proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type...

25
VU Research Portal Cell matrix interactions in lung fibrosis Blaauboer, M.E. 2013 document version Publisher's PDF, also known as Version of record Link to publication in VU Research Portal citation for published version (APA) Blaauboer, M. E. (2013). Cell matrix interactions in lung fibrosis. General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal ? Take down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. E-mail address: [email protected] Download date: 07. Feb. 2021

Transcript of proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type...

Page 1: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

VU Research Portal

Cell matrix interactions in lung fibrosis

Blaauboer, M.E.

2013

document versionPublisher's PDF, also known as Version of record

Link to publication in VU Research Portal

citation for published version (APA)Blaauboer, M. E. (2013). Cell matrix interactions in lung fibrosis.

General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal ?

Take down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediatelyand investigate your claim.

E-mail address:[email protected]

Download date: 07. Feb. 2021

Page 2: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

 

 

Chapter 3 

Extracellular matrix proteins: a positive 

feedback loop in lung fibrosis? 

 

submitted for publication  

Marjolein E. Blaauboer 

Fee R. Boeijen, Claire L. Emson, Scott M. Turner, Roeland Hanemaaijer, Theo H. Smit, 

Reinout Stoop, Vincent Everts 

Page 3: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Chapter 3  

 

42 

Abstract 

 

Lung fibrosis is characterized by excessive deposition of extracellular matrix. This affects not 

only  tissue architecture and  function, but  it also  influences  fibroblast behavior and  thus 

disease  progression.  Here  we  describe  the  expression  of  elastin,  type  V  collagen  and 

tenascin C during the development of bleomycin‐induced lung fibrosis. We further report in 

vitro  experiments  clarifying  both  the  effect  of  myofibroblast  differentiation  on  this 

expression and the effect of extracellular elastin on myofibroblast differentiation. 

Lung fibrosis was induced in female C57Bl/6 mice by bleomycin instillation. Animals 

were sacrificed at zero to five weeks after fibrosis  induction. Collagen synthesized during 

the week prior  to  sacrifice was  labelled with deuterium. After  sacrifice,  lung  tissue was 

collected for determination of new collagen formation, microarray analysis, and histology. 

Human lung fibroblasts were grown on tissue culture plastic or BioFlex culture plates coated 

with type I collagen or elastin, and stimulated to undergo myofibroblast differentiation by 

0  to  10  ng/ml  transforming  growth  factor  (TGF)β1. mRNA  expression was  analyzed  by 

quantitative real‐time PCR. 

New collagen formation during bleomycin‐induced fibrosis was highly correlated with 

gene expression of elastin, type V collagen and tenascin C. At the protein level, elastin, type 

V collagen and  tenascin C were highly expressed  in  fibrotic areas as  seen  in histological 

sections of the lung. Type V collagen and tenascin C were transiently increased. Human lung 

fibroblasts  stimulated with  TGFβ1  strongly  increased  gene  expression  of  elastin,  type V 

collagen and tenascin C. The extracellular presence of elastin increased gene expression of 

the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. 

The extracellular matrix composition changes dramatically during the development of 

lung fibrosis. The increased levels of elastin, type V collagen and tenascin C are probably the 

result  of  increased  expression  by  fibroblastic  cells;  reversely,  elastin  influences 

myofibroblast differentiation. This suggests a reciprocal interaction between fibroblasts and 

the extracellular matrix composition that could enhance the development of lung fibrosis. 

   

Page 4: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Extracellular matrix proteins: a positive feedback loop in lung fibrosis?  

 

43 

Introduction 

 

Idiopathic  pulmonary  fibrosis  (IPF)  is  a  severely  destructive  lung  disease,  resulting  in 

impaired architecture and function of lung tissue (Selman et al., 2004). The incidence of IPF 

is estimated to be 5 to 10 per 100,000 (Fernandez Perez et al., 2010) and appears to increase 

in  recent years  (Nalysnyk, Cid‐Ruzafa, Rotella, & Esser, 2012). At  the core of  the  fibrotic 

process are changes in both the structure and the composition of the extracellular matrix. 

