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Die NADPH-Oxidase 4 als molekulares Zielelement der durch blaues Licht induzierten Differenzierungshemmung humaner Fibroblasten zu Myofibroblasten
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Published: | October 10, 2016 |
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Fragestellung: Eine gestörte Regulation der Differenzierung von Fibroblasten (FB) zu Myofibroblasten (MyFB) korreliert mit fibrotischen Störungen, wie der Bildung von Keloiden und hypertrophen Narben. Die durch das Enzym NADPH-Oxidase 4 (NOX4) generierten reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) spielen eine entscheidende Rolle im Prozess der TGF-beta-induzierten FB-Differenzierung. Die NOX4 benötigt dabei NADPH, um ein integriertes Flavin zu reduzieren, welches essentiell an der ROS-Bildung beteiligt ist. Wir konnten zuletzt zeigen, dass die TGF-beta-induzierte Myofibroblastengenese effektiv durch Bestrahlung mit blauem Licht der Wellenlänge 453 nm gehemmt werden konnte. Da die NOX4 als Flavingruppen-tragendes Protein bei 453 nm die stärkste spezifische Absorption aufweist, stellten wir uns die Frage, ob und in welcher Weise der durch das blaue Licht erzielte Effekt auf einer Interaktion zwischen dem blauen Licht und der NOX4 beruht.
Methodik: Humane dermale Fibroblasten (FB) wurden aus Abdominoplastik- und Circumcisions-Präparaten isolierten. Die Bestrahlung der Zellen erfolgte mittels hochintensiven LED-Arrays (453 nm) in subletalen Dosen von max. 80 J/cm2. Die Zellen wurden einmalig oder täglich über einen Zeitraum von 3 bzw. 6 Tagen bestrahlt. Die Photoeffekte der verwendeten Lichtquelle auf den Differenzierungsprozess und dessen Schaltstellen untersuchten wir mit Hilfe von zellbiologischen Methoden (Immunproteinchemie) sowie molekularen Methoden (Western-Blot, RT-PCR). Die ROS-Detektion erfolgte photometrisch unter Verwendung ROS-labiler Farbstoffe.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: TGF-beta induziert in ruhenden FB-Kulturen eine signifikante Differenzierung zu MyFB. Diese FB-Differenzierung konnte durch eine Blockade der NADPH-Oxidase-Aktivität, welche durch eine Arretierung des NADPH-Umsatzes sowie durch die Reduktion der NOX4-abhängigen ROS-Produktion charakterisiert ist, nahezu vollständig inhibiert werden. Andererseits konnten wir die FB-Differenzierung auch als Folge einer erhöhten ROS-Einwirkung, z.B. durch Zugabe von H2O2 inhibieren. Wie wir ferner zeigen konnten, korreliert die durch blaues Licht induzierte Inhibition der FB-Differenzierung mit einer signifikant erhöhten ROS-Produktion, aber paradoxerweise auch mit einem signifikant erniedrigten zellulären Umsatz von NADPH. Als Erklärung für dieses scheinbar antithetische Verhalten dient uns der Befund, dass die erwähnte Lichtexposition zu einer erhöhten Menge an intrazellulär reduzierten Flavinen führte. Wir nehmen daher an, dass hier das blaue Licht als ein Flavin-reduzierendes Medium fungiert und somit die NOX4-abhängige ROS-Synthese NADPH-unabhängig steigert. Die hier erwähnte weitere Teilaufklärung des Mechanismus der Differenzierungsinhibition von Fibroblasten verspricht die zukünftige Etablierung einer effektiven und nebenwirkungsarmen Therapie sklerotischer Erkrankungen.