Papilläre und retikuläre Fibroblasten in humaner Haut: Fibroblastenidentität sowie Lokalisationin der Dermis bestimmen die Funktion

Korosec A*, Frech S*, Gesslbauer B, Vierhapper M, Radtke C, Petzelbauer P, Lichtenberger BM, Lineage Identity and Location within the Dermis Determine the Function of Papillary and Reticular Fibroblasts in Human Skin. J Invest Dermatol 2019; 139(2):342–51*equal contribution

Autorinnen: Ana Korosec, Sophie Frech, Beate M. Lichtenberger.

Morphologisch kann die Dermis der humanen Haut in zwei Bereiche unterteilt werden: in die obere oder papilläre Dermis mit hoher Zelldichte und relativ losem Bindegewebe und in die retikuläre Dermis in den tieferen Schichten, welche eine geringe Zelldichte aufweist, aber vollgepackt mit Kollagenen und Bindegewebsproteinen ist und in die Hypodermis mündet.1 Der zelluläre Hauptbestandteil sind Fibroblasten, welche ursprünglich als ein relativ unspektakulärer, matrixproduzierender Zelltyp angesehen wurde. Fibroblasten sind in letzter Zeit allerdings ins Rampenlicht der Forschung gerückt, da sie eigentlich sehr dynamische Zellen sind und offenbar eine große Rolle im Alterungsprozess und in vielen anderen Pathologien wie beispielsweise Krebs spielen.2, 3

Subpopulationen von Fibroblasten

In-vivo-Lineage-Tracing-Experimente haben gezeigt, dass in der Maushaut die Dermis aus zwei Abstammungslinien von Fibroblasten aufgebaut ist, welche unterschiedliche Funktionen in der Entwicklung der Haut und ihrer Anhänge wie auch in der Wundheilung und Fibrose haben4–6 und auf unterschiedliche Signale neoplastischer epidermaler Stammzellen reagieren.7 Eine Linie bilden die sogenannten papillären Fibroblasten, welche auch die Zellen der dermalen Papilla, des dermalen Sheaths und des Arrector-Pili-Muskels beinhalten und essenziell für die Entstehung von Haarfollikeln sind. Die zweite Linie bildet die untere Dermis mit den retikulären Fibroblasten, die einen Großteil der extrazellulären Matrix bilden, sowie den Präadi­pozyten und Adipozyten der Hypodermis.4
Es gibt zahlreiche Hinweise darauf, dass auch humane Haut mindestens zwei Subpopulationen von Fibroblasten mit unterschiedlicher Morphologie und Funktion hat.8–11 Diese reichen von unterschiedlichen Proliferationsraten bis hin zur Fähigkeit, das Gewebe zu modulieren, und der Expression von Matrixgenen, Enzymen und Zytokinen12–14 sowie zum Vermögen, das Wachstum epidermaler Stammzellen in 2D- und 3D-Kulturen zu unterstützen.15, 16

Fibroblasten-Subsetsisolieren via FACS

Aufgrund des Fehlens geeigneter Zelloberflächenmarker zur Diskriminierung von papillären und retikulären Fibroblasten für humane Haut, wurden diese Daten allerdings nur durch Fibroblasten-„explant cultures“ von dermatomierten superfiziellen bzw. unteren dermalen Schichten isoliert, was zu gemischten Zellpopulationen führte, welche eventuell in Einzelzellklone subkultiviert wurden. Allerdings verändern sowohl murine als auch humane Fibroblasten in vitro umgehend die Genexpression17–19, weshalb die Marker, die der einen oder anderen Subpopulation zugeschrieben wurden, nicht für die Isolation von Fibroblasten aus der Haut verwendet werden können.
Im Rahmen der hier beschriebenen Arbeit20 konnten spezifische Oberflächenmarker (Fibroblast-activating Protein, FAP, und Thymocyte-Antigen 1, Thy-1/CD90) identifiziert und ein Protokoll zur Isolierung von papillären bzw. retikulären Fibroblasten via fluoreszenzaktivierte Durchflusszytometrie (FACS) etabliert werden. Diese neue Methode erlaubt es, die funktionelle Heterogenität unterschiedlicher Fibroblasten-Subsets in Hautpathologien zu untersuchen. Außerdem stellt sie eine enorme Weiterentwicklung für die Hautforschung dar, da sich herausstellte, dass die beiden Fibroblasten-Subsets nicht lokal auf die obere bzw. untere Dermis beschränkt sind, sondern ein entgegengesetzter Gradient von papillären und retikulären Fibroblasten von der Hautoberfläche zur Hypodermis besteht (Abb.).

 

 

 

Die Arbeitsgruppe von Beate M. Lichtenberger in der Skin & Endothelium Research Division an der ­Universitätsklinik für Dermatologie, Medizinische Universität Wien, beschäftigt sich damit, wie unterschiedliche dermale Fibroblastensubpopulationen mit Krebszellen interagieren und das Hauttumorwachstum fördern, um neue personalisierte Therapien für Krebspatienten zu finden. Außerdem untersucht ihr Team die Rolle von ­Fibroblasten in der Wundheilung und in Hautpathologien, die von Fibroblasten verursacht werden, wie beispielsweise Skleroderma oder Keloide, für die es bislang keine effektiven Therapieansätze gibt.

 

 

1 Watt FM et al., Cold Spring Harb Perspect Biol 2011; 3(4)
2 Kalluri R et al., Nat Rev Cancer 2006; 6(5):392–401
3 Sorrell JM et al., Int Rev Cell Mol Biol 2009; 276:161–214
4 Driskell RR et al., Nature 2013; 504(7479):277–81
5 Rinkevich Y et al., Science 2015; 348(6232):aaa2151
6 Mastrogiannaki M et al., J Invest Dermatol 2016; 136(6):1130–42
7 Lichtenberger BM et al., Nat Commun 2016; 7:10537
8 Chen FG et al., J Cell Sci 2007; 120(Pt 16):2875–83
9 Harper RA et al., Science 1979; 204(4392):526–7
10 Hiraoka C et al., J Dermatol Sci 2016; 82(2):84–94
11 Sriram G et al., Eur J Cell Biol 2015; 94(11):483–512
12 Janson DG et al., J Invest Dermatol 2012; 132(11):2565–72
13 Mine S et al., PLoS One 2008; 3(12):e4066
14 Nauroy P et al., J Invest Dermatol 2017; 137(8):1787–9
15 Higgins CA et al., Br J Dermatol 2017; 176(5):1259–69
16 Korosec A, Lichtenberger BM, In vitro models to study hair follicle generation. In: Skin Tissue Models. 1 ed: Elsevier; 2017. p. 279–301
17 Higgins CA et al., Proc Natl Acad Sci U S A 2013; 110(49):19679–88
18 Walmsley GG et al.,Tissue engineering Part C Methods 2015; 21(3):314–21
19 Philippeos C et al., J Invest Dermatol 2018; 138(4):811–25
20 Korosec A et al., J Invest Dermatol 2019; 139(2):342–51

AutorIn: Beate M. Lichtenberger

Skin & Endothelium Research Division, Universitätsklinik für Dermatologie, Medizinische Universität Wien


SD 01|2019

Herausgeber: Ao. Univ.-Prof. Dr. Christoph Höller, Assoc. Prof. Priv.-Doz. Dr. Constanze Jonak, Univ.-Prof. Dr. Rainer Kunstfeld, Univ.-Prof. Dr. Hubert Pehamberger
Publikationsdatum: 2019-03-14