Collagen XIII in lung physiology and fibrosis, and thyroid-associated ophthalmopathy
Norman, Oula (2024-08-02)
© University of Oulu, 2024. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited. © Oulun yliopisto, 2024. Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
https://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202405233875
Kuvaus
Tiivistelmä
Collagen XIII is a homotrimeric transmembrane collagen encoded by the COL13A1 gene. It features a furin cleavage site near the cell membrane where the extracellular part can be shed into the extracellular matrix. The shed ectodomain has interactions with other extracellular matrix components such as nidogen 2, perlecan and collagen-binding integrins.
Mutations in the COL13A1 gene cause congenital myasthenic syndrome 19 in which the development of neuromuscular junctions is severely impaired. In addition to severe muscle weakness, the patients present with breathing difficulties and a restricted vital capacity of the lung. Thus, one of the aims of this thesis was to investigate the role of collagen XIII in pulmonary physiology and also in the development of restrictive lung disease i.e., pulmonary fibrosis. Collagen XIII expression was found in basement membranes surrounding alveolar fibroblasts, yet the lungs of collagen XIII knockout mice were found normal in structure. However, lung function tests uncovered distinct abnormalities in lung volume and extendibility of the chest cage, suggesting a manifestation of the myasthenic phenotype of the mice. In human pulmonary fibrosis patients, collagen XIII was highly expressed in specific disease-associated structures, including hyperplastic epithelial cells. Similarly, immunostainings showed an increase in expression in the bleomycin mouse model of pulmonary fibrosis, but the extent of fibrosis was unchanged in the Col13a1-modified mice. In addition, insufficient information was found about the normalisation of real-time quantitative PCR in the bleomycin model and therefore the most suitable reference genes were determined experimentally.
Another goal of this doctoral study was to investigate the role of collagen XIII in thyroid-associated ophthalmopathy (TAO). Previously, autoantibodies against collagen XIII were discovered in TAO and their presence was found to correlate with disease activity. Thus, the expression of collagen XIII was evaluated in tissues of the orbit and the thyroid. In the orbit, collagen XIII expression was found in extraocular muscles and blood vessels of orbital connective tissue and fat. In the thyroid, the expression of collagen XIII varied between samples and correlated with TGFB1. In a subsequent experiment, TGF-β1 appeared to induce collagen XIII expression in thyroid epithelial cells.
Kollageeni XIII on solukalvokollageeni, jota koodaa COL13A1-geeni. Solunulkoisen osan juuressa on sekvenssi, josta solunulkoinen osa voidaan entsymaattisesti irrottaa solukalvolta soluvälitilaan. Katkaistun solunulkoisen osan on havaittu sitoutuvan tiettyihin soluvälitilan proteiineihin ja kollageeneja sitoviin integriinireseptoreihin.
COL13A1-geenin toiminnan estävät mutaatiot johtavat tyypin 19 synnynnäiseen myasteeniseen oireyhtymään, jossa hermo-lihasliitosten kehitys on häiriintynyt, mikä johtaa vaikeaan lihasheikkouteen, hengitysvaikeuksiin ja alentuneeseen keuhkojen vitaalikapasiteettiin. Tästä syystä yhdeksi tutkimuskohteeksi valikoitui kollageeni XIII:n ilmeneminen ja funktio keuhkojen fysiologiassa ja restriktiivisessä keuhkosairaudessa eli keuhkofibroosissa. Kollageeni XIII:n havaittiin ilmenevän alveolaarisia fibroblasteja ympäröivissä tyvikalvoissa. Poistogeenisten hiirten keuhkot olivat rakenteeltaan normaalit, mutta hiirten keuhkofunktiossa havaittiin hengityslihasten heikkouteen viittaavia poikkeavuuksia keuhkojen tilavuudessa ja rintakehän laajenemisessa. Keuhkofibroosipotilasnäytteissä todettiin kollageeni XIII:n ilmenevän erityisen voimakkaasti tautispesifisissä hyperplastisissa epiteelisoluissa. Keuhkofibroosin kokeellisessa hiirimallissa immunovärjäyksissä todettiin ilmenemisen olevan voimakkaampaa fibroottisissa kohdissa, mutta kollageeni XIII-poistogeenisissä hiirissä fibroosin laajuus ei eronnut villityypistä. Lisäksi tutkimuksessa käytettyä keuhkofibroosimallia varten määritettiin sopivimmat referenssigeenit kvantitatiivisen polymeraasiketjureaktion normalisointia varten.
