Structural and cellular characterization of Idiopathic Pulmonary Fibrosis

La Fibrosi Polmonare Idiopatica (IPF) è una malattia polmonare cronica, irreversibile la cui eziologia risulta essere ignota, caratterizzata da un processo fibrotico progressivo che inizia nel tratto respiratorio inferiore. Le persone affette da IPF presentano età media compresa tra 55 e 77 anni. L’incidenza annuale di IPF è stata recentemente stimata tra 14 e 42,7 casi per 100.000 persone e tale dato risulta essere in aumento. IPF fa parte delle malattie Polmonari Idiopatiche Interstiziali (IIP) che comprendono patologie con quadri istologici e clinici differenti. Le affezioni su cui si concentrerà questo studio sono: UIP (Usual Interstitial Pneumonia) caratterizzata da fibrosi interstiziale e dalla presenza di foci fibrotici connessi alla pleura e corrispondente al quadro anatomopatologico della maggior parte dei casi di IPF; NSIP (Non Specific Interstitial Pneumonia) simile alla UIP ma con maggiore uniformità temporale e spaziale delle manifestazioni; Sarcoidosi, malattia granulomatosa ad eziologia ignota. Attualmente la gravità della IPF, che implica una mortalità del 50% dei pazienti a 5 anni dall’esordio, e la scarsa efficacia farmacologica nel rallentarne la progressione vedono il trapianto polmonare come unica possibilità di sopravvivenza nelle forme più severe. Al momento non è chiaro il meccanismo patogenetico di insorgenza e progressione della IPF anche se sono stati individuati alcuni fattori scatenanti quali fumo di sigaretta, infezioni respiratorie e inquinanti atmosferici; tuttavia nessuno di tali elementi può da solo determinare un così esteso e progressivo rimodellamento del parenchima polmonare. Numerose sono le evidenze di come il substrato genetico, le alterazioni del rapporto morte/proliferazione cellulare e le citochine svolgano un ruolo nella genesi e nella progressione della malattia, ma non sono ancora chiari i fenomeni biologico-cellulari che la sostengono e, quindi, quali siano i punti di attacco per poter incidere terapeuticamente nel modificare l’evoluzione della IPF. Poiché il nostro laboratorio ha partecipato alla scoperta dell’esistenza di cellule staminali nel polmone umano normale, uno degli obiettivi finali di questo progetto si basa sull’ipotesi che un’alterazione del compartimento staminale svolga un ruolo cruciale nella eziopatogenesi di IPF. Per questo in precedenti esperienze abbiamo cercato di identificare nella IPF cellule che esprimessero antigeni associati a staminalità quali c-kit, CD34 e CD133. Questo lavoro di tesi si è proposto di condurre un’indagine morfometrica ed immunoistochimica su biopsie polmonari provenienti da 9 pazienti affetti da UIP, 3 da NSIP e 5 da Sarcoidosi al fine di valutare le alterazioni strutturali principali imputabili alle patologie. Preparati istologici di 8 polmoni di controllo sono stati usati come confronto. Come atteso, è stato osservato nelle tre patologie esaminate (UIP, NSIP e Sarcoidosi) un significativo incremento nella sostituzione del parenchima polmonare con tessuto fibrotico ed un ispessimento dei setti alveolari rispetto ai campioni di controllo. L’analisi dei diversi pattern di fibrosi presenti fa emergere come vi sia una netta differenza tra le patologie con una maggiore presenza di fibrosi di tipo riparativo e quindi altamente cellulata nei casi di UIP, e NSIP mentre nelle Sarcoidosi il pattern maggiormente rappresentato è risultato essere quello della fibrosi replacement o sostitutiva. La quantificazione delle strutture vascolari è stata effettuata tenendo separate le aree di polmone alveolare rispetto a quelle occupate da focolai sostitutivi di danno (componente fibrotica). Nei campioni patologici analizzati era presente un significativo riarrangiamento di capillari, arteriole e venule rispetto al polmone di controllo, fenomeno principalmente riscontrato nel parenchima fibrotico. Tali modifiche erano maggiormente presenti nei casi di NSIP da noi analizzati. Inoltre le arteriole subivano una diminuzione di calibro ed un aumento dello spessore in special modo nei polmoni ottenuti da pazienti affetti da Sarcoidosi. Rispetto ai controlli, nella UIP e nella Sarcoidosi i vasi linfatici risultavano inalterati nell’area alveolare mentre aumentavano nelle aree di estesa fibrosi; quadro differente si osservava nella NSIP dove le strutture linfatiche aumentavano in entrambe le componenti strutturali. Mediante indagini immunoistochimiche è stata documentata la presenza e distribuzione dei miofibroblasti, positivi per actina muscolare liscia e vimentina, che rappresentano un importante componente del danno tissutale nella IPF. La quantificazione di questo particolare fenotipo è attualmente in corso. Abbiamo inoltre analizzato tramite immunoistochimica la componente immunitaria presente nei campioni polmonari attraverso la documentazione dei linfociti T totali che esprimono CD3, andando poi a identificare la sottopopolazione di T citotossici esprimenti la glicoproteina CD8. La popolazione linfocitaria CD3pos risultava notevolmente aumentata nelle tre patologie analizzate soprattutto nei casi di UIP e Sarcoidosi sebbene l`analisi della loro distribuzione tra i vari distretti tissutali risultasse differente. Risultati simili si sono ottenuti per l`analisi dei linfociti CD8pos. La componente monocito-macrofagica è stata invece identificata tramite la glicoproteina CD68 che ha messo in evidenza una maggiore presenza di cellule positive nella Sarcoidosi e nella UIP rispetto ai casi di NSIP. I dati preliminari di questo studio indicano che il rimodellamento strutturale emo-linfatico e cellulare infiammatorio nella UIP si differenziano rispetto alle altre malattie interstiziali del polmone, avanzando l’ipotesi che il microambiente vascolare ed immunitario giochino un ruolo importante nella patogenesi della malattia

