Bustle behind the scenes of action : nemosis as a model for fibroblast inflammatory activation

Wound healing is a complex process that requires an interplay between several cell types. Classically, fibroblasts have been viewed as producers of extracellular matrix, but more recently they have been recognized as orchestrators of the healing response, promoting and directing, inflammation and neovascularization processes. Compared to those from healthy tissue, inflammation-associated fibroblasts display a dramatically altered phenotype and have been described as sentinel cells, able to switch to an immunoregulatory profile on cue. However, the activation mechanism still remains largely uncharacterized. Nemosis is a model for stromal fibroblast activation. When normal human primary fibroblasts are deprived of growth support they cluster, forming multicellular spheroids. Clustering results in upregulation of proinflammatory markers such as cyclooxygenase-2 and secretion of prostaglandins, proteinases, cytokines, and growth factors. Fibroblasts in nemosis induce wound healing and tumorigenic responses in many cell types found in inflammatory and tumor microenvironments. This study investigated the effect of nemotic fibroblasts on two components of the vascular system, leukocytes and endothelium, and characterized the inflammation-promoting responses that arose in these cell types. Fibroblasts in nemosis were found to secrete an array of chemotactic cytokines and attract leukocytes, as well as promote their adhesion to the endothelium. Nuclear factor-kB, the master regulator of many inflammatory responses, is activated in nemotic fibroblasts. Nemotic fibroblasts are known to produce large amounts of hepatocyte growth factor, a motogenic and angiogenic factor. Also, as shown in this study, they produce vascular endothelial growth factor. These two factors induced migratory and sprouting responses in endothelial cells, both required for neovascularization. Nemotic fibroblasts also caused a decrease in the expression of adherens and tight junction components on the surface of endothelial cells. The results allow the conclusion that fibroblasts in nemosis share many similarities with inflammation-associated fibroblasts. Both inflammation and stromal fibroblasts are known to be involved in tumorigenesis and tumor progression. Nemosis may be viewed as a model for stromal fibroblast activation, or it may correlate with cell-cell interactions between adjacent fibroblasts in vivo. Nevertheless, due to nemosis-derived production of proinflammatory cytokines and growth factors, fibroblast nemosis may have therapeutic potential as an inducer of controlled tissue repair. Knowledge of stromal fibroblast activation gained through studies of nemosis, could provide new strategies to control unwanted inflammation and tumor progression.

Tulehdus on osa haavan paranemisprosessia. Se suojaa avointa haavaa mikrobeilta ja sen tarkoitus on myös edistää kudoksen paranemista. Useat solutyypit ovat haavan paranemiselle keskeisiä. Valkosolut toimivat mm. immuunipuolustajina ja verisuonisolut muodostavat väliaikaisia hiussuonia. Fibroblastit muodostavat suojaavan sidekudosrakenteen ja ohjaavat muita soluja liukoisin välittäjäainein. Tulehdusfibroblastit eroavat terveen kudoksen fibroblasteista. Niiden ominaisuuksien ja vaikutusten tunteminen auttaa ymmärtämään tulehduksen ja haavan paranemisprosessin kulkua. Nemoosi on tutkimusryhmämme kehittämä malli, joka mahdollistaa aktivoituneiden fibroblastien tutkimuksen laboratorio-olosuhteissa. Tämän väitöskirjatyön tarkoitus oli tutkia nemoosin ja tulehdusfibroblastien yhteneväisyyksiä sekä nemoottisten fibroblastien vaikutuksia tulehdusympäristön soluihin, kuten valko- ja verisuonisoluihin. Ensimmäisessä osatyössä tutkittiin nemoottisten fibroblastien tuottamia tulehdusvälittäjäaineita eli sytokiinejä. Suuri osa oli valkosoluja kutsuvia, ja tulokset osoittivatkin nemoottisten fibroblastien kutsuvan monosyyttisiä ja neutrofiilisiä valkosoluja kasvunesteeseen tuotettujen sytokiinien IL-8, MIP-1a ja RANTES avulla. Valkosolujen kutsuminen on tulehdusvasteen olennainen osa. Sytokiinien ilmentymisen säätelijä NF-kB oli nemoottisissa fibroblasteissa aktiivinen. Toisessa osatyössä tutkittiin nemoottisten fibroblastien vaikutusta verisuoni- eli endoteelisoluihin ja todettiin kasvunesteen liukoisten tekijöiden vähentävän liitoksia endoteelisolujen välillä. Soluliitosten löystyminen auttaa valkosoluja tunkeutumaan verisuonesta tulehtuneeseen kudokseen. Nemoottisten fibroblastien liukoiset tekijät myös lisäsivät monosyyttisten valkosolujen kiinnittymistä endoteelisoluihin. Kolmannessa osatyössä todettiin nemoottisten fibroblastien edistävän endoteelisolujen liikettä hepatosyyttikasvutekijän (HGF) avulla, joka yhdessä verisuonikasvutekijän (VEGF) kanssa edisti myös versoamista. Endoteelisolujen liikkuvuus ja versoaminen ovat ensimmäinen vaihe uuden verisuonen muodostuksessa. Neljäs osatyö on ensimmäinen julkaistu yleiskatsaus nemoosiin, ja siinä esitellään nemoottisten fibroblastien vaikutukset epiteeli- ja syöpäsoluihin. Tämä väitöskirjatyö kuvaa yhtäläisyyksiä nemoottisten- ja tulehdusfibroblastien välillä. Tulehdusmekanismit edistävät syövän kehittymistä, joten tuloksilla voi olla merkitystä myös syövän muodostumisen näkökulmasta. Nemoosi on laboratoriomalli, mutta se saattaa myös auttaa ymmärtämään fibroblastien aktivoitumista elimistössä. Välittäjäaineiden tuoton ansiosta nemoosia voisi mahdollisesti käyttää myös perustana tulehdusta sääteleville hoitokeinoille.