The role of growth factors in the regulation of collagen synthesis and collagenase activity in cultured smooth muscle cells

Abstract

The proliferation of smooth muscle cells (SMC) and the production of excessive amounts of extracellular matrix proteins are key events in the formation of intimal thickening during the course of atherogenesis. Multifunctional regulatory growth factors are believed to play important roles in triggering the modulation of behaviour in SMC. We examined the role of PDGF-AB, bFGF, TGF-ß1, EGF and TNF-α on collagenase activity, protein and collagen synthesis and proliferation of cultured SMC. In comparison to skin fibroblasts, SMC produce only low amounts of measurable collagenase. Even after treatment of SMC with growth factors or cultivation within three-dimensional collagen lattices, collagenase activity of the cells is only slightly increased. Among all growth factors tested only TGF-ß1 stimulates protein and specifically collagen synthesis. TGF-ß1 leads to a doubling in protein synthesis and a doubling in the proportion of collagen in the total protein synthesized. PDGF-AB and bFGF act as strong mitogens for cultured SMC in a dose-dependent manner. Moreover, we could show that a combined incubation of SMC with PDGF-AB and TGF-ß1 abolished the stimulating effect of PDGF-AB on the rate of proliferation and the stimulating effect of TGF-ß1 on collagen synthesis.

Zusammenfassung

An der Bildung intimaler Gefäßverdickungen im Verlauf der Pathogenese der Arteriosklerose sind glatte Muskelzellen wesentlich beteiligt, die proliferieren und überschüssige Mengen extrazellulärer Matrix produzieren. Wachstumsfaktoren unterschiedlicher Herkunft scheinen bei der Regulation des veränderten Verhaltens der glatten Muskelzellen eine entscheidende Rolle zu spielen. Wir haben den Einfluß verschiedener Wachstumsfaktoren, wie Platelet Derived Growth Factor(PDGF)-AB, Epidermal Growth Factor (EGF), basic Fibroblast Growth Factor (bFGF), Transforming Growth Factor (TGF) und Tumor Necrosis Factor(TNF)-α, auf die Kollagenaseaktivität, Protein- und Kollagensynthese sowie die Proliferation kultivierter glatter Muskelzellen untersucht. Im Vergleich zu Hautfibroblasten produzieren die Zellen nur geringe Mengen aktiver oder aktivierbarer Kollagenase. Auch durch Inkubation mit Wachstumsfaktoren oder Kultivierung in Kollagengelen läßt sich die Kollagenaseaktivität der Zellen nur geringfügig steigern. Von allen getesteten Wachstumsfaktoren wirkt sich nurTGF-ß1 stimulierend auf die Protein- und spezifisch auf die Kollagensynthese aus. Am stärksten proliferationsstimulierend wirken PDGF-AB und bFGF. Weiterhin konnten wir am Beispiel von PDGF-AB und TGF-ß1 zeigen, daß sich Wachstumsfaktoren wechselseitig beeinflussen können, so daß stimulierende Effekte des einen Faktors durch den anderen Faktor wieder aufgehoben werden.