The  deposition  of  excessive  amounts  of  type  I  collagen  is  classically  seen  as  the main 

problem in fibrosing tissues (Meltzer & Noble, 2008).  

Fibroblasts are responsible for maintenance of the extracellular matrix. During fibrosis 

development, they differentiate toward the myofibroblastic phenotype, characterized by 

an increased contractile capacity due to the expression of α‐smooth muscle actin (αSMA) 

and by increased release of different types of extracellular matrix proteins (Hinz, 2007; Hinz 

et al., 2012; Tomasek, Gabbiani, Hinz, Chaponnier, & Brown, 2002). Extensive  literature 

exists on how  this process  is  regulated by growth  factors,  such as  transforming growth 

factor  (TGF)β1  (Todd, Luzina, & Atamas, 2012). However, myofibroblast differentiation  is 

also affected by the extracellular matrix. Cell surface receptors like integrins allow cells to 

chemically and mechanically probe their environment and to respond to the composition 

of  the  extracellular matrix  (Huang & Ogawa,  2012; Wells,  2013).  The  composition  and 

architecture of the matrix determine which specific attachment sites are available to the 

cells  and  also  influence  the  mechanical  properties  of  the  matrix  and  determine  the 

mechanical loading experienced by the cells during, for example, breathing (Suki & Bates, 

2008). Via this route, changes in the extracellular matrix during the development of fibrosis 

will  influence cell behavior  such as myofibroblast differentiation. This was confirmed by 

seeding lung fibroblasts into decellularized matrix from IPF patients and healthy controls, 

resulting  in an  increased expression of myofibroblast markers  in  IPF matrix (Booth et al., 

2012),  thus  indicating  that  changes  in  the  extracellular matrix  composition  determine 

disease progression.  

Possible  candidates  for  specific  proteins within  the  extracellular matrix  regulating 

fibrotic cellular processes can be derived from our earlier study (Blaauboer et al., 2013). In 

that  study  we  measured  new  collagen  formation  by  analysis  of  deuterated  water 

incorporation  into  hydroxyproline  in  mice  with  bleomycin‐induced  lung  fibrosis.  We 

combined this with microarray analysis and correlating these results allowed us to identify 

fibrosis‐relevant  changes  in  gene  expression  within  this  model.  Interestingly,  three 

extracellular matrix proteins were strongly correlated with new collagen formation: elastin, 

type V collagen and tenascin C. Patients with IPF and its histopathological equivalent usual 

interstitial  pneumonia,  also  have  increased  levels  of  elastin  (Cha  et  al.,  2010),  type  V 

collagen (Parra et al., 2006) and tenascin C (Fitch, Howie, & Wallace, 2011; Kuhn & Mason, 

Page 5: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Chapter 3  

 

44 

1995). Therefore, these proteins are attractive candidates in the search for regulatory roles 

of extracellular matrix proteins in fibrosis.  

Direct effects of type V collagen on fibrosis‐related pathways have been described in 

the  literature.  Exposure  to  this  extracellular  matrix  protein  results  in  inflammatory 

responses (Braun et al., 2010), that could affect the development of fibrosis, for example 

via fibrosis‐relevant cytokine release by immune cells (Todd et al., 2012). This is in line with 

the fact that patients with IPF are more often hypersensitive to type V collagen (Bobadilla 

et al., 2008). Furthermore, immunization of rabbits with type V collagen was shown to result 

in scleroderma‐like symptoms in the skin (Bezerra et al., 2006) and increased remodeling in 

the lung (Teodoro et al., 2004).  

Also  tenascin C could play a  regulatory  role  in  the development of  fibrosis since  it 

increases  cell  migration  (Trebaul,  Chan,  &  Midwood,  2007)  and  migration  of  cells  is 

important for the recruitment of myofibroblasts. This was confirmed by observations that 

interstitial cells express tenascin C after myocardial infarction and myofibroblasts appear in 

tenascin C positive areas (Imanaka‐Yoshida et al., 2001). Furthermore, tenascin C knockout 

mice have a decreased recruitment of myofibroblasts after myocardiac wounding (Tamaoki 

et al., 2005) or during the progression of hepatitis to liver fibrogenesis (El‐Karef et al., 2007). 

