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PDF, English - main document Download (6MB) | Lizenz: The Receptor for Advanced Glycation End Products (RAGE) controls ductular reaction-mediated fibrosis during cholestasis by Lam, Wai Ling Macrina underlies the terms of Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0

Abstract

Hepatic fibrosis is implicated in most etiologies of chronic liver diseases (CLD). It is a pathological process resembling a wound repair response, which is characterized by hepatic stellate cells (HSCs) activation and excessive production and deposition of extracellular matrix (ECM), which elicits substantial tissue scarring and impairment of liver function. Ductular reaction (DR) is a common clinical manifestation observed among most of the etiologies of CLD, but most prevalent in cholangiopathies, including cholestasis, primary biliary cholangitis and primary sclerosing cholangitis. It refers to the proliferative response of the biliary epithelial cells (BECs) that line the bile ducts in the biliary systems. DR is commonly associated with increased risk of fibrosis. On the contrary, DR is thought to serve as a regenerative mechanism to compensate for the anatomical or functional loss of the biliary system in the damaged liver. In view of the conflicting results from earlier studies, it remains elusive how DR and fibrogenic events are linked with each other.

The Receptor for Advanced Glycation End Products (RAGE) is an immunoglobulin and pattern recognition receptor that interacts with a variety of ligands, including the advanced glycation end products, HMGB1 and S100 proteins, which are released by damaged tissues and activated immune cells. In an environment with persistent stress, the accumulated RAGE ligands interact with RAGE and activates multiple pro-proliferation and inflammatory pathways, including Janus kinase (JAK)/ signal transducers and activators of transcript (STAT), mitogen-activated protein kinase (MAPK), phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/AKT and nuclear factor-κB (NFκB) pathways, thus sustaining inflammatory responses. Apart from playing a pivotal role in modulating the tissue microenvironment, earlier studies have also demonstrated RAGE in acting as a critical direct or indirect mediator of BEC expansion and onset of fibrosis during chronic injury.

In this dissertation, the specific function of RAGE on BECs in DR and its potential association with fibrosis in the context of cholestasis was elucidated by both in vivo and in vitro approaches. To examine the role of BEC-specific RAGE activity under cholestatic condition in vivo, Rage was conditionally deleted in BECs in a biliary tracing reporter murine model R26TomHnf1bCreER, followed by administration of choline-deficient ethionine-supplemented (CDE) diet for three weeks. In CDE-induced cholestatic condition, RAGE deficiency in BECs strongly impaired DR, alongside a substantial reduction of stellate cell activation and attenuation of bridging fibrosis. RNA-seq data of primary BECs isolated from CDE-challenged mice revealed a RAGE-dependent mechanistic role of BECs in ECM remodeling and HSC activation. In line with the in vivo results, the in vitro analyses demonstrated an interplay between BECs and HSCs dependent on BEC-specific RAGE activity. To be more specific, it uncovered Jag1 mRNA expression and secretory proteins were released by BEC in a RAGE-dependent manner. BEC-derived secretory JAG1 activates Notch signaling in HSCs in trans, and enhances the transformation of HSCs into a myofibroblastic-like status, thus establishes a pro-fibrotic milieu. All in all, my present study contributes to an increased understanding of the adverse consequence of DR in cholestasis-associated fibrosis and may guide future studies on new anti-fibrotic therapeutic strategies for unmet medical needs.

Translation of abstract (German)

