1Uniklinik RWTH Aachen Med. Klinik II - Nieren- und Hochdruckkrankheiten, rheumatologische und immunologische Erkrankungen Aachen, Deutschland
Die chronische Herzinsuffizienz ist die häufigste Erkrankung der Kardiologie. Histopathologisch ist sie durch die Ausbildung interstitieller Fibrose charakterisiert, welche größtenteils von Myofibroblasten produziert wird. Die zelluläre Herkunft von Myofibroblasten war lange Zeit unbekannt. Unsere Arbeitsgruppe konnte allerdings kürzlich zeigen, dass diese hauptsächlich von einer kleinen perivaskulären Vorläuferpopulation abstammen, welche mit dem Transkriptionsfaktor Gli1 gekennzeichnet ist.
In einem genetischen Fate-Tracing Modell identifizierten wir die Metalloprotease Adamts12 als das von Gli1+ Zellen am stärksten hochregulierte Gen. Bereits publizierte Einzelzell-RNA-Sequenzierungsdaten unserer Arbeitsgruppe zeigten außerdem eine spezifische Expression von ADAMTS12 in Fibroblasten, welche wir mittels Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung bestätigten.
Um die funktionelle Rolle von ADAMTS12 zu verstehen, induzierten wir an WT und Adamts12-/- Mäusen operativ einen Myokardinfarkt. Die Adamts12-/- Mäuse zeigten nach Myokardinfarkt eine geringere Myokard-Fibrosierung, kleinere Infarktnarben und eine erhaltene linksventrikuläre Ejektionsfraktion. In einer räumlichen Transkriptomanalyse (Visium, 10X Genomics) präsentierten sich in den Adamts12-/- Mäusen deutlich mehr erhaltene Kardiomyozyten. Außerdem zeigte sich eine vorbeschriebene Fibroblasten-Subpopulation names „injury response-Fibroblasten“ stark vermindert.
Um zu prüfen, ob sich der anti-fibrogene Effekt des Adamts12-Knockouts auch in anderen Organen manifestiert, führten wir, als Modell der Nierenfibrose, eine Unilaterale Ureter Obstruktion durch, nach welcher sich ebenfalls eine verminderte Fibrosebildung der Adamts12-/- Mäusen zeigte.
Um zu untersuchen, ob der anti-fibrotische Effekt des ADAMTS12-Knockouts von der katalytischen Domaine abhängt, verglichen wir 3 Zelllinien humaner Fibroblasten mit einem (A) CRISPR-vermittelten ADAMTS12-KO, einer (B) lentiviralen Überexpression von aktivem ADAMTS12, sowie einer (C) Überexpression von ADAMTS12, dessen katalytische Domaine durch eine Punktmutation inaktiviert wurde. Massenspektrometrisch konnten wir so spezifische Veränderungen in der Komposition der extrazellulären Matrix identifizieren, welche die Proteasedomaine von ADAMTS12 vermittelt. Mittels RNA-Sequenzierung zeigten wir eine überschießende Aktivierung des Jak-Stat Signalwegs, sowie eine verstärkte Polarisierung zu den bereits erwähnten injury response-Fibroblasten, in den Zellen mit aktiver ADAMTS12-Überexpression. Live cell imaging der drei Zelllinien belegte außerdem, dass die Fibroblasten-Migration spezifisch von der aktiven Proteasedomaine beschleunigt wird.
Zusammenfassend zeigen wir also, dass die Proteasedomaine von ADAMTS12 durch Veränderung der extrazellulären Matrix die Polarisation zu injury response-Fibroblasten und deren Migration ins Gewebe fördert und so eine verstärkte Fibrosebildung und eine verminderte Ejektionsfraktion nach Myokardinfarkt verursacht.