Finally,  fragments  of  tenascin  C  resulting  from  its  breakdown,  were  shown  to  inhibit 

fibroblast migration (Trebaul et al., 2007).  

These observations emphasize the reciprocal relationship between changes in matrix 

composition and cellular contributions to fibrosis development. In this study, we aimed to 

further  unravel  this  reciprocal  relationship  between  cells  and  matrix  during  fibrosis 

development.  For  this, we  first  analyzed  the  expression of  elastin,  type V  collagen  and 

tenascin  C  at  different  time  points  during  the  development  of  bleomycin‐induced  lung 

fibrosis. Then we addressed the role of lung fibroblasts and myofibroblasts in the changed 

expression of these extracellular matrix proteins. Since it is not known if elastin has similar 

fibrosis‐inducing effects as  type V collagen and  tenascin C, we  investigated  the effect of 

elastin on lung fibroblasts and the differentiation to myofibroblasts.  

   

Page 6: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Extracellular matrix proteins: a positive feedback loop in lung fibrosis?  

 

45 

Experimental Procedures 

 

Animal procedures 

All animal procedures were approved by TNO Animal Welfare Committee (#2738). Female 

C57Bl/6J mice  (Charles  River  Laboratories,  Germany)  10  to  12  weeks  of  age  received 

intratracheal instillation of 30 μl bleomycin (Pharmachemie BV, Haarlem, The Netherlands; 

1.25 U/ml in PBS). To label new collagen the mice received 35 μl deuterated water (D2O) / 

gram body weight (i.p.) at 7 days before sacrifice and normal drinking water was replaced 

with 8% deuterated water. Water was refreshed every second day.  

Mice were sacrificed by CO2 asphyxiation at 1 (n=8), 2 (n=8), 3 (n=8), 4 (n=6) or 5 (n=7) 

weeks after bleomycin treatment. Untreated animals were used as control (t = 0 wk, n=7). 

After sacrifice, the left lung lobe was fixed with 10% formalin and processed for histology; 

the  cranial  lung  lobe was  stored  at  ‐80°C  until  determination  of  D2O  incorporation  in 

hydroxyproline while  the  caudal  lobe was  snap‐frozen  in  liquid nitrogen  for microarray 

analysis. 

 

Microarray analysis  

Gene expression data were  retrieved  from  the microarray analysis dataset published  in 

(Blaauboer  et  al.,  2013)  and  accessible  online  through  GEO  Series  accession  number 

GSE37635 (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE37635). 

 

Kinetic analysis 

Deuterated  water  incorporation  into  hydroxyproline  was  used  as  a  measure  for  new 

collagen formation and the analysis is described earlier in (Blaauboer et al., 2013). 

 

Histology and immune‐histochemical staining 

Formalin‐fixed tissues were embedded in paraffin, sectioned in 5 μm sections, and stained 

extracellular matrix  proteins.  To  deparaffinize,  the  slides were  immersed  in  xylene  and 

rehydrated in decreasing ethanol concentrations.  

To investigate expression of elastin, sections were incubated for 1 h in resorcin‐fuchsin 

solution (Electron Microscopy Sciences, Hatfield, PA, USA), differentiated in 96% and 100% 

ethanol, followed by xylene.  

The expression of type V collagen and tenascin C protein was assessed by immuno‐

histochemical staining. During the deparaffinization process, in between the 100% ethanol 

steps,  endogenous  peroxidase  in  the  lung  tissue  was  blocked  (20  minutes  at  room 

temperature;  0.3%  H₂O₂  in methanol).  For  type  V  collagen  staining,  the  sections were 

incubated after deparaffinization in a citrate‐buffer (10mM tri‐sodium citrate dehydrate in 

H₂O; pH = 6) at 100°C  for 10 minutes  for antigen  retrieval. For both  stainings, aspecific 

protein binding was blocked for 15 minutes with bovine serum albumin (BSA, 1% in PBS) at 

Page 7: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Chapter 3  

 

46 

room  temperature. The sections were  incubated overnight at 4°C with polyclonal  rabbit 

anti‐type V collagen antibodies with biotin label (Acris antibodies, Herford, Germany) or 2 

h at room temperature with polyclonal rabbit anti‐tenascin C (Millipore, Amsterdam, The 

Netherlands) diluted 1:200 in 1% BSA in PBS. As unspecific rabbit antibody Dako Universal 

Negative Control Rabbit (Dako, Heverlee, Belgium) was used diluted 1:100 in 1% BSA in PBS. 

