Expression von MMP-1- und TIMP-1-mRNA bei Muskeldystrophie vom Typ Duchenne

Abstract

Die Muskeldystrophie vom Typ Duchenne (DMD) ist durch Untergang von Muskelzellen und eine progrediente Fibrosierung der Muskulatur gekennzeichnet. Immobilität und eine stark verkürzte Lebenserwartung sind die Folge. Die mdx- Maus dagegen, ein Tiermodell der DMD mit Dystrophindefizienz, besitzt eine nahezu normale Lebenserwartung. Auffallend ist die fehlende Fibrose in der Muskulatur der mdx-Maus. Daraus folgt, daß die Fibrose der Muskulatur und der ungünstige klinische Verlauf bei DMD keine unmittelbare und zwangsläufige Folge des Dystrophinmangels sein können. Diese Überlegung und neuere Erkenntnisse über die Funktion der extrazellulären Matrix im Zusammenhang mit fibrosierenden Erkrankungen gaben Anlaß, sich mit der Fibrosierung bei DMD auseinanderzusetzen. Bereits bekannt ist, daß die Synthese von Kollagen I und III gesteigert ist. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob der progredienten Fibrose bei DMD auch ein verminderter Abbau von Kollagen I und III zugrunde liegen könnte. Dazu wurden Muskelgewebeschnitte von 17 DMD- Patienten, 10 Gesunden und 11 Patienten mit anderen Myopathien untersucht. Mittels RNA/RNA-in situ-Hybridisierung wurden das Kollagen I und III abbauende Enzym Matrixmetalloproteinase-1 (MMP-1) und dessen Inhibitor Tissue Inhibitor of Matrixmetalloproteinase-1 (TIMP-1) auf RNA-Ebene nachgewiesen und durch ein Auszähl-verfahren semiquantitativ bestimmt. Es ergab sich in der DMD-Gruppe gegenüber der normalen Kontrollgruppe eine Erhöhung sowohl von MMP-1-mRNA als auch von TIMP-1-mRNA, wobei TIMP-1-mRNA überproportional erhöht war. Da TIMP-1 auf MMP-1 im stöchiometrischen Verhältnis 1:1 wirkt, sind auf RNA-Ebene durch den TIMP-1 Überschuß die Vorraussetzungen für einen verminderten Abbau von Kollagen I und III gegeben. Die Ergebnisse stimmen bezüglich TIMP-1 mit einer Untersuchung an DMD-Patienten auf Proteinebene überein. Darüber hinaus wurden die Ergebnisse mit Untersuchungen über Leber-, Lungen- und Blasenfibrose verglichen. Gute Übereinstimmung bestand in der starken TIMP-1 Erhöhung, MMP-1 verhielt sich unterschiedlich (beispielsweise war MMP-1 weder bei gesunden noch bei zirrhotischen Lebern nachweisbar), bei allen fibrosierenden Erkrankungen war jedoch das Verhältnis TIMP-1/MMP-1 in Richtung TIMP-1 verschoben. Es zeigte sich eine Häufung sehr stark TIMP-1 exprimierender Zellen in Regionen gruppenförmiger Muskelfaserdegeneration – ein weiterer Hinweis auf die Bedeutung der TIMP-1-Erhöhung für die Entstehung der Fibrose und der eingeschränkten muskulären Regenerationsfähigkeit. Als steuernde Zytokine im System der Fibrolyse/Fibrogenese kommen vor allem TGF-1 und bFGF in Frage. Die Serumkonzentrationen von TGF-1 sinken bei DMD mit zunehmendem Alter, ein entsprechendes Absinken von TIMP-1-mRNA konnte in der vorliegenden Untersuchung nicht nachgewiesen werden. Eine mögliche Erklärung ist, daß TIMP-1 als autokriner Wachstumsfaktor zytokinunabhängig wirksam werden kann. Durch eine sequentielle Doppelmarkierung mit immunhistologischer Zelltypisierung (APAAP-Methode) und anschließender in situ- Hybridisierung konnten Fibroblasten sowohl als MMP-1-mRNA als auch TIMP-1-mRNA exprimierende Zellen identifiziert werden. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit Untersuchungsergebnissen anderer Organfibrosen. Im Vergleich mit anderen Myopathien stellt die Erhöhung der TIMP-1-mRNA keinen für die DMD spezifischen Befund dar, sie war jedoch in der DMD-Gruppe am stärksten ausgeprägt. Es konnte gezeigt werden, daß bei der Muskeldystrophie vom Typ Duchenne über eine TIMP-1-Erhöhung auf RNA-Ebene die Voraussetzungen für einen verminderten Kollagenabbau im DMD-Muskel gegeben sind. Weitere Untersuchungen auf Proteinebene sowie Funktionsuntersuchungen mittels Zymographie sind wegen der komplexen Steuerungsmechanismen notwendig.

In dystrophinopathies, disease severity is generally related to the extent of muscle fibrosis. To determine whether a decrease in matrix degradation contributes to the severe fibrosis seen in Duchenne muscular dystrophy (DMD), quantified RNA transcript numbers were quantified for the fibrolytic matrix metalloproteinase (MMP)-1 and its natural tissue inhibitor (TIMP)-1 in muscle probes of 17 DMD patients as well as in pathological (11 other myopathies) and normal controls (10). There was an up-regulation of TIMP-1- and MMP-1-RNA in DMD muscle, but TIMP-1 levels were much more elevated than MMP-1 levels. There wasn`t found a correlation between age of DMD patients and expression of MMP-1- and TIMP-1-mRNA. Therefore, besides enhanced fibrogenesis, a disturbance of matrix degradation may play a significant role in muscle fibrosis in DMD. Further examination on the protein level is necessary to confirm the results. TIMP-1 and the possible cytokines bFGF and TGFβ1 should be investigated further as a promising target to prevent muscle fibrosis in DMD.