The effects of transglutaminase 2 modulation on endothelial cell biology: focus on celiac disease pathogenesis

Abstract

Transglutaminaasi 2 proteiinin toiminnan vaikutukset endoteelisolujen biologiaan

Ohutsuolen limakalvon nukkalisäkkeet ovat keskeisessä merkityksessä ravinteiden imeyttämisessä. Nukkalisäkkeiden rakenteen ylläpitämiseen liittyy keskeisesti niiden keskellä oleva verisuonitus. Keliakia on ravinnon gluteenin laukaisema sairaus, jolle on tyypillistä ohutsuolen limakalvovaurio, ja tämän yhteydessä nähtävä verisuonituksen poikkeava rakenne. Lisäksi keliakiapotilaille kehittyy kehon omaa proteiinin, transglutaminaasi 2:ta (TG2) tunnistavia vasta-aineita. TG2-proteiinilla on useita toimintoja ja se osallistuu muun muassa verisuonten muodostumiseen. Aiemmat tutkimukset viittaavat siihen, että keliakiapotilaiden TG2:ta tunnistavat vasta-aineet estävät verisuonten muodostumista.

Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää TG2n roolia verisuonten muodostuksessa sekä mekanismia, jolla keliakiapotilaiden vasta-aineet estävät verisuoniston kehittymistä.

Tutkimuksessa selvisi, että verisuonen seinämän endoteelisolujen ulkopuolinen TG2 osallistuu solujen kiinnittymistä alustaansa, kun solun sisäinen TG2 puolestaan vaikuttaa solusykliin ja apoptoosiin. Tulosten mukaan keliaakikon vasta-aineet häiritsevät solun ulkopuolisen TG2n toimintaa, ja täten vaikuttaa endoteelisolujen kiinnittymiseeen alustaansa, solujen polarisoitumiseen ja liikkumiseen. Keliakiapotilaiden vasta-aineet myös lisäsivät thioredoksiini -nimisen proteiinin erittymistä verisuonen seinämän soluista. Väitöskirjan tulokset viittaavat siihen, että thioredoksiini-proteiinin eritys luultavasti vaikuttaa TG2n kolmiulotteiseen rakenteeseen siten, että keliakiapotilaiden vasta-aineet sitoutuvat siihen paremmin.

Kaikkineen väitöskirjan tulokset siis selittävät osaltaan millä mekanismilla keliaakikon vasta-aineet estävät verisuonten muodostumista ja mistä keliaakikon ohutsuolen limakalvon verisuonituksen epänormaalius voisi johtua.

In the small intestine villi offers an extensive epithelial surface area for absorptive function and their integrity relies on an appropriate vascular network. In celiac disease (CD), an autoimmune disorder triggered by ingested dietary gluten in susceptible individuals with HLA-DQ2 or DQ8 genotype, the overall mucosal vascular architecture is completely altered. CD is predominately characterized by a strong antibody response targeted against dietary gluten-derived deamidated gliadin peptides and the self-antigen, transglutaminase 2 (TG2). TG2 is a complex multifunctional protein involved in a variety of basic biological processes, including angiogenesis, where its role is still not fully understood. Since our group has previously shown that CD patient derived autoantibodies disturb several steps of angiogenesis, the aim of this thesis project was to deepen our knowledge of TG2 in the endothelium and to clarify the molecular mechanism behind the anti-angiogenic effects exerted by CD antibodies. This work shed new light on the role of TG2 in the endothelium where the extracellular pool of TG2 is involved in regulating cell-matrix adhesion while the cytoplasmic TG2 is important for cell cycle progression and survival. Furthermore, it was shown that CD IgA antibodies disturb the extracellular function of TG2, thus altering endothelial cell-extracellular matrix (ECM) interactions and thereby affecting endothelial cell adhesion, polarization and motility. Intriguingly, CD IgA promoted the secretion of the redox sensor protein TRX, which probably is needed to keep TG2 in a conformation suitable for the constitutive antibody binding and activation. Thus, this study set up a possible molecular mechanism by which CD antibodies exert their anti-angiogenic functions, which in turn might help to explain the altered small-bowel mucosal microvasculature observed in untreated CD patients.