Changes in extracellular matrix (ECM) deposition along with increases in airway smooth muscle (ASM) mass are characteristic features of airway remodeling which contribute to asthma pathophysiology. Modifications in ECM include increased collagen deposition and altered proteoglycans (PGs) levels. While biglycan, a small leucine-rich PG (SLRP), deposition is generally increased, changes in decorin, another SLRP, are more variable. The interaction between the cell and the surrounding ECM triggers numerous cellular responses, which modulate functions such as survival, proliferation and differentiation. Since decorin and biglycan are known to influence cell behaviour in various types of cells, we hypothesized that these molecules would affect human airway smooth muscle cell (HASMC) function. We sought to determine the effects of decorin and biglycan on HASMC proliferation, apoptosis and attachment, and to explore the putative mechanisms responsible for these effects. Collagen type I was used as a control.Culture on a decorin matrix caused a decrease in HASMC number, which was attributed to a decrease in proliferation and an increase in apoptosis. Culture on biglycan caused an initial decrease in cell number that was not sustained. Collagen caused a significant increase in cell number. Neither biglycan nor collagen caused changes in proliferation or apoptosis. Subsequent experiments showed that cell anchorage to decorin and biglycan matrices caused abnormal focal adhesion and cytoskeletal organization, as well as, increases in alpha2 integrin protein levels as compared to cells seeded on collagen or plastic. To assess integrin activation, focal adhesion kinase (FAK) protein levels and activation were measured. FAK levels were significantly decreased compared to cells cultured on plastic or collagen I, but activation levels were unchanged.These studies demonstrate that PGs have differential effects on HASMC growth. Whereas decorin reduces ASM proliferation and increases apoptosis, biglycan has no effect. Cell-matrix adhesions were irregular in HASMCs seeded on decorin or biglycan compared to cells on collagen I or plastic. Decreases in decorin in the asthmatic airway wall, as observed in fatal asthma cases, may permit more exuberant ASM hyperplasia, suggesting that decorin's presence could serve a protective role by modulating the increase in ASM mass in asthma. / Les changements de composition de la matrice extracellulaire (MEC) ainsi que l'augmentation de la masse du muscle lisse des voies aériennes sont des caractéristiques du remodelage des voies aériennes qui contribuent à la physiopathologie de l'asthme. Les modifications de la MEC comprennent une augmentation du dépôt de collagène et un changement du niveau des protéoglycanes (PGs). Le dépôt de biglycane, un petit PG riche en leucine, est généralement plus élevé. Les changements d'expression de la décorine, un autre petit PG riche en leucine, sont, par contre, plus variables. L'interaction entre la cellule et la MEC qui l'entoure, déclenche de nombreuses réponses cellulaires, telles que la survie, la prolifération et la différenciation. Étant donné que la décorine et le biglycane peuvent influencer le comportement de différents types de cellules, nous avons émis l'hypothèse que ces molécules auraient aussi un effet sur la fonction des cellules musculaires lisses des voies aériennes. Nous avons cherché à déterminer les effets de la décorine et du biglycane sur la prolifération, l'apoptose et l'attachement des cellules musculaires lisses des voies aériennes. Nous avons aussi exploré les mécanismes putatifs qui seraient responsables de ces effets en utilisant le collagène de type I sera comme traitement de référence. La culture des cellules sur une matrice de décorine a provoqué une diminution du nombre cellules musculaires lisses des voies aériennes due à une diminution de la prolifération et à une augmentation de l'apoptose. La culture sur le biglycane a causé initialement une diminution du nombre de cellules, mais cette baise n'a pas été maintenue. Le collagène a provoqué une augmentation significative du nombre de cellules. Ni le biglycane ni le collagène n'ont induit des changements au niveau de la prolifération ou de l'apoptose. Des expériences ultérieures ont démontré que l'ancrage des cellules musculaires lisses des voies aériennes sur des matrices de décorine et de biglycane était anormal, ainsi que la formation d'adhésions focales et l'organisation du cytosquelette, en comparaison avec les cellules ensemencées sur du collagène ou du plastique. De plus, l'augmentation d'expression protéique de la sous-unité alpha2 d'intégrine a également été observée. Pour évaluer l'activation des intégrines, le niveau de protéine, ainsi que l'activation de la kinase des adhésions focales (FAK) ont été mesurés. En présence de décorine, l'expression protéique de FAK était significativement diminuée comparativement aux niveaux produits par les cellules ensemencées sur du plastique ou du collagène bien que le niveau d'activation était inchangé. Ces études démontrent que les PGs ont des effets distincts sur la croissance des cellules musculaires lisses des voies aériennes: la décorine a réduit la prolifération et a augmenté l'apoptose des cellules, tandis que le biglycane n'a pas modifié ces paramètres. Les adhésions cellules-matrice des cellules musculaires lisses des voies aériennes ensemencées sur la décorine ou le biglycane étaient irrégulières par rapport aux cellules sur le collagène de type I ou le plastique. La diminution de la quantité de décorine dans la paroi des voies aériennes observée dans les cas d'asthme fatal pourrait entraîner une hyperplasie plus prononcée des cellules musculaires lisses des voies aériennes. Ceci suggère que la présence de la décorine pourrait jouer un rôle protectif dans l'asthme, en modulant l'augmentation de la masse du muscle lisse des voies aériennes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.103624 |
| Date | January 2011 |
| Creators | D'Antoni, Michelle |
| Contributors | Mara S Ludwig (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Medicine) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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