Hereafter, bound immunoglobulin was detected by incubating for 45 minutes (tenascin C 

staining) or 60 minutes  (type V collagen staining) at room  temperature with  the  labeled 

polymer from the EnVision anti‐rabbit Kit (Dako), followed by an incubation for 8 minutes 

in DAB substrate solution  (Vector, Burlingame, CA, USA). Then nuclei were stained using 

Hematoxylin Mayer  solution.    Sections were dehydrated  again using  increasing  ethanol 

concentrations, followed by xylene incubation. Finally the sections were covered with depex 

and a coverslip.   

All sections were photographed with a CRi Nuance FX Multispectral Camera (Quorum 

Technologies, Ontario, Canada). 

 

Cell culture 

Primary normal human lung fibroblast (NHLF) cells were obtained from Lonza Walkersville, 

Inc. (Walkersville, MD, USA). Human fetal lung (HFL‐1) fibroblasts were obtained from ATCC 

(ATCC, Wesel, Germany). NHLF cells were cultured in Dulbecco's minimal essential medium 

(D‐MEM;  Invitrogen, Paisley, UK) and HFL‐1 cells were cultured  in F12K medium  (ATCC), 

both supplemented with 10% fetal clone serum (FCS; HyClone, South Logan, UT, USA) and 

1% antibiotic‐antimycotic solution (100 U/ml penicillin, 100 µg/ml streptomycin, and 250 

ng/ml amphotericin B (PSA), Sigma‐Aldrich, St. Louis, MO, USA) in an incubator set at 37 °C, 

95% humidity, and 5% CO2. Once grown to confluency, cells were trypsinized using 0.5% 

trypsin (Sigma‐Aldrich) and 0.1% EDTA (Merck, Darmstadt, Germany) in PBS (Invitrogen). 

 

TGFβ1‐response experiments 

Cells from passage 6 (NHLF cells) or passage 16 (HFL‐1 cells) were seeded in D‐MEM with 

10% FCS and 1% PSA at a density of 50,000 cells/cm2 in a 24 wells plate. After allowing the 

cells to attach for 24 h, medium was replaced by D‐MEM with 1% FCS and 1% PSA and 24 h 

later myofibroblast  differentiation was  induced  by  replacing  the medium with  D‐MEM 

supplemented with 1% FCS and 1% PSA containing 0 to 20 ng/ml recombinant human TGFβ1 

(PeproTech EC, London, UK). Fibroblasts were cultured for 24 h in the presence or absence 

of TGFβ1 and mRNA samples were collected.  

 

Elastin and collagen coating 

For each experiment, NHLF cells from passage 6 to 10 were seeded at a density of 3,000 or 

10,000 cells/cm2 on BioFlex type I collagen or elastin‐coated six‐well culture plates (Flexcell 

International  Corp, McKeesport,  PA,  USA).  After  allowing  the  cells  to  attach  for  24  h, 

Page 8: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Extracellular matrix proteins: a positive feedback loop in lung fibrosis?  

 

47 

medium was replaced by D‐MEM with 1% FCS and 1% PSA and 24 h  later myofibroblast 

differentiation was induced by replacing the medium with D‐MEM supplemented with 1% 

FCS and 1% PSA  containing 0 or 10 ng/ml  recombinant human TGFβ1.  Fibroblasts were 

cultured for 48 h in the presence or absence of TGFβ1 and mRNA samples were collected. 