Does the neuropathology of human patients with variant Creutzfeldt-Jakob disease reflect haematogenous spread of the disease?

To test the hypothesis that the distribution of the pathology in variant Creutzfeldt-Jakob disease (vCJD) represents haematogenous spread of the disease, we studied the spatial correlation between the vacuolation, prion protein (PrP) deposits, and the blood vessel profiles in the cerebral cortex, hippocampus, dentate gyrus, and cerebellum of 11 cases of the disease. In the majority of areas, there were no significant spatial correlations between either the vacuolation or the diffuse type of PrP deposit and the blood vessels. By contrast, a consistent pattern of spatial correlation was observed between the florid PrP deposits and blood vessels mainly in the cerebral cortex. The frequency of positive spatial correlations was similar in different anatomical areas of the cerebral cortex and in the upper compared with the lower laminae. Hence, with the exception of the florid deposits, the data do not demonstrate a spatial relationship between the pathological features of vCJD and blood vessels. The spatial correlation of the florid deposits and blood vessels may be attributable to factors associated with the blood vessels that promote the aggregation of PrP to form a condensed core rather than reflecting the haematogenous spread of the disease. © 2003 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Inhibition of transglutaminase 2 enzymatic activity ameliorates the anti-angiogenic effects of coeliac disease autoantibodies

Objective. Earlier work has demonstrated that serum autoantibodies from coeliac patients targeted against transglutaminase 2 (TG2) inhibit in vitro angiogenesis. The aim of this study was to establish whether coeliac patient-derived monoclonal TG2-targeted antibodies produced by recombination technology exert similar anti-angiogenic effects to serum-derived coeliac autoantibodies. In addition, we studied whether the monoclonal patient autoantibodies modulate endothelial cell TG2 activity and whether such modulation is related to the anti-angiogenic effects. Material and methods. The influence of coeliac patient-derived monoclonal TG2-targeted antibodies on endothelial cell tubule formation was studied using a three-dimensional angiogenic cell culture model. Endothelial cell TG2 enzymatic activity was determined by means of a live-cell enzyme-linked immunosorbent assay. Results. Coeliac patient-derived monoclonal TG2-targeted antibodies produced by recombination technology inhibited endothelial tubule formation and enhanced the crosslinking activity of TG2. When this enzymatic activity was inhibited using site-directed irreversible TG2 inhibitors in the presence of autoantibodies, in vitro angiogenesis reverted to the control level. Conclusions. Since we found a significant negative correlation between endothelial cell angiogenesis and TG2 activity, we suggest that the anti-angiogenic effects of coeliac patient-derived TG2-targeted autoantibodies are exerted by enhanced enzymatic activity of TG2.

