Atemwegsbasalzellen als Schlüsselzellen in der Pathogenese der Lungenfibrose

Prof. Antje Prasse, Dr. Benedikt Jäger und ihr Team liefern mit ihrer in »Nature Communications« publizierten Arbeit »Airway basal cells show a dedifferentiated KRT17highPhenotype and promote fibrosis in idiopathic pulmonary fibrosis« (https://rdcu.be/cWk1T; DOI: 10.1038/s41467-022-33193-0) wichtige Erkenntnisse zur idiopathischen Lungenfibrose (IPF) – einer tödlichen Krankheit mit begrenzten Behandlungsmöglichkeiten.

© Fraunhofer ITEM, Prof. Antje Prasse
Lungenschnitte aus dem humanisierten Mausmodell der idiopathischen Lungenfibrose, das Prof. Prasse und ihr Team entwickelt haben.
© Fraunhofer ITEM, Prof. Antje Prasse
Basalzellen der Atemwege von Patienten mit idiopathischer Lungenfibrose bilden große Kugeln, aus denen sich nach 21 Tagen in der 3D-Kultur röhrenartige Strukturen bilden. Im Kokultursystem von Basalzellen mit Lungenfibroblasten bilden die Fibroblasten netzartige Strukturen um die Bronchosphären. Oberes Feld: Masson-Trichrom-Färbung, Maßstab 100 µm bzw. 200 µm. Unteres Feld: Konfokale Immunhistochemie; Maßstab 10 µm bzw. 20 µm (rot: Vimentin, gelb: KRT5/6, blau: TO-PRO-3 (Zellkerne), n = 10).

Basalzellen der Atemwege von Patienten mit IPF fördern fibrotische Prozesse aufgrund ihrer atypischen Genexpression und veränderten Differenzierung. Im 3D-Organoid-Modell bilden IPF-Basalzellen im Vergleich zu Basalzellen von gesunden Probanden mehr Organoide sowie De-novo-Bronchialstrukturen, die Lungenentwicklungsprozessen ähneln. Zudem induzieren sie die Proliferation von Fibroblasten und die Ablagerung extrazellulärer Matrix in der Kokultur. Darüber hinaus entwickelte die Arbeitsgruppe ein völlig neuartiges Mausmodell für die IPF, welches auf humanen Basalzellen von IPF-Patienten basiert und damit die Erkrankung viel besser abbildet als bisherige Modelle. Das Forscherteam konnte anhand seiner Transkriptomdatensätze von Patientenzellen mittels bioinformatischer Analysen Prädiktionsmodelle erstellen, die das Therapieansprechen vorhersagen. Aufgrund dieser In-silico-Analysen wurde unter anderem der SRC-Signalweg als ein treibender Faktor identifiziert.

Die Forschenden konnten zeigen, dass der SRC-Inhibitor Saracatinib in ihren neu entwickelten In-vitro- und In-vivo-Modellen die entstehende Fibrose therapeutisch herunterreguliert. Diese Erkenntnisse etablieren Basalzellen als Schlüsselzellen in der Pathogenese der menschlichen idiopathischen Lungenfibrose und damit als neuartiges zelluläres Ziel für die Entwicklung neuer therapeutischer Maßnahmen.