Characterization of Microfibrillar-associated Protein 4 in the Development of Pulmonary Emphysema-like Changes

Ph.D.-afhandlingen er baseret på tre karakteriseringsstudier. Disse studier omhandler den strukturalle organisering af mikrofibrillar-associeret protein 4 (MFAP4) og dets interaktion med komponenter af lungevævet. Derudover også den basale karakterisering af de pulmonale konsekvenser associeret med MFAP4-mangel i forbindelse med aldring og provokeret lungeskade.
Det fibrinogen-lignende domæne (FReD), findes i en bred vifte af proteiner både i invertebrater og vertebrater. FReD er i mennesker karakteristisk for proteiner involveret i vævshomeostase samt i det medfødte immunforsvar.
Den oligomeriske form af FReD-molekyler menes at vigtig i forhold til at etablere af den strukturelle form der er nødvendig for ligand interaktion. Det er tidligere blevet vist, at MFAP4 danner homodimerer som går sammen og danner højere oligomeriske former. Vi benyttede analytisk ultracentrifugering og gelfiltrationskromatografi til at vise at humant rekombinant udtrykt MFAP4 (rMFAP4) primært danner 6- og 12-meriske strukturer. En mindre andel af rMFAP4 dannede 8- og 16-meriske former.
Et bevaret hydrofob bindingssted, kaldet S1, er blevet beskrevet i en række FReD-molekyler. Site-directed mutagenese af Phe241 i det formodede S1 i MFAP4 viste, at den aromatiske sidekæde i position 241 var vigtigt for interaktionen af MFAP4 til ECM-komponenterne, elastin og collagen type I. Desuden identificerede vi nedbrydningsproduktet af elastin, desmosine, som en ny opløselig ligand for MFAP4.
MFAP4 er lokaliseret til de elastiske fibre i ECM og binder både til fibrillin-1 og elastin, hvilket kan betyde at det spiller en rolle i at danne eller bevare integriteten af de elastiske fibre. Vores formål var at undersøge in vivo pulmonale konsekvenser af MFAP4-mangel. Lunge-funktionsmålingerne af unge og ældre Mfap4-deficiente mus afslørede en emfysem-lignende fænotype med alderen. Ændringerne af den pulmonale arkitektur blev vurderet in vivo vha. mikro-CT. Tætheden af lungevævet blev signifikant reduceret og procentdelen af lav-densitets områder (LAA%) var signifikant forøget i Mfap4-deficiente mus. Dette blev yderligere understøttet af de stereologiske data, der viste en nedsat alveolær overflade i Mfap4-deficiente mus. Undersøgelsen af mikro-CT 3D-billederne fra de Mfap4-deficiente mus afslørede endvidere et generelt og homogent fald i densiteten af lungeparenkymet. Desuden blev der ikke observeret cellulær infiltration ved undersøgelse af de histologiske snit af lungevævet. Sammenholdt tyder vores resultater på, at Mfap4-deficiente mus udvikler homogen alveolær lufvejsforstørrelse uden tilstedeværelse af inflammation.
Humane studier viser, at aldersrelaterede ændringer af lunge-arkitektur og funktion er forbundet med en øget risiko for at udvikle lungesygdom som kronisk obstruktiv lungesygdom (KOL). Vi benyttede den porcine pancreatiske elastase (PPE)-model til at undersøge hvorvidt sensitiviteten for at udvikle elastolytisk induceret lungeemfysem var øget i Mfap4-deficiente mus, og for at vurdere pulmonale virkninger af lungeskader. Musene blev udsat for tre på hinanden følgende behandlinger med PPE for at inducere en emfysem-lignende fænotype. Manglen på MFAP4 var dog ikke forbundet med en mere alvorlig emfysem-lignende fænotype eller øget inflammation.
Ændringer af MFAP4-niveauet i den systemiske cirkulation er blevet koblet til forskellige patologiske tilstande med øget vævsomsætning. I tråd hermed, blev niveauerne af MFAP4 i det systemiske kredsløb og lungeskyl signifikant forøget ved lungeskade. Der blev dog ikke fundet en forskel i MFAP4 niveauerne i lungevævet hos unge og ældre mus vild-type mus.
Vores resultater viser, at MFAP4 binder til ECM-komponenter via S1. Dyrestudierne viste, at Mfap4-deficiente mus udvikler luftvejsforstørrelse med alderen. Hvilket tyder på, at MFAP4 er med til at bevare integriteten af de elastiske fibre.