Tässä väitöstutkimuksessa tutkittiin myös kollageeni XIII:n merkitystä Basedowin taudin silmäoireyhtymässä. Oireyhtymää sairastavien potilaiden verestä on aiemmin löytynyt kollageeni XIII-autovasta-aineita ja niiden on havaittu korreloivan taudin aktiivisuuden kanssa. Kollageeni XIII:n ilmenemistä selvitettiin silmäkuopan kudoksista ja Basedowin taudin tai struuman vuoksi poistetuista kilpirauhasista. Ilmenemistä havaittiin silmänliikuttajalihaksissa ja silmäkuopan sidekudoksen ja rasvan verisuonissa. Struumapotilailla kilpirauhasen kollageeni XIII:n ilmenemistaso vaihteli huomattavasti ja ilmenemistason todettiin korreloivan TGFB1-tason kanssa. Jatkotutkimuksissa havaittiin TGF-β1:n indusoivan kollageeni XIII:n ilmenemistä kilpirauhasen epiteelisoluissa.
Original papers
-
Norman, O., Koivunen, J., Kaarteenaho, R., Salo, A. M., Mäki, J. M., Myllyharju, J., Pihlajaniemi, T., & Heikkinen, A. (2023). Contribution of collagen XIII to lung function and development of pulmonary fibrosis. BMJ Open Respiratory Research, 10(1), e001850. https://doi.org/10.1136/bmjresp-2023-001850 https://doi.org/10.1136/bmjresp-2023-001850
-
Norman, O., Koivunen, J., Mäki, J. M., Pihlajaniemi, T., & Heikkinen, A. (2022). Identification of suitable reference genes for normalization of reverse transcription quantitative real-time PCR (RT-qPCR) in the fibrotic phase of the bleomycin mouse model of pulmonary fibrosis. PLOS ONE, 17(10), e0276215. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0276215 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0276215
-
Norman, O., Vornanen, T., Franssila, H., Liinamaa, J., Karvonen, E., Kotkavaara, T., Pohjanen, V.-M., Ylikärppä, R., Pihlajaniemi, T., Hurskainen, M., & Heikkinen, A. (2024). Expression of collagen XIII in tissues of the thyroid and orbit with relevance to thyroid-associated ophthalmopathy. Investigative Opthalmology & Visual Science, 65(4), 6. https://doi.org/10.1167/iovs.65.4.6 https://doi.org/10.1167/iovs.65.4.6
Osajulkaisut
-
Norman, O., Koivunen, J., Kaarteenaho, R., Salo, A. M., Mäki, J. M., Myllyharju, J., Pihlajaniemi, T., & Heikkinen, A. (2023). Contribution of collagen XIII to lung function and development of pulmonary fibrosis. BMJ Open Respiratory Research, 10(1), e001850. https://doi.org/10.1136/bmjresp-2023-001850 https://doi.org/10.1136/bmjresp-2023-001850
-
Norman, O., Koivunen, J., Mäki, J. M., Pihlajaniemi, T., & Heikkinen, A. (2022). Identification of suitable reference genes for normalization of reverse transcription quantitative real-time PCR (RT-qPCR) in the fibrotic phase of the bleomycin mouse model of pulmonary fibrosis. PLOS ONE, 17(10), e0276215. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0276215 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0276215
-
Norman, O., Vornanen, T., Franssila, H., Liinamaa, J., Karvonen, E., Kotkavaara, T., Pohjanen, V.-M., Ylikärppä, R., Pihlajaniemi, T., Hurskainen, M., & Heikkinen, A. (2024). Expression of collagen XIII in tissues of the thyroid and orbit with relevance to thyroid-associated ophthalmopathy. Investigative Opthalmology & Visual Science, 65(4), 6. https://doi.org/10.1167/iovs.65.4.6 https://doi.org/10.1167/iovs.65.4.6
Kokoelmat
- Avoin saatavuus [38841]