Estudio de la ruta celular jak2/stat3 como potencial inhibidor en el modelo de fibrosis pulmonar

  1. HERNANDEZ RIBES, GRACIA
Supervised by:
  1. Adela Maria Serrano Gimeno Director
  2. Javier Milara Payá Director
  3. Julio Cortijo Gimeno Director
  4. Rosa María Montes Estellés Tutor

Defence university: Universitat Politècnica de València

Fecha de defensa: 19 February 2016

Committee:
  1. Matilde Sierra Vega Chair
  2. Catalina Alarcón de la Lastra Romero Secretary
  3. Asunción Morán Benito Committee member

Type: Thesis

Teseo: 414466 DIALNET

Abstract

[EN] Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is the pulmonary disease with higher incidence and worse prognosis. Recent evidence suggests that cucurbitaceae, selective inhibitors of the JAK2/STAT3 pathway, may improve the pathogenesis of IPF, as anti-inflammatory and antioxidative properties have been confirmed in other diseases. However the role in IPF is unknown. Two pharmacological models were investigated in the present study. In the preventive model, Wistar rats were instilled intratracheally with a single dose of bleomycin (BLM)(3.75 U/kg; n=12) to induce lung injury. CuI (20mg/kg/day; n=6) or CuI vehicle (control and IPF group) was administered intraperitoneally daily for 21 days. The therapeutic model was exactly the same starting CuI administration on day 7 until day 21. Animal evolution together with the ventilation-perfusion ratio was controlled through CT/SPECT imaging. Cellular count and characterization was performed in broncoalveolar lavage (BAL) together with the total protein content and the IL-6 and IL-13 concentration in BAL and lung tissue. Hematoxilin-eosin and masson trichrome stains allowed the study of the lung's tissue histology. TGF-ß1, CTGF, COL1A and ET-1 gene and protein expression were both measured by real time PCR and WB as pulmonary vascular remodeling markers. P-STAT3, P-SMAD3 and P-JAK2 proteins were determined by protein and immunohistochemistry quantification. Finally, JAK2 and STAT3 expression and distribution was studied in lung tissue of fibrotic patients with pulmonary hypertension. CT/SPECT quantification showed reduction of the fibrotic areas in the CuI treated group by reestablishing the air space in the lungs back to day 0 levels for the preventive and the therapeutic model. Furthermore, ventilation/perfusion correlation was restored in the therapeutic model after administrating CuI during 14 days. Hematoxilin-eosine stains demonstrated how the group treated pharmacologically presented an improvement in the lung tissue architecture, reversing vascular remodeling and right heart hypertrophy. Masson trichrome stain revealed a reduction of the collagen deposits. Ashcroft score, used to determine the severity of pulmonary fibrosis, was measured and diminished significantly in the CuI treated group. The results showed a gene and protein overexpression of TGF-ß1, CTGF, COL1A and ET-1 in BLM relative to Control rats. This was counteracted with CuI treatment which reduced the expression back to control. In terms of immunohistochemistry, the results demonstrated a decrease in the COL1A deposits in the treated group versus the absence of treatment group. Protein and immunohistochemistry analysis of JAK2, STAT3 and SMAD3 demonstrated an overexpression in bleomycin rats while the protein expression was inhibited in the CuI treated group. In accordance to the results obtained, the immunohistochemistry analysis of the lung parenchyma in patients with pulmonary hypertension related to pulmonary fibrosis showed and overexpression of the phosphorylated forms of JAK2 and STAT3, lacking its expression in healthy lung tissue. The preventive and therapeutic administration of JAK2/STAT3 inhibitor can be a potential treatment for pulmonary fibrosis, as it improves the parameters related to the disease. [ES] La fibrosis pulmonar idiopática (FPI) es la enfermedad pulmonar con mayor incidencia y peor pronóstico. Estudios recientes sugieren que la familia de las cucurbitaceae, inhibidores selectivos de la ruta JAK2/STAT3, pueden mejorar la patogénesis de la enfermedad, al haberse confirmado sus propiedades antinflamatorias y antioxidantes en otras enfermedades. Sin embargo se desconoce su papel en FPI. En el presente trabajo se estudiaron dos modelos farmacológicos. En el modelo preventivo las ratas Wistar fueron instiladas con una dosis única de bleomicina intratraqueal (BLM)(3.75 U/kg; n=12) para inducir las lesión pulmonar. Durante 21 días se administró CuI (20mg/kg/día; n=6) o vehículo de CuI (control y grupo FPI) por vía intraperitoneal. El modelo curativo se diferencia del preventivo en el comienzo de la administración farmacológica a los 7 días de inducir la enfermedad. El seguimiento de la evolución animal y el ratio de ventilación-perfusión se realizó mediante las técnicas de imagen TC/SPECT. Se realizó el recuento y caracterización de las células totales extravasadas en lavado broncoalveolar (LBA) así como el contenido de proteína total y la concentración de IL- 6 e IL-13 en LBA y tejido pulmonar. Las tinciones de hematoxilina-eosina y masson tricrómico permitieron el estudio de la histología del tejido pulmonar. Se determinó la expresión génica y proteica de TGF-ß1, CTGF, COL1A y ET-1 mediante las técnicas de real time PCR y WB como marcadores de remodelado vascular. Las proteínas P-STAT3, P-SMAD3 y P-JAK2, fueron determinadas mediante cuantificación proteica e inmunohistoquimia. Por