CTGF | ECM | MI |

Connective tissue growth factor (CTGF) впевые был выделен из эндотелиальных клеток пупочной вены человека (Bradham et al., 1991). Этот секретируемый фактор роста принадлежит семейству CCN, которое включает CYR61 и NOV (Brigstock, 2003). CTGF соединяется с белками extracellular matrix (ECM) и integrins (Moussad and Brig-stock, 2000), а также с transforming growth factor-β (TGFβ) and bone morphogenetic protein (BMP4), модулирующим его активность (Abreu et al., 2002). CTGF как было показано, по крайней мере, in vitro, способствует продукции ECM фибробластами разных типов (Frazier et al., 1996; Duncan et al., 1999; Lam et al., 2003). Его физиологическая роль во время развития мышей описана Ivkovic et al. (2003). Ctgf-дефицитные мыши имеют дефекты в развитии скелета, приводящие к перинатальной гибели. Патологически CTGF играет важную роль во время заживления ран, туморогенеза, атеросклероза и фибротических нарушений кожи, лёгких, печени и поджелудочной железы (Moussad, Brigstock, 2000; Shakunaga et al., 2000).

TGFβ1 и BMP4 являются членами сверхсемейства TGFβ секретирвемых факторов роста. Перадача сигналов TGFβ связана с активацией типа I рецепторных серин-треониновых киназ и с последующим фосфорилированием рецепторами регулируемых (R-)Smads, которые затем образуют комплексы с Smad4 и транслоцируются из цитоплазмы в ядро и регулируют там транскрипцию генов-мишеней (Shi, Massague, 2003).

In vitro TGFβ(l), как было установлено, увеличивает синтез мРНК и белка CTGF в разных типах фибробластах (Moussad, Brigstock, 2000). TGFβ-чувствительный элемент идентифицирован в Ctgf промоторе, это уазывает на возможность прямого влияния (Grotendorst et al., 1996; Holmes wt al., 2001). В дермальных фибробластах базовая активность промотора Ctgf, по-видимому, TGFβ Smad-зависима, но конституитивное увеличение активности ассоциирует со склеродермой Smad-независимо (Leask et al., 2001). Связь между BMPs и CTGF менее ясна, хотя мРНК CTGF усиливается с помощью BMP2 в хондроцитах (Nakanishi et al., 1997) и они оба экспрессируются в развивающихся костях (Ivkovic et al., 2003; ten Dijke et al., 2003).

DISCUSSION

CTGF During Heart Development and Adulthood

В сравнении с высокой экспрессией CTGF в развивающихся костях и кровеносных сосудах, анализ Ctgf мутантных эмбрионов выявил, что CTGF в самом деле важен для скелетеогенеза и ангиогенеза (Ivkovic et al., 2003). CTGF экспрессируется также на высоком уровне в разивающемся сердце; однако, не удалось выявить морфологических дефектов в сердцах Ctgf-дефицитных эмбрионов возможно из за функционального перекрывания двугими членами семейства CCN. Хотя экспрессия CTGF во время развития сердечных клапанов является динамичной и CTGF играет роль в отложении матриква и в клеточной миграции или пролиферации, экспрессия CTGF, по-видимому, не обязательна для нормального генеза клапанов в противоположность передаче сигналов TGFβ и BMP.

Постнатально экспрессия мРНК CTGF в сердце становится ограниченной предсердиями и крупными эпикардиальными кровеносными сосудами. Это добавляет CTGF в список камер-специфических генов и подтверждает тонкую регулировку экспрессии в сердце непосредственно после рождения.Интересно, что уровни PSmad2 были низкими или отсутствовали во взрослом сердце (data not shown); следовательно, базовые уровни CTGF в предсердиях являются TGFβ Smad2-независимыми. CTGF мРНК экспрессируется в развивающихся кросеносных сосудах, а также в крупных коровеносных сосудах взрослого сердца, подтверждая, что она м.б. вовлечена в поддержание интегральности сосудов у взрослых.

CTGF and TGFβ/BMP Signaling During (Heart) Development

Хотя Ctgf недостаточность у мышей не является эмбриональной леталью (Ivkovic et al., 2003), интересно отметить, что этот ген экспрессируется на высоком уровне в ограниченных местах, напр., на ст. E9.5 в lamina terminalis, обонятельных плакодах или наружных слоях обеих бранхиальных дуг, указывая тем самым, что имеется тонкая регуляция гена во время развития.

