Klin Padiatr 2015; 227(01): 15-22
DOI: 10.1055/s-0034-1389906
Original Article
© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Modifications in Integrin Expression and Extracellular Matrix Composition in Children with Biliary Atresia

Veränderungen der Integrin-Expression und Zusammensetzung der extrazellulären Matrix bei Kindern mit Gallangangsatresie
T. Whitby
1   Paediatric Gastroenterology, Hepatology and Nutrition, Alder Hey Children’s NHS Foundation Trust, Liverpool, United Kingdom
,
D. Schroeder
2   Paediatric Gastroenterology, Hepatology and Liver Transplant, University Hospital Essen, Germany
,
H. S. Kim
2   Paediatric Gastroenterology, Hepatology and Liver Transplant, University Hospital Essen, Germany
,
C. Petersen
3   Paediatric Surgery, Medical School Hannover, Germany
,
O. Dirsch
4   Institute of Pathology, University Hospital Jena, Germany
,
U. Baumann
5   Liver Unit, Children’s Hospital and University Hospital Birmingham, United Kingdom
6   Paediatric Gastroenterology, Medical School Hannover, Germany
,
M.K. H. Auth
1   Paediatric Gastroenterology, Hepatology and Nutrition, Alder Hey Children’s NHS Foundation Trust, Liverpool, United Kingdom
2   Paediatric Gastroenterology, Hepatology and Liver Transplant, University Hospital Essen, Germany
› Institutsangaben
Weitere Informationen

Publikationsverlauf

Publikationsdatum:
07. Januar 2015 (online)

Abstract

Background: The aetiology of biliary atresia (BA) is still unresolved. The study’s aim was to investigate the distribution of extracellular matrix proteins and cellular adhesion molecules in children with BA compared to other cholestatic liver disease (CLD) and normal liver architecture (NLA).

Patients: Liver biopsies were obtained from children with BA (n=13), CLD (n=6) and NLA (n=8).

Method: We systematically analysed ultra thin frozen sections from the liver hilum stained with 25 monoclonal antibodies for cellular characterisation, extracellular matrix proteins and adhesion molecules.

Results: 2 changes were specifically found in BA: laminin beta1 was reduced in children with BA vs. NLA and CLD. Conversely, integrin alpha 3 was increased in BA vs. NLA and CLD (p<0.05). Furthermore, we detected changes in a similar pattern for both BA and CLD vs. NLA: in BA and CLD perlecan was increased. On the contrary, integrin beta1 and entactin were decreased vs. NLA (p<0.05).

Discussion: Extracellular matrix proteins and adhesion molecules mediate cellular polarity and integrity, development of tubular structures, and proliferation. Therefore, our findings can be important for the understanding of the genesis of BA.

Conclusion: The composition of extracellular matrix proteins and adhesion molecules in children with BA differs from NLA and other CLD in distribution of laminin beta1 and integrin alpha 3, which may have implications for genetic, immunologic and environmental associations in BA.

Zusammenfassung

Hintergrund: Die Ätiologie der Gallangangsatresie (BA) ist immer noch ungeklärt. Ziel dieser Arbeit war es, die Verteilung der extrazellulären Matrixproteine und zellulären Adhäsionsmoleküle von Kindern mit BA mit anderen Formen cholestatischer Lebererkrankungen (CLD) oder mit normaler Zellarchitektur (NLA) zu vergleichen.

Patienten: Leberbiopsien wurden von 13 Kindern mit BA, 6 Kindern mit CLD und 8 Kindern mit NLA entnommen.

Methoden: Wir untersuchten systematisch an gefriergetrockneten Ultradünnschnitten die Verteilung der extrazellulären Matrixproteine und spezifischen Adhäsionsmoleküle des Gallengangsepithels im Bereich der Leberpforte. Durch semiquantitative Analyse der immunphänotypisch charakterisierten Gallenwegsstrukturen wurden statistisch signifikante Unterschiede der strukturellen Expressionsmuster von 25 spezifischen, monoklonalen Antikörpern ermittelt.

Ergebnisse: In unseren Untersuchungen zeigten sich 2 spezifische Veränderungen für BA: im Vergleich zu Kindern mit NLA oder CLD war Laminin beta1 bei BA reduziert. Im Gegensatz dazu war Integrin alpha3 bei BA erhöht (p<0,05). Darüberhinaus fanden sich korrespondierende Veränderungen, die sowohl BA als auch CLD gegenüber NLA betrafen: eine verstärkte Proteinexpression von Perlecan wurde für BA und CLD nachwiesen. Demgegenüber zeigte sich eine Reduktion von Integrin beta1 und Entaktin im Vergleich zu NLA (p<0,05).

Diskussion: Extrazelluläre Matrixproteine und Adhäsionsmoleküle beeinflussen die zelluläre Polarität und Integrität, Entwicklung von tubulären Strukturen und Proliferation, daher können unsere Ergebnisse bedeutsam für die Genese der BA sein.

