligung der XT-I an der Myofibroblasten-Differenzierung aufgezeigt werden. Neben TGF-β1 konnte auch Activin A als potenter fibrotischer Mediator der XT herausgestellt werden. CTGF (connective tissue growth factor), PDGF-AB (platelet derived growth factor-AB), Angiotensin-II und Endothelin-1 wiesen hingegen eine modulative Wirkung auf die anderen profibrotischen Faktoren auf. Darüber hinaus konnte in vitro erstmalig eine XT-Regulation durch die miRNAs miR-34a und miR-18a detektiert werden. Da mittels miRNA-Array jedoch keine TGF-β1-abhängige, signifikante Genexpressionsänderung einer dieser beiden miRNAs in dermalen Myofibroblasten aufgezeigt werden konnte, muss der Stellenwert der miRNA-vermittelten XT-Regulation in der Fibrogenese weiterführend evaluiert werden. Im dritten Teilprojekt dieser Arbeit konnte die XT-I als Schlüsselmediator arthrofibrotischer Gewebe-Remodellierungen in synovialen Fibroblasten herausgestellt werden. Während die profibrotische Behandlung mit TGF-β1 oder mechanischem Stress zu einer zellulären Induktion der XYLT1 mRNA Expression und XT-Aktivität führte, konnte hingegen kein signifikanter Unterschied in der Serum-XT-Aktivität von Arthrofibrose-Patienten und gesunden Kontrollen verzeichnet werden. Dies gibt Hinweise darauf, dass die Arthrofibrose als ein über die Synovialmembran abgegrenzter, lokaler Prozess definiert werden kann, der durch klinisch systemische Parameter wie eine erhöhte Serum-XT-Aktivität nicht abzubilden ist. Zusammenfassend leisten die erzielten Erkenntnisse dieser Dissertation einen entscheidenden Beitrag zur Aufklärung der XT-Regulation und untermauern das Potenzial einer XT-Inhibition als therapeutische Option bei fibrotischen Erkrankungen.