Чтобы понять, м. ли передача сигналов TGFβ/BMP модулировать экспрессию CTGF in vivo, изучали экспрессию мРНК CTGF у эмбрионов, лишенных передачи сигналов TGFβ посредством сигнализации ALK5 или BMP4, в обоих случаях возникали эмбриональные летали около E10, в середине беременности. За исключением сердца не наблюдалось очевидных различий в паттерне экспрессии мРНК CTGF на ст. E9.5. Экспрессия мРНК CTGF в сердце усиливалась у обоих мутантов неожиданно сходным образом, это, по-видимому, зависело только от их степени задержки. Хотя передача сигналов TGFβ/BMP не была ассоциирована с репрессией CTGF, нельзя исключить возможности, что оба пути регулируют экспрессию CTGF в сердце. Однако, наиболее приемлемым объяснением этого неожиданного усиления активности CTGF мРНК в сердце мутантов является общее проявление мутантных фенотипов скорее, чем нарушение определенных сигнальных путей, in vitro, гипоксия, которая , как известно, стимулирует продукцию CTGF (Shimo et aJ., 2001; Kondo et al., 2002), и в самом деле дефекты желточного мешка и у Alk5-/- и Bmp4-/- мутантов вызывают в результате нарушение развития, включая характерные дефекты сердца и в конечном итоге гибель в условиях гипоксии (Winnier et al., 1995; Larsson et al., 2001). Эти находки, по-видимому, наиболее вероятное объяснение наблюдаемых эффектов.Кроме того, нельзя исключить, что передача сигналов TGFβ/BMP м. модулировать экспрессию CTGF позднее в ходе развития (после E9.5), но этого невозможно выяснить с помощью использования Alk5 или Bmp4 conventional нокаутных мышей.

Экспрессия мРНК CTGF хорошо выражена по всему сердцу на El6.5; однако, мы оказались не способны выявить различия по передаче сигналов TGFβ или BMP на ст. E16.5 в Cfgf-дефицитных сердцах. Следовательно, не получено чётких доказательств прямого взаимодействия direct между CTGF и TGFβ/BMP Smad-зависимой передай сигналов во время развития в противоположность нашим наблюдениям и сообщениям др. (Moussad and Brigstock, 2000) in vitro и одиночному исследованию in vivo, показавшими, что CTGF индуцирует anti-BMP фенотипы при ирнъекциях эмбрионам Xenopus embryos (Abreu et al., 2002).

Up-Regulation of CTGF and TGFβ, but Not BMP Signaling in Scar Fibroblasts After Experimentally Induced MI

Ремоделирование пост-инфарктного сердца является сложным процессом, связанным с множественными факторами и путями; несмотря на интенсивные исследования крыс в качестве моделей оно всё ещё не выяснено. CTGF и TGFβ оба выявляются в рубцовой ткани, 1 и 4 недели спустя после MI (Ohnishi et al., 1998; Sun et al., 1998). Обработка или фибробластов или миоцитов, изолированных из сердец новорежденных крыс, TGFβ увеличивала экспрессию CTGF (Срут уе al., 2000).

Мы изучали экспрессию мРНК CTGF и TGFβ1 и активацию нижестоящиз Smads у мышей спустя 1 и 4 недели после-MI и наблюдали одновременное усиление активности и Smad2 фосфорилирования в фибробластах рубцовой ткани. Здесь два лиганда ко-локализуются с фибронектином и , следовательно, тесно связаны с развитием фиброза после MI у мышей. Рубцовая ткань формируется в основном фибробластами, но макрофаги разбросаны по всему рубцу (Creemers et al., 2000) и также м. экспрессировать мРНК CTGF и TGFβ1.

Интересно, что, по крайней мере у крыс, избирательно экспроессируется более короткий мРНК транскрипт TGFβ1 в 1.9 т.п.н. , чем обычный транскрипт в 2.4 т.п.н. после MI, хотя он кодирует тот же самый белок (Qian et al., 1991), Этот более короткий транскрипт также обнаруживается в недифференцированных эмбиональных стволовых клетках мышей, но быстро подавляется после дифференцировки (Slager et al., 1993) и в целом рассматривается как эмбриональная изоформа. Это один из т. наз "эмбриональных генов", которые активируются после MI (Kim et al., 2002); Razwghi et al., 2001). Полученные в данной работе данные указывают на то, что CTGF также попадает в эту категорию.

Подкожное введение CTGF и TGFβ новорожденным мышам вызывает персистирующих фиброз, тогда как эффект одного TGFβ является временным (Mori et al., 1999). Более того, мыши с избыточной экспрессией TGFβ1 особенно в кардиомиоцитах формируют атриальный, но не вентрикулярный фиброз, подтверждая, что активность TGFβ1 сама по себе недостаточна для индукции постоянного вентрикулярного фиброза (Nakajima et al., 2000) и что ко-экспрессия CTGF, активируемая с помощью TGFβ независимого механизма, также необходима. Такой механизм м. активироваться с помощью MI. Хотя гипоксия необязательна для индукции фиброза, она как известно, индуцирует не только CTGF, но и TGFβ (Docherty et al., 2002; Dhandapani, Brann, 2003). Активация этих двух факторос в области инфаркта сердца м. затем приводить к развитиюб фиброза.

Здесь мы описали активацию CTGF в сердце in vivo в условиях гипоксии или из-за аномального развития (дефекты в развитии желточного мешка) или после MI (перевязки левой коронарной артерии) и подвтердили, что достигаемый при этом уровень CTGF м.б. достаточен для контроля ситуации персистирующего, но нежелательного фиброза как результат экспрессии и CTGF и TGFβ.