Die Leberfibrose ist für die meisten chronischen Lebererkrankungen (CLD) verantwortlich. Es handelt sich dabei um eine, der Wundheilung ähnelnde pathologische Reaktion, die durch eine Aktivierung der hepatischen Sternzellen (HSC) und eine übermäßige Produktion und Ablagerung von extrazellulärer Matrix gekennzeichnet ist, was zu einer erheblichen Vernarbung des Gewebes und einer Beeinträchtigung der Leberfunktion führt. Die duktuläre Reaktion (DR) ist eine häufige klinische Manifestation, die bei den meisten CLD-Ätiologien beobachtet wird, am häufigsten jedoch bei Cholangiopathien, einschließlich Cholestase, primär biliärer Cholangitis und primär sklerosierender Cholangitis. Sie beruht auf der proliferativen Reaktion der biliären Epithelzellen (BEC), die die Gallengänge im biliären System auskleiden. Die DR wird im Allgemeinen mit einem erhöhten Fibroserisiko in Verbindung gebracht. Im Gegensatz dazu wird angenommen, dass die DR als Regenerationsmechanismus dient, um den anatomischen oder funktionellen Verlust des biliären Systems in der geschädigten Leber zu kompensieren. Angesichts der widersprüchlichen Ergebnisse früherer Studien bleibt unklar, wie DR und fibrogene Ereignisse miteinander verknüpft sind.

Der "Receptor for Advanced Glycation End Products" (RAGE) ist ein Immunglobulin- und Mustererkennungsrezeptor, der mit einer Vielzahl von Liganden interagiert, darunter die "advanced glycation end products", HMGB1- und S100-Proteine, die von geschädigtem Gewebe und aktivierten Immunzellen freigesetzt werden. In einer Umgebung mit anhaltendem Stress interagieren die akkumulierten RAGE-Liganden mit RAGE und aktivieren mehrere proliferationsfördernde und entzündungsfördernde Signalwege, darunter Janus-Kinase (JAK)/Signaltransducers and Activators of Transcript (STAT), Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK), Phosphoinositid-3-Kinase (PI3K)/AKT und Nuclear Factor-κB (NFκB), wodurch Entzündungsreaktionen gefördert werden. Frühere Studien haben gezeigt, dass RAGE nicht nur eine zentrale Rolle bei der Regulierung der Mikroumgebung des Gewebes spielt, sondern auch ein entscheidender, direkter oder indirekter Vermittler der BEC-Expansion und des Auftretens von Fibrose bei chronischen Verletzungen ist.

In meiner Dissertation habe ich die spezifische Funktion von RAGE auf BECs in DR und seine mögliche Verbindung mit Fibrose im Zusammenhang mit Cholestase sowohl durch in vivo als auch durch in vitro Ansätze aufgeklärt. Um die Rolle der BEC-spezifischen RAGE-Aktivität unter cholestatischen Bedingungen in vivo zu untersuchen, wurde Rage in BECs in einem biliären Reporter-Mausmodell R26TomHnf1bCreER konditionell deletiert, gefolgt von der Verabreichung einer dreiwöchigen cholindefizienten, ethioninergänzten (CDE) Diät. Unter CDE-induzierten cholestatischen Bedingungen beeinträchtigte der RAGE-Verlust in BECs die DR stark, zusammen mit einer erheblichen Verringerung der Sternzellenaktivierung und einer Abschwächung der überbrückenden Fibrose. RNA-seq-Daten von primären BECs, die aus CDE-belasteten Mäusen isoliert wurden, zeigten eine RAGE-abhängige mechanistische Rolle der BECs beim ECM-Umbau und der HSC-Aktivierung. In Übereinstimmung mit den in vivo Ergebnissen zeigten die in vitro Analysen ein Zusammenspiel zwischen BECs und HSCs, das von der BEC-spezifischen RAGE-Aktivität abhängig ist. Im speziellen wurde aufgedeckt, dass die JAG1-mRNA-Expression und sekretorische Proteine von BEC in RAGE-abhängiger Weise freigesetzt wurden. Das aus BEC stammende sekretorische Jag1 aktiviert in trans die Notch-Signalübertragung in HSCs und fördert die Umwandlung von HSCs in myofibroblastenähnliche Zellen, wodurch ein pro-fibrotisches Milieu geschaffen wird. Zusammenfassend trägt diese Studie zu einem besseren Verständnis der negativen Folgen der DR bei cholestaseassoziierter Fibrose bei und kann zukünftige Studien zu neuen antifibrotischen therapeutischen Strategien für den bischer unzureichenden medizinischen Bedarf unterstützen.