Principal components analysis of Alzheimer’s disease based on neuropathological data: A study of 79 patients

A Principal Components Analysis of neuropathological data from 79 Alzheimer’s disease (AD) cases was performed to determine whether there was evidence for subtypes of the disease. Two principal components were extracted from the data which accounted for 72% and 12% of the total variance respectively. The results suggested that 1) AD was heterogeneous but subtypes could not be clearly defined; 2) the heterogeneity, in part, reflected disease onset; 3) familial cases did not constitute a distinct subtype of AD and 4) there were two forms of late onset AD, one of which was associated with less senile plaque and neurofibrillary tangle development but with a greater degree of brain atherosclerosis.

Adipokines have a role to play in the treatment of metabolic disease

Editorial

Does the neurodegeneration of Alzheimer’s disease spread between visual cortical regions B17 and B18 via the feedforward or feedback short cortico-cortical projections?

The laminar distribution of senile plaques (SP) and neurofibrillary tangles (NFT) was studied in areas B17 and B18 of the visual cortex in 18 cases of Alzheimer’s disease which varied in disease onset and duration. The objective was to test the hypothesis that SP and NFT could spread via either the feedforward or feedback short cortico-cortical projections. In area B17, the mean density of SP and NFT reached a maximum in lamina III and in laminae II and III respectively. In B18, mean SP density was maximal in laminae III and IV and NFT density in laminae II and III. No significant correlations were observed in any cortical lamina between the density of SP and patient age. However, the density of NFT in laminae III, IV and VI in B18 was negatively correlated with patient age. In addition, in B18, the density of SP in lamina II and lamina V was negatively correlated with disease duration and disease onset respectively. Although these results suggest that SP and NFT might spread between B17 and B18 via the feedforward short cortico-cortical projections, it is also possible that the longer cortico-cortical and cortico-subcortical connections may be involved.

Genetics of ocular disease Part 1: Basic concepts: cells, chromosomes and inheritance

This series of articles describes the basic elements of genetics necessary to understand the new advances and the impact these advances will have on the study and treatment of ocular disease. The first article describes the patterns of inheritance of human characteristics, how they are transmitted between the generations and the structure of chromosomes.

Genetics of ocular disease Part 2: Basic concepts: DNA, proteins and genes

This article on the basic concepts of genetics concentrates on doeoxyribose nucleic acid (DNA), the chemical constituent of the genes. First, it will cover how DNA was discovered to be the substance of the genes. Second, the structure of DNA is revealed together with how DNA molecules can make copies of themselves. Third, the nature of the genetic code contained in DNA and how this code directs the manufacture of proteins is described. Finally, the effects of mutation of the genes and how the activities of genes are regulated will be discussed together with the relevance of these concepts to ocular disease.

Genetics of ocular disease Part 3: Patterns of inheritance of ocular disease

The objective of this article is to describe the patterns of inheritance exhibited in the human populations and to illustrate them with examples drawn from a variety of ocular diseases.

Genetics of ocular disease part 4: New developments in genetics

The objective of the final artcile in this series is to describe how recent developments in genetics are likely to imact the diagnosis, scientific understanding, and future treatment of ocular disease.

Serum neopterin levels and gallium transferrin binding in Parkinson's disease

The unconjugated pterin neopterin is secreted by macrophages activated by interferon-gamma and hence, the level of neopterin in serum may be used as a marker of a cellular immune response in a patient. Serum neopterin levels were measured by high performance liquid chromatography (HPLC) in 28 Parkinson's disease (PD) patients and 28 age and sex matched controls. The level of serum neopterin was significantly elevated in PD compared with controls suggesting immune activation in these patients. The level of neopterin was negatively correlated with the level of binding of gallium to transferrin (Tf) but unrelated to the level of iron binding. Hence, in PD, it is possible that a cellular immune response may be important in the pathogenesis of the disease. One effect of the cellular immune response may be a reduction in the binding of metals other than iron to Tf and this could also be a factor in PD.