último se estudió la expresión y distribución de JAK2 y STAT3 en tejido de pacientes con fibrosis pulmonar e hipertensión pulmonar. La cuantificación de las imágenes TC/SPECT mostraron una reducción de las áreas fibróticas en el grupo tratado con CuI. El tratamiento farmacológico permitió el restablecimiento del espacio aéreo pulmonar hasta valores control en ambos modelos estudiados. El grupo con tratamiento farmacológico restauró el ratio de ventilación/perfusión tras administrar CuI durante 14 días. Las tinciones de hematoxilina eosina revelaron como el grupo animal tratado farmacológicamente presenta una mejora de la histología pulmonar, revirtiendo el remodelado vascular y la hipertrofia del ventrículo derecho. La tinción de masson tricrómico mostró una disminución de los depósitos de colágeno. Se determinó el valor de Ashcroft, evaluador del grado de fibrosis pulmonar, que descendió significativamente en el grupo tratado con CuI. Los resultados presentan una sobrexpresión génica y proteica de TGF-ß1, CTGF, COL1A y ET-1 en los grupos de bleomicina frente a las ratas control. Dicha condición fue revertida mediante el tratamiento con CuI que restableció los valores a niveles control. Los análisis proteicos e inmunohistoquíimicos de JAK2, STAT3 y SMAD3 revelaron una sobreexpresión en las ratas con bleomicina mientras que la expresión proteica fue inhibida en el grupo tratado con CuI. En consonancia con los resultados obtenidos, el análisis inmunohistoquímico del parénquima pulmonar de pacientes con FPI e HP asociada muestran una sobreeexpresión de las formas fosforiladas de JAK2 y STAT3 frente a la ausencia de expresión en tejido pulmonar sano. La administración curativa y preventiva de un inhibidor de la ruta JAK2/STAT3 puede ser un potencial tratamiento para la fibrosis pulmonar, ya que mejora parámetros indicativos de la patología. [CAT] La fibrosi pulmonar idiopàtica (FPI) és la enfermetat pulmonar amb major incidència i pitjor pronostic. Estudis recents suggereixen que la família de les cucurbitàcies, Inhibidors selectius de la ruta JAK2 / STAT3, poden millorar la patogènesi de la malaltia, en haver-se confirmat les seues propietats antiinflamatòries i antioxidants En altres patologies. No obstant això es desconeix el seu paper en FPI. En el present treball es van estudiar 2 models farmacològics. En el model preventiu les rates Wistar foren instilades amb una dosi única de bleomicina intratraqueal (BLM) (3,75 U / kg; n = 12) per a induir les lesions pulmonars. Durant 21 dies es va administrar CuI (20 mg / kg / dia, n = 6) o Vehicle de CuI (control i grup FPI) per vía intraperitoneal. El model curatiu es diferència del preventiu en el començament de l'administració farmacológica als 7 dies d'induir l'enfermetat. El seguiment de l'evoluciò dels animals i el ratio de Ventilació-perfusió es va realitzar mitjançant tècniques d'imatge TC/SPECT. Es realitzà el recompte i caracterització de les cèl·lules totals extravasades en el llavat broncoalveolar (LBA). Així com el contingut de proteina total i la concentració d'IL-6 i IL-13 en LBA i teixit pulmonar. Les tincions d'hematoxilina-eosina i tricròmic de Masson van permetre l'estudi de la histologia del teixit pulmonar. Es va determinar l'expressió gènica i proteica de TGF-ß1, CTGF, COL1A i Et-1 mitjançant tècniques de PCR en temps real i WB com marcadors de remodelat vascular. Les proteïnes P-STAT3, P-SMAD3 i P-JAK2, varen ser determinades mitjançant quantificació proteica i inmunohistoquimia. Per últim se estudià l'expressió i distribució de JAK2 i STAT3 en teixit de pacients amb fibrosi pulmonar e hipertensió pulmonar. La quantificació de les imatges TC/SPECT mostraren una reducció de les àrees fibrótiques en el grup tractat amb CuI. El tractament farmacològic permet el restabliment de l'espai aeri pulmonar fins valors de control en els dos models estudiats. El grup amb tractament farmacològic va restaurar el ratio de ventilació/perfusió tras administrar Cul durant 14 dies. Les tincions d'hematoxilina eosina van revelar com el grup animal tractat farmacològicament presenta una Millora de la histologia pulmonar, revertint el remodelat vascular i la hipertròfia del ventricle dret. La tinció de tricròmic de Masson va mostrar una disminució dels dipòsits de col·lagen. Es va determinar el valor d'Ashcroft, avaluador del grau de fibrosi pulmonar, que va baixar significativament a el grup tractat amb CuI. Els resultats presenten una sobreexpressió gènica i proteica de TGF-ß1, CTGF, COL1A i Et-1 en els grups de bleomicina en comparacióa les rates control. Aquesta condició va ser revertida mitjançant el tractament amb CuI que va restablir els valors fins a nivel dels control. A nivell immunohistoquímic els resultats mostren una disminució dels dipòsits de COL1A en el grup tractat comparativament al grup sense tractament. Els anàlisi proteics i inmunohistoquíimics de JAK2, STAT3 i SMAD3 van revelar una sobreexpressió en les rates amb bleomicina mentre que l'expressió proteica va ser inhibida en el grup tractat amb CuI. D'acord amb els resultats obtinguts, l'anàlisi immunohistoquímic del parènquima pulmonar de pacients amb FPI i HP associada mostren sobreeexpresió de les formes fosforilades de JAK2 i STAT3 davant l'absència d'expressió en teixit pulmonar sa. La administració curativa i preventiva d'un inhibidor de la ruta JAK2 / STAT3 pot ser un potencial tractament per la fibrosi pulmonar, ja que millora paràmetres indicatius de la patologia.