Corneal Epithelial-Stromal Interactions During Regeneration and Fibrosis

再生和纤维化过程中角膜上皮-基质相互作用

基本信息

  • 批准号:
    10521703
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 52.47万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    1984
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    1984-12-01 至 2027-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

SUMMARY Corneal wound healing is a complex process involving corneal epithelial cell proliferation, myofibroblast generation, and extracellular matrix (ECM) deposition. In corneal wound models, the disruption of the Bowman's layer that separates the epithelium from stroma is often observed, and this disruption may lead to a different pathological (fibrotic) state, which we propose can be mediated by the intercellular signaling between epithelial and stromal cells in part via paracrine factors. TGF-β is a pleiotropic cytokine that exists in three isoforms (TGF-β1, -β2, and -β3), which exert biological effects through signaling pathways to maintain corneal integrity and wound healing. Previously, we found that TGF-β1 is involved in corneal fibrotic wound healing by stimulating myofibroblast differentiation; whereas, TGF-β3 application after corneal wounding reversed and diminished the fibrotic response in vitro and in vivo, respectively. Despite the functional differences in TGF-β isoforms, the molecular mechanisms in dampening fibrosis remain poorly understood. Amid other paracrine factors, extracellular vesicles (EVs) are recognized as mediators for cell-cell communication. EVs can selectively engulf a part of their parental cell and become enriched in a repertoire of bioactive cargo (e.g., proteins or lipids), and offset their cargo into recipient cells by ensuing physiological changes. We have shown that corneal epithelial cell-derived EVs can trigger myofibroblast differentiation and generate an ECM microenvironment that promotes myofibroblast persistence, which is key for corneal scarring; however, the bioactive cargo driving this remains unclear. Of disease relevance, keratoconus (KCN) is of interest because it leads to corneal stromal scarring even without any acute trauma or known underlying etiology. Pathologically, KCN is similar to our wound-healing models in that the KCN corneas: 1) develop gaps in Bowman's layer that allow direct contact between epithelium and stroma; 2) have EVs present between epithelial cells and stroma; and 3) develop myofibroblast differentiation that leads to scarring under the breaks in Bowman's layer. TGF-β's role in myofibroblast differentiation and ECM remodeling suggests involvement in KCN's pathogenesis, either in a causative or secondary repair role, leading to structural changes in KCN. In this proposal, we hypothesize that loading TGF-β3 onto EVs and applying to corneal wounds will drive healing without scarring by dampening the fibrotic response and preventing the onset of scar formation; however, TGF-β1-EVs will enhance the scarring in corneal wounds. Through these experiments we will also determine bioactive cargo from KCN-epithelial cell derived EVs that is contributing to KCN corneal scarring and disease progression. Relevance to Public Health—Collectively, this proposal will provide key mechanistic insights into corneal EV biology and their corresponding cargo, as well as identify the bioactive EV cargo that could be used to predict corneal scarring in KCN patients in the future.
概括 角膜伤口愈合是一个复杂的过程,涉及角膜上皮细胞增殖、肌成纤维细胞 在角膜伤口模型中,细胞外基质(ECM)沉积的破坏。 经常观察到将上皮与基质分开的鲍曼层,这种破坏可能会导致 不同的病理(纤维化)状态,我们认为这可以通过细胞间信号传导介导 TGF-β 是一种多效性细胞因子,存在于三种细胞中。 同工型(TGF-β1、-β2 和 -β3),通过信号通路发挥生物效应以维持角膜 之前,我们发现TGF-β1通过参与角膜纤维化伤口的愈合。 刺激肌成纤维细胞分化;而角膜损伤后应用 TGF-β3 可逆转和 尽管 TGF-β 存在功能差异,但仍分别减弱了体外和体内的纤维化反应。 亚型,抑制纤维化的分子机制仍然知之甚少。 在其他旁分泌因子中,细胞外囊泡 (EV) 被认为是细胞间的介质 EV 可以选择性地吞噬其亲本细胞的一部分,并丰富其功能。 生物活性货物(例如蛋白质或脂质),并通过随后的生理作用将其货物抵消到受体细胞中 我们已经证明角膜上皮细胞来源的 EV 可以触发肌成纤维细胞分化和 产生促进肌成纤维细胞持久存在的 ECM 微环境,这是角膜疤痕形成的关键; 然而,驱动这一现象的生物活性物质仍不清楚,圆锥角膜(KCN)与疾病相关。 感兴趣,因为即使没有任何急性创伤或已知的潜在因素,它也会导致角膜基质疤痕 病理学上,KCN 与我们的伤口愈合模型相似,KCN 角膜:1)产生间隙。 在允许上皮和基质之间直接接触的鲍曼层中 2) 之间存在 EV; 上皮细胞和间质;3) 肌成纤维细胞分化,导致骨折处形成疤痕 鲍曼层中 TGF-β 在肌成纤维细胞分化和 ECM 重塑中的作用表明参与其中。 KCN的发病机制,无论是起致病作用还是继发修复作用,导致KCN的结构变化。 在此提案中,我们追求将 TGF-β3 装载到 EV 上并应用于角膜伤口将推动 通过抑制纤维化反应并防止疤痕形成,实现不留疤痕的愈合; 然而,TGF-β1-EVs 会增强角膜伤口的疤痕形成。通过这些实验,我们还将发现。 确定 KCN 上皮细胞来源的 EV 中导致 KCN 角膜疤痕形成的生物活性物质,以及 与公共卫生的相关性——总的来说,该提案将提供关键机制。 深入了解角膜 EV 生物学及其相应的货物,并确定具有生物活性的 EV 货物 未来可用于预测 KCN 患者的角膜疤痕。

项目成果

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