Fibrozytenreaktion auf Interleukin-1-Stimulation bei Keratokonus

Zusammenfassung

Hintergrund Die verminderte mechanische Festigkeit der Gewebe um den Keratokonus und die ultrastrukturelle Fehlorganisation ihrer Matrixkomponenten werden durch proteolytischen Abbau und dessen unvollständige Reparatur verursacht. In den meisten biochemischen Studien zu diesem Thema wird über einen reduzierten Kollagengehalt und erhöhte Kollagenase- und Gelatinaseaktivitäten berichtet.

Methoden Da Interleukin-1 (IL-1) die Sekretion von Prostaglandin-E2 (PG-E2) und Kollagenase fördert, haben wir uns für die Anzahl der Membranrezeptoren für diese Zytokine auf Keratokonus-Fibroblasten interessiert und die entsprechende Dissoziationskonstante (k_D) bestimmt. Außerdem befaßten wir uns mit der Kinetik der Cyclooxy-genase sowie der Synthese von PG-E2, IL-1 und Kollagen. Die Daten verglichen wir mit denen aus normalen menschlichen Hornhäuten.

Ergebnisse

1. Die spezifische Bindung von [¹²⁵I]-IL-1 ist signifikant verschieden (p<0,05) bei keratokonischen und normalen Hornhautzellen. Die Anzahl der Rezeptoren war beim Keratokonus viermal höher (7000±100 Bindestellen/Zelle) als bei normaler Kornea (1540±100 Bindestellen/Zelle). Die Dissoziationskonstanten weichen jedoch kaum voneinander ab: (6,21±0,5)·10^-11 für Keratokonuszellen und (6,27±0,5)·10^-11 für normale Hornhautzellen.

2. Unter den Versuchsbedingungen fanden wir weder in normaler noch in keratokonischer Hornhaut Interleukin-1.

3. Die Synthese von PG-E2 ohne Stimulation der Zellen durch IL-1, wie sie sich uns aus 8 Hornhäuten mit und 8 ohne Keratokonus darbot, zeigte, dass Keratokonuszellen zehnmal mehr PG-E2 sezernieren als normale Hornhautzellen. Fügt man dem Inkubationsmedium, das [³H]-markierte Arachidonsäure enthält, IL-1 zu, steigt die PG-E2-Synthese bei den Keratokonuszellen vergleichsweise stärker an als bei den normalen Hornhautzellen.

4. Die Abnahme des Kollagens nach Zusatz von IL-1 bei Keratokonuszellen in Kultur fällt deutlicher aus als bei normalen Hornhautzellen.

Schlußfolgerungen Die Frage bleibt, warum beim Keratokonus die zuvor erörterten Anomalien auftreten. Sehr wahrscheinlich sind der Anstieg der IL-1-Rezeptorexpression und die hohe Aktivität der Cyclooxygenase genetisch bedingt, da sie auch noch nach mehr als 40 Zellgenerationen in Kultur beobachtet werden.

Summary

Background The reduced mechanical strength of the tissues around a keratoconus and the ultrastructural disorganization of its matrix components are caused by proteolytic breakdown and incomplete repair. In most biochemical studies on this subject, reduced collagen content and increased collagenase and gelatinase activity have been reported.

Methods Since interleukin-1 (IL-1) promotes secretion of prostaglandin E-2 (PG-E2 and collagenase, we were interested in the number of membrane receptors for these cytokines on keratoconus fibroblasts and determined the corresponding dissociation constant (k_D). We also studied the kinetics of cyclo-oxygenase and the synthesis of PG-E2, IL-1 and collagen. We compared the data with data from normal human corneas.

Results

1. There was a significant difference (P<0.05) between the specific binding of [¹²⁵I]-IL-1 in keratoconic and normal corneal cells. In keratoconus, the number of receptors was four times higher (7000±100 binding sites per cell) than in normal corneas (1540±100 binding sites per cell). However, there was little difference between the dissociation constants for keratoconic ([6.21±0.5]·10^-11) and normal ([6.27±0.5]·10^-11) corneal cells.

2. Under the study conditions, interleukin-1 was found neither in normal nor in keratoconic cornea.

3. 3) Synthesis of PG-E2 without stimulation of cells by IL-1. which was observed in 8 corneas with and 8 without keratoconus, showed that keratoconus cells secrete ten times more PG-E2 than normal corneals cells. If IL-1 is added to the incubation medium, which contains [3H]-labeled ara-chidonic acid, PG-E2 synthesis increases more than in normal corneal cells.

4. 4) After adding IL-1, the collagen concentration in keratoconus cells in culture was more pronounced than in normal corneal cells.

Conclusions It is still not known why the anomalies discussed above occur in keratoconus. The increase in IL-1 receptor expression and the high level of cyclooxygenase activity are very probably due to genetic causes, because they are observed even after 40 generations of cell cultures.

Schlüsselwörter

Keratokonus - Zellkultur - Rezeptoren - lnterleukin-1 - Prostaglandin-E2 - Kollagen

Key words

Keratoconus - tissue culture - receptors - interleukin-1 - prostaglandin E2 - collagen