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TGF-β2 abundance in mice and men: A successful anti-TGF-β2 strategy in biliary-derived liver disease

Dropmann, Anne

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Abstract

TGF-β1 is a key player in the onset, the progress, and end stages of CLD promoting fibrogenesis and tumorigenesis. To date, the expression and function of TGF-β2 have not been investigated thoroughly in liver disease. In this thesis, we provide evidence that TgfB2 and not, as formerly known, only TgfB1 correlate with fibrogenesis and liver cancer development. In a comparative analysis, we analyzed TgfB2 and TgfB1 expression and secretion in murine and human HSCs, hepatocytes, and HCC/hepatoblastoma cell lines. In various mouse models reflecting regeneration, acute and chronic liver disease, and human HCC sample cohorts, we demonstrated that both isoforms are expressed in different types of liver cells and that expression is elevated during the progression of CLD in mouse models in most cases. Although TgfB2 is mostly secreted at lower levels than TgfB1, its expression patterns largely follow similar profiles. However, the secretion of TgfB2 exceeded that of TgfB1 in some HCC cell lines. Our data indicates a more prominent implication of TgfB2 in biliary-derived liver disease models. In this thesis, the anti-fibrotic and immunoregulatory effects of TgfB2 silencing in cholestatic MDR2-KO mice have been delineated for the first time. TgfB2 silencing by AONs specifically reduced collagen deposition and αSMA expression, but induced anti-fibrotic PparG expression. Accumulation of TGF-β2-specific AON was detected in macrophage-activated fibroblasts, LSEC, and activated HSCs in mice. This was in accordance with TgfB2 expression in these cell types. CD45-positive immune cell infiltration was reduced upon TGF-β2-specific AON treatment in the livers of MDR2-KO mice. Furthermore, TGF-β2 levels were found to be elevated and correlated with CD45-positive immune cell infiltration in PSC and PBC patients. In summary, the data presented, provides a strong rationale to examine anti-TgfB2-directed treatment in patients with cholestatic liver damage as PSC or PBC. Taken together, this thesis points towards TGF-β2 as a promising therapeutic target in CLD especially of biliary origin. It provides a direct rationale for TGF-β2-directed drug development an further suggests to initiate a clinical trial testing TGF-β2 inhibition in PSC and PBC patients.

Translation of abstract (German)

TGF-β1 ist ein Hauptakteur, der an der Entstehung, der Entwicklung und an Endstadien von chronischen Lebererkrankungen beteiligt ist, in dem er den Prozess der Fibrogenese und der Tumorentstehung begünstigt. Bislang ist die Expression und Funktion von TGF-β2 in Lebererkrankungen weitgehend unerforscht. Diese Dissertation zeigt auf, dass auch TGF-β2 und nicht nur TGF-β1, wie bisher angenommen, an der Fibrogenese und Leberkrebsentstehung Anteil hat. In einer vergleichenden Studie haben wir die Expression und Sekretion von TGF-β2 und TGF-β1 in murinen und humanen Sternzellen, Hepatozyten und HCC/Hepatoblaston-Zelllinien analysiert. In verschiedenen Mausmodellen für Regeneration, akute wie auch chronische Leberschädigung und in humanen HCC-Patienten-Kollektiven haben wir zeigen können, dass beide Isoformen in den verschiedenen Leberzelltypen exprimiert sind und das ihre Expression im Verlauf der chronischen Lebererkrankung in den meisten Mausmodellen zunimmt. Die Sekretion von TGF-β2 war in den meisten Fällen geringer im Vergleich zu TGF-β1, jedoch verhält sich die Expression beider Zytokine sehr ähnlich. In einigen HCC-Zelllinien überstieg die Menge an sekretiertem TGF-β2 sogar die von TGF-β1. Unsere Analysen zeigten, dass TGF-β2 in Mausmodellen mit biliärer Leberschädigung eine prominentere Rolle als TGF-β1 einnahm. Mit dieser Arbeit wurden erstmalig die antifibrotischen und immunregulatorischen Effekte nach TGF-β2-Inhibition im cholestatischen MDR2-KO-Mausmodell beschrieben. Die Inhibition von TGF-β2 durch AONs verminderte besonders die Kollagenablagerung und die αSMA-Expression. Ebenso wurde der antifibrotische wie auch anti-inflammatorische Marker PparG induziert. Das TGF-β2-spezifische AON konnte in LSEC, durch Makrophagen-aktivierten Fibroblasten und in aktivierten Sternzellen von Mäusen nachgewiesen werden. Auch die Expression von TGF-β2 war in diesen Leberzelltypen entsprechend nachweisbar. Der Pan-Neutrophilmarker CD45 war nach Behandlung mit dem TGF-β2-spezifischen AON in MDR2-KO-Mäusen deutlich reduziert. In Patienten mit Primär sklerosierende Cholangitis (PSC) und Primär biliäre Cholangitis (PBC) waren die TGF-β2-Werte erhöht und korrelierten mit der Expression von CD45-positiven Immunzellen. Zusammenfassend bieten die Daten dieser Dissertation vielversprechende Gründe, um eine anti- TGF-β2- gerichtete Behandlung in Patienten mit cholestatischer Leberschädigung wie PSC oder PBC zukünftig zu untersuchen. Mit dem Wissen, dass es bislang keine kurative Behandlung für Patienten mit dieser seltenen, III jedoch destruktiven Erkrankung gibt, zeigt sich TGF-β2 als eine aussichtsreiches therapeutische Zielstruktur für die Behandlung biliärer Leberschädigung.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Dooley, Prof. Dr. Steven
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 17 October 2018
Date Deposited: 06 Dec 2018 12:49
Date: 2018
Faculties / Institutes: The Faculty of Bio Sciences > Dean's Office of the Faculty of Bio Sciences
Subjects: 500 Natural sciences and mathematics
Additional Information: Oncotarget: 2016; 7:19499-19518
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