Molekulare Mechanismen der epithelio-mesenchymalen Transdifferenzierung

Abstract

Die epithelio-mesenchymale Transdifferenzierung (EMT) wurde ursprünglich als ein Phänomen der Embryogenese beschrieben. Durch EMT erlangen Epithelzellen die Möglichkeit, als individuelle Zelle durch die extrazelluläre Matrix zu migrieren und die Somiten zu bilden. Dadurch wurde die Entstehung komplexerer Organismen erst möglich. Auch in späteren Stadien der Embryogenese findet man Beispiele für EMT, zum Beispiel bei der Involution des Müllerganges oder bei der Fusion der Gaumen-fortsätze. Neben der Bedeutung während der Embryogenese spielt die epithelio-mesenchymale Transdifferenzierung eine maßgebliche Rolle in der Pathogenese verschiedener Erkrankungen des Erwachsenen, wie zum Beispiel bei der Karzinoge-nese oder der renalen Fibrose. In dieser Arbeit wurden die physiologischen Regulationsmechanismen der EMT anhand der Palatogenese untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass Follistatin spezifisch in den Epithelzellen exprimiert wird, die eine epithelio-mesenchymale Transdif-ferenzierung durchlaufen. Außerdem ist Follistatin in der Lage, die TGF-β3 induzierte Transdifferenzierung in einem in vitro Modell zu inhibieren. Diese Inhibition kommt durch direkte Bindung der beiden Proteine zustande, wie Analysen mithilfe der O-berflächenplasmonenresonanz gezeigt haben. Um die Veränderungen der Genexpression zu untersuchen, die im Rahmen der epi-thelio- mesenchymalen Transdifferenzierung durch TGF-β3 induziert werden, wurden Analysen mit einem DNA-Microarray durchgeführt. Die Auswertung der so gewonne- nen Daten ergab eine Reihe von Kandidatengenen, die an dem komplexen Prozess der epithelio-mesenchymale Transdifferenzierung beteiligt sind. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse geben neue Einsichten in den Prozess der epithelio-mesenchymalen Transdifferenzierung und belegen erstmalig die inhibierende Rolle des Follistatins.

Epithelio-mesenchymal transdifferentiation (EMT) is a phenomenon that was initially described in embryogenesis. Due to EMT, epithelial cells acquire the ability to mi-grate through the extracellular matrix as individual cells and subsequently form the somites. This was a prerequisite for the the emergence of more complex organisms. There are examples of EMT also in later stages of embryogenesis, such as during the involution of the Mullerian duct or the fusion of the palatal processes. Besides its relevance during embryogenesis, the epithelio-mesenchymal transdifferentiation is substantially involved in the pathogenesis of different diseases in adults, such as car-cinogenesis or renal fibrosis. In this work, the physiological mechanisms of EMT regulation during palatogenesis were studied. It was shown, that Follistatin is specifically expressed in epithelial cells that undergo epithelio-mesenchymal transdifferentiation. In addition, Follistatin is able to inhibit TGF-β3 induced transdifferentiation in an in vitro model. This inhibition is mediated by direct binding of the proteins, as observed by surface plasmon reso-nance analyses. To identify the changes of gene expression induced by TGF-β3 during epithelio-mesenchymal transdifferentiation, analyses using DNA-microarrays were performed. Evaluation of the microarray data revealed a number of candidate genes that are in-volved in the complex process of epithelio- mesenchymal transdifferentiation. The results presented in this study give new insights in the progress of epithelio-mesenchymal transdifferentiation and for the first time demonstrate the inhibiting role of Follistatin.