Regulation of metalloproteinases stromelysin and collagenase by interferons in retinal pigment epithelial cells

Ophtalmologische Krankheitsbilder, die mit Degeneration oder erblichen Dystrophien der Retina einhergehen, führen in vielen Fällen zur Erblindung und stellen daher ein großes Problem in der Augenheilkunde dar. Als Korrelat des Zellverlustes wurde der apoptotische Zelltod identifiziert. Die Schritte, die zwischen der Genmutation und dem funktionellen Defizit in der Zelle liegen sowie die Signalketten, die letztlich zur Entscheidung zum Zelltod führen, sind noch relativ unklar. Im Zusammenhang mit der Frage, welche Gene die molekulargenetische Grundlage für den Vorgang der Apoptose in Zellen der menschlichen Netzhaut bilden, wurde in dieser Arbeit die Frage untersucht, ob in der humanen Pigmentepithelzellinie ARPE-19 die Metalloproteinasen Stromelysin und Collagenase produziert werden und ob die Genexpression dieser Metalloproteinasen durch eine Behandlung der Zellen mit humanen Interferonen stimuliert werden kann. Der Nachweis sollte auf der mRNA-Ebene erfolgen. Als Nachweismethoden dienten die Northern-blot-Analyse, wobei für die Hybridisierung Digoxigenin-markierte antisense-RNA verwendet wurde, die durch in vitro-Transkription gewonnen wurde, sowie die RT-PCR. Als Modell diente die ARPE-19-Zelle, die sich durch ihre epitheliale Morphologie und rasche Proliferationsrate von anderen primären RPE-Kulturen unterscheidet . Als Kontrolle wurden humane Fibroblasten sowie Gliomazellen verwendet. Mit der Northern-blot-Analyse konnte in der ARPE-19-Zelle die mRNA der Metalloproteinase Collagenase nicht nachgewiesen werden. Der Versuch, eine eventuell sehr geringe mRNA-Menge durch Behandlung mit Interferon alpha und gamma über die Nachweisgrenze zu erhöhen, erbrachte ebenfalls ein negatives Ergebnis. Für die Untersuchung von Stromelysin 1 wurde auf die sensiblere Methode der RT-PCR übergegangen. Während Stromelysin 1 in den Kontrollzellen nachgewiesen werden konnte, konnte auch mit der RT-PCR-Methode in der ARPE-19-Zelle Stromelysin 1 nicht nachgewiesen werden. Daher muss davon ausgegangen werden, dass die ARPE-19-Zelle durch die Anzahl der Passagen, der sie während der Zellkultur unterzogen wurde, zwar nicht immortalisierte, jedoch eine gewisse Zahl von Genen abschaltete, zu denen auch die Gene der hier untersuchten Metalloproteinasen Collagenase und Stromelysin gehören, oder dass die Zellinie nicht den komplett identischen Chromosomensatz einer originären retinalen Pigmentepithelzelle besitzt. Die Tatsache, daß hochspezialisierte Zellen bei oftmaligem Passagieren ihre spezialisierten Eigenschaften verlieren, kann in der Forschung häufig beobachtet werden. Offenbar ist die in Kultur gehaltene ARPE-19-Zelle eine in ihrer transkriptionellen Aktivität extrem reduzierte Zelle, bei der auch die Transkription der Metalloproteinasen Stromelysin und Collagenase abgeschaltet ist.Ophtalmological diseases that imply degeneration or hereditary dystrophia of retina often lead to blindness and form a crucial problem in ophtalmology. Apoptotic cell death was identified as origin for cell loss. Actually, the linkage between genetic mutation and loss of cellular functionality as well as the signal transduction pathways leading to apoptosis remained unclear. Settled in the research of molecular genetic origins for apoptosis in human retina, this thesis investigates if the metalloproteinases stromelysin and collagenase are product of the human pigment epithelial cell-line ARPE-19 and if the genetic expression of these metalloproteinases can be stimulated by treatment with human interferons. Detection was performed at mRNA-Level using northern-blot-analysis with digoxigenin-marked antisense-RNA formed by in-vitro transcription and RT-PCR. Due to their epithelial morphology and rapid proliferation ARPE-19 cells were used as a model. Human fibroblasts and glioma cells formed controls. In ARPE-19 cells, northern-blot-analysis could not detect the metalloproteinase collagenase. The approach to augment a probably extremely low amount of mRNA by interferon-alpha/gamma-stimulation of the retinal pigment epithelial cells led to negative result as well. When investigating stromelysin-1, the more sensitive method of RT-PCR was utilized. Using this technique, stromelysin-1 was detected in control cells, but not in ARPE-19 cells. We assume that ARPE-19 cells did not immortalize during its passages in cell culture, but switched off a certain number of genes implying the investigated metalloproteinases collagenase and stromelysin, or maybe the cell line does not comprise the complete identical chromosomal set of an originary pigment epithelial cell. The loss of differentiated attributes during multiple passages is a known phenomenon in cell culture research. Obviously, the cultured ARPE-19 cell is highly reduced in transcriptional activity, omitting the transcription of the metalloproteinases stromelysin and collagenase