STAT3 ist signifikant erhöht in hypoplastischen Lungen und potenzieller therapeutischer Angriffspunkt bei angeborener Zwerchfellhernie

Die angeborene Zwerchfellhernie (congenital diaphragmatic hernia, CDH) ist eine Erkrankung von Neugeborenen, welche mit signifikanten Störungen der Lungenentwicklung einhergeht. Insbesondere die assoziierte pulmonale Hypoplasie und pulmonal arterielle Hypertension stellen die Therapie noch immer vor enorme Herausforderungen. Trotz langjähriger Forschung ist der Pathomechanismus der angeborenen Zwerchfellhernie nicht ausreichend verstanden. Mithilfe des international anerkannten Nitrofen Ratten Modells konnten wir in der vorliegenden Arbeit neue Erkenntnisse der pathobiologischen Vorgänge der Lungenentwicklung bei angeborener Zwerchfellhernie generieren. Im Gegensatz zu vorherigen Experimenten nutzen wir u.a. proteomanalytische Methoden, um eine Vielzahl krankhaft veränderter Signalwege zu detektieren. Dabei wurden fötale Lungen in späten pränatalen Stadien der Lungenentwicklung auf ihr Proteinexpressionsmuster untersucht. Insbesondere die Proteine Tenascin C, CREB-binding protein (CREBBP) sowie Signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) waren in CDH-Lungen signifikant verändert. Tenascin C war deutlich reduziert, wohingegen CREBBP und insbesondere STAT3 eine erhöhte Expression aufwiesen. Die Expressionsminderung von Tenascin C bei angeborener Zwerchfellhernie konnten wir in humanen CDH-Lungen bestätigen. Mithilfe von Immunfluoreszenzfärbungen konnte die Expressionssteigerung von STAT3 insbesondere in den bronchialen Epithelzellen dargestellt werden. Wir nutzten ein ex-vivo Modell hypoplastischer Lungen, um den zuvor identifizierten pathologisch veränderten STAT3 Signalweg näher zu untersuchen. Dazu erfolgte die Isolation und in-vitro Kultivierung fötaler Rattenlungen an Tag 15 der embryonalen Entwicklung. Die externe Applikation des Herbizids Nitrofen führte dabei erwartungsgemäß zur Induktion einer pulmonalen Hypoplasie, angezeigt durch eine Abnahme der peripheren Lungenverzweigungen, sowie zu einer Zunahme der peripheren Mesenchymstärke. Auf Proteinebene zeigte sich in den hypoplastischen Lungen eine Aktivierung des STAT3 Signalweges durch eine signifikante Zunahme von phosphoryliertem STAT3 (pSTAT3). Die Applikation des spezifischen STAT3-Inhibitors S3I-201 erzielte eine Korrektur des Lungenwachstums und eine Normalisierung der STAT3 Phosphorylierung. STAT3 und dessen Aktivität ist dieser Arbeit zufolge in CDH-Rattenlungen krankhaft erhöht und die spezifische Inhibition von STAT3 verbessert im ex-vivo hypoplastischen Lungen-Modell das Lungenwachstum signifikant.:Inhaltsverzeichnis BIBLIOGRAPHISCHE BEZEICHNUNG 1. Einführung 1 1.1. Krankheitsbild 1 1.2. Tiermodell 2 1.3. Physiologische Lungenentwicklung 3 1.3.1. Morphologische Entwicklung der Lunge 3 1.3.2. Molekularbiologische Ebene der Lungenentwicklung 4 1.4. Abnormale Lungenentwicklung bei CDH 7 1.5. „Lung explant“ Modell der Lungenhypoplasie 9 1.6. Ziele der Arbeit 10 2. Publikationsmanuskript 11 2.1. Abstract 11 2.2. Methods 12 2.3. Results 13 2.4. Discussion 17 2.5. References 20 2.6. Supplements 22 3. Zusammenfassung der Arbeit 23 4. Referenzen 28 5. Anlagen 33 5.1 Erklärung über den wissenschaftlichen Beitrag des Promovenden zur Publikation 33 5.2. Erklärung über die eigenständige Anfertigung der Arbeit 35 5.3. Curriculum Vitae 36 5.4 Danksagung 39

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