The effects of selected new generation PPAR agonists on TGF-β1 induced phenotypic transition of human bronchial fibroblasts into myofibroblasts during asthma

Asthma is one of the most common chronic and non-infectious disease. The routinely used therapies of asthma base on the relieving symptoms and inhibiting the chronic inflammation, but are unable to stop the structural changes in bronchial wall of asthmatic patients. These changes include e.g progressive subepithelial fibrosis. This process is driven in response to chronic inflammation, where pro-inflammatory cytokines such as TGF-β1 play a major role. Under the effect of TGF-β1, bronchial fibroblasts acquire the features characteristic for myofibroblasts during the TGF-β1-induced fibroblast-myofibroblast transition process. Myofibroblasts are cells characterized by increased contractile activity and enhanced synthesis and secretion of proteins included in the extracellular matrix.The results presened in this thesis concern the analyzes of the effect of the new generation of PPAR agonists - lanifibranor (α, β / δ and γ PPAR agonist) and elafibranor (α and β / δ PPAR agonist) on the morphology, viability, proliferation and efficiency of phenotypic transitions of bronchial fibroblasts derived from asthmatic patients cultured in vitro. These research was started by dr. Milena Paw in the team of prof. Marta Michalik at the Department of Cell Biology in recent years, and this work is their continuation. After determining the non-cytotoxic and non-cytostatic concentrations for both tested compounds (100 µM for lanifibranor and 45 µM for elafibranor), the effectiveness of the TGF-β1-induced FMT process was tested in the populations of human bronchial fibroblasts. The obtained results clearly show that both tested compounds significantly reduce the percentage of myofibroblasts in TGF-β1-stimulated bronchial fibroblast populations, which is associated with a significant decrease of α-SMA, collagen I, transgelin, fibronectin and tenascin C levels. In addition, it was also shown that elafibranor-stimulated cultures of bronchial fibroblasts show altered morphology with concomitantly increased expression of the ADRP and FABP4 genes, which may indicate the differentiation into cells characterized by the lipofibroblasts-like phenotype.Although the obtained results clearly indicate the strong anti-fibrotic properties of the tested PPAR agonists, in this thesis the molecular mechanism of their action has not been clarified. However, these results can become the basis for the further research about the potential application of the tested compounds in the therapy or prophylaxis of fibrotic changes in the bronchi of patients with asthma.

Astma jest jedną z najczęściej występujących chorób przewlekłych i niezakaźnych. Opracowane do tej pory terapie opierają się głównie na łagodzeniu objawów i hamowaniu przewlekłego stanu zapalnego, ale nie są w stanie powstrzymać zmian strukturalnych zachodzących w oskrzelach pacjentów. Zmiany te obejmują m.in. postępujące zwłóknienie podnabłonkowe. Proces ten napędzany jest w odpowiedzi na przewlekły stan zapalny, w którym kluczową rolę odgrywają cytokiny prozapalne, a zwłaszcza TGF-β1. Pod wpływem TGF-β1 dochodzi do fenotypowego przejścia fibroblastów w miofibroblasty– komórki charakteryzujące się zwiększoną aktywnością kurczliwą oraz wzmożoną syntezą i sekrecją białek wchodzących w skład macierzy zewnątrzkomórkowej. Do głównych markerów miofibroblastów zaliczane są białka cytoszkieletarne (α-aktyna mięśni gładkich wbudowana w włókna naprężeniowe) i białka macierzy zewnątrzkomórkowej (kolagen I, fibronektyna, transgelina lub tenascyna C).W pracy magisterskiej przedstawiono wyniki analiz dotyczących wpływu dwóch nowej generacji agonistów PPAR– lanifibranoru (agonista α, β/δ oraz γ PPAR) oraz elafibranoru (agonista α i β/δ PPAR) na morfologię, żywotność, proliferację i efektywność przejść fenotypowych fibroblastów oskrzelowych pochodzących od astmatyków w modelu in vitro. Badania dotyczące tej tematyki zostały rozpoczęte w ubiegłych latach w Zakładzie Biologii Komórki przez dr Milenę Paw w zespole prof. Marty Michalik, a niniejsza praca jest ich kontynuacją. Po wyznaczeniu niecytotoksycznych i niecytostatycznych stężeń dla obu badanych związków (100 µM dla lanifibranoru i 45 µM dla elafibranoru) badano efektywność procesu FMT w populacjach fibroblastów oskrzelowych indukowanego przez TGF-β1. Uzyskane wyniki jednoznacznie wskazują, że oba testowane związki znacznie obniżają odsetek miofibroblastów w stymulowanych TGF-β1 populacjach fibroblastów oskrzelowych, co jest związane z istotnym spadkiem poziomów α-SMA, kolagenu I, fibronektyny, transgeliny oraz tenascyny C. Ponadto wykazano także, że w hodowlach fibroblastów oskrzelowych prowadzonych z dodatkiem elafibranoru dochodzi do zmian w morfologii i wzrostu ekspresji genów ADRP i FABP4 co może wskazywać na różnicowanie tych komórek w lipofibroblasty.Uzyskane wyniki, choć jednoznacznie wskazują na silne właściwości przeciwzwłóknieniowe badanych agonistów PPAR, nie dają odpowiedzi dotyczącej molekularnego mechanizmu ich działania. Mogą jednak stać się podstawą do dalszych badań prowadzonych także pod kątem potencjalnego zastosowania badanych związków w terapii lub profilaktyce zmian zwłóknieniowych w oskrzelach pacjentów chorych na astmę.