Schlussfolgerung: Die Zusammensetzung der extrazellulären Matrixproteine und Adhäsionsmoleküle bei Kindern mit BA unterscheidet sich von denen mit NLA. Dies könnte bedeutsam für genetische, immunologische und Umweltfaktoren der BA sein.

Supplementary Material

 
  • References

  • 1 Antoniou A, Raynaud P, Cordi S et al. Intrahepatic bile ducts develop according to a new mode of tubulogenesis regulated by the transcription factor SOX9. Gastroenterology 2009; 136: 2325-2333
  • 2 Barnes BH, Tucker RM, Wehrmann F et al. Cholangiocytes as immune modulators in rotavirus-induced murine biliary atresia. Liver Int 2009; 29: 1253-1261
  • 3 Bessho K, Bezerra JA. Biliary atresia: will blocking inflammation tame the disease. Annu Rev Med 2011; 62: 171-185
  • 4 Bezerra JA, Tiao G, Ryckman FC et al. Genetic induction of proinflammatory immunity in children with biliary atresia. Lancet 2002; 360: 1653-1659
  • 5 Clouston AD, Powell EE, Walsh MJ et al. Fibrosis correlates with a ductular reaction in hepatitis C: roles of impaired replication, progenitor cells and steatosis. Hepatology 2005; 41: 809-818
  • 6 Couvelard A, Bringuier AF, Dauge MC et al. Expression of integrins during liver organogenesis in humans. Hepatology 1998; 27: 839-847
  • 7 Desmet VJ, van Eyken P, Roskams T. Histopathology of vanishing bile duct diseases. Adv Clin Path 1998; 2: 87-99
  • 8 Gkretsi V, Apte U, Mars WM et al. Liver-specific ablation of integrin-linked kinase in mice results in abnormal histology, enhanced cell proliferation, and hepatomegaly. Hepatology 2008; 48: 1932-1941
  • 9 Hand NJ, Horner AM, Master ZR et al. MicroRNA profiling identifies miR-29 as a regulator of disease-associated pathways in experimental biliary atresia. J Pediatr Gastroenterol Nutr 2012; 54: 186-192
  • 10 Harada K, Sato Y, Ikeda H et al. Epithelial-mesenchymal transition induced by biliary innate immunity contributes to the sclerosing cholangiopathy of biliary atresia. J Pathol 2009; 217: 654-664
  • 11 Holland A, Dowling P, Zweyer M et al. Proteomic profiling of cardiomyopathic tissue from the aged mdx model of Duchenne muscular dystrophy reveals a drastic decrease in laminin, nidogen and annexin. Proteomics 2013; 13: 2312-2323
  • 12 Iordanskaia T, Hubal MJ, Koeck E et al. Dysregulation of upstream and downstream transforming growth factor-β transcripts in livers of children with biliary atresia and fibrogenic gene signatures. J Pediatr Surgery 2013; 48: 2047-2053
  • 13 Jafri M, Donnelly B, Allen S et al. Cholangiocyte expression of alpha2beta1-integrin confers susceptibility to rotavirus-induced experimental biliary atresia. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2008; 295: 16-26
  • 14 Lykavieris P, Chardot C, Sokhn M et al. Outcome in adulthood of biliary atresia: a study of 63 patients who survived for over 20 years with their native liver. Hepatology 2005; 41: 366-371
  • 15 Roskams T, Rosenbaum J, De Vos R et al. Heparan sulfate proteoglycan expression in chronic cholestatic human liver diseases. Hepatology 1996; 24: 524-532
  • 16 Santos JL, Carvalho E, Bezerra JA. Advances in biliary atresia: from patient care to research. Braz J Med Biol Res 2010; 43: 522-527
  • 17 Shivakumar P, Sabla GE, Whitington P et al. Neonatal NK cells target the mouse duct epithelium via Nkg2d and drive tissue-specific injury in experimental biliary atresia. J Clin Invest 2009; 119: 2281-2290
  • 18 Spence JR, Lange AW, Lin SC et al. Sox17 regulates organ lineage segregation of ventral foregut progenitor cells. Dev Cell 2009; 17: 62-74
  • 19 Tanimizu N, Kikkawa Y, Miyajima A et al. α1- and α5-containing Laminins Regulate the Development of Bile Ducts via β1 Integrin Signals. J Biol Chem 2012; 287: 28586-28597
  • 20 Tarone G, Hirsch E, Brancaccio M et al. Integrin function and regulation in development. Int J Dev Biol 2000; 44: 725-731
  • 21 Volpes R, Van den Oord JJ, Desmet VJ et al. Distribution of the VLA family of integrins in normal and pathological human liver tissue. Gastroenterology 1991; 101: 200-206
  • 22 Yamashita R, Takegawa Y, Sakumoto M et al. Development of the gall bladder and cystic duct in Lgr4-hypomorphic mice. Dev Dyn 2009; 238: 993-1000
  • 23 Zong Y, Panikkar A, Xu J et al. Notch signaling controls liver development by regulating biliary differentiation. Development 2009; 136: 1727-1739