  

Quantitative real‐time PCR 

mRNA  was  isolated  from  cell  culture  experiments  using  an  RNeasy Mini  Kit  for  RNA 

extraction  (Qiagen, Hilden, Germany).  The mRNA  concentration was measured  using  a 

Synergy HT microplate reader (Biotek Instruments, Winooski, VT, USA). mRNA was reverse‐

transcribed to complementary DNA (cDNA) using a High Capacity RNA‐to‐cDNA Kit (Applied 

Biosystems, Foster City, CA, USA). mRNA expression of elastin (ELN), the α1 chain of type V 

collagen  (COL5A1),  tenascin C  (TNC), αSMA  (ACTA2), and  the α1 chain of  type  I collagen 

(COL1A1) and the housekeeping gene GAPDH was analyzed by Real‐Time PCR performed on 

a 7500  Fast Real‐Time PCR  system  (Applied Biosystems). GAPDH mRNA  expression was 

determined  using  TaqMan®  Rodent  GAPDH  Control  Reagents  (Applied  Biosystems).  All 

other genes were analyzed using unique TaqMan® Assays‐on‐DemandTM Gene Expression 

kits (Table 1; Applied Biosystems) specific for human. 

 

Table 1:   Gene product, Gene, GenBank ID, and Assay‐on‐DemandTM used in this study. 

Gene product  Gene  GenBank ID  Assay‐on‐DemandTM 

α‐smooth muscle actin  ACTA2  NM_001613.2  Hs00426835_g1 

α1 chain type I collagen  COL1A1  NM_000088.3  Hs01076777_m1 

α1 chain type V collagen  COL5A1  NM_000093.3  Hs00609088_m1 

elastin  ELN  NM_000501.2  Hs00355783_m1 

tenascin C  TNC  NM_002160.3  Hs01115665_m1 

 

Statistics 

Statistical analyses were performed using SPSS (version 20, IBM Corporation, Armonk, NY, 

USA). Results of  the  in vitro experiments were evaluated using  two‐way ANOVA or with 

Bonferroni‐adjusted t‐tests for multiple comparisons between groups.  

Using  Microsoft  Office  Excel  (2007, Microsoft  Corporation,  Redmond,  WA,  USA) 

Pearson’s correlation coefficients were calculated over all data points of all time points to 

correlate new collagen formation to single gene data. 

   

Page 9: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Chapter 3  

 

48 

Results 

 

Elastin, type V collagen, and tenascin C strongly correlate with new collagen deposition in 

bleomycin‐induced lung fibrosis 

In vivo new collagen  formation, as measured by  incorporation of deuterated water  into 

hydroxyproline, correlated strongly with gene expression of elastin (r = 0.93, Figure 1A), the 

α1 chain of type V collagen (r = 0.84, Figure 1B) and tenascin C (r = 0.88, Figure 1C) during 

the development of bleomycin‐induced lung fibrosis.  

 

 Figure 1: During bleomycin‐induced lung fibrosis, gene expression of elastin, type V collagen, and 

tenascin C is highly correlated with new collagen formation; the core process of fibrosis.  

Correlation  between  new  collagen  formation  as measured  by  deuterated water  incorporation  in 

hydroxyproline and A) elastin gene  (ELN) expression, B) gene expression of  the α1 chain of  type V 

collagen  (COL5A1),  and  C)  tenascin  C  gene  (TNC)  expression.  Each  point  represents  data  of  one 

experimental animal, lines represent trend‐lines from linear regression. 

Page 10: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Extracellular matrix proteins: a positive feedback loop in lung fibrosis?  

 

49 

Increased protein deposition of elastin, type V collagen and tenascin C during bleomycin‐

induced lung fibrosis 

Resorcin‐fuchsin staining in lung sections of healthy control mice indicates the presence of 

elastin around blood vessels and at the tips of alveolar septae (Figure 2A). In fibrotic lung 

sections, elastin was increasingly found in fibrotic areas at all time points (Figure 2B‐D).  

Type V collagen was present in healthy lung tissue in blood vessel walls and in a thin 

layer  around bronchioles  (Figure  2E).  In  fibrotic  lungs, during  the  first  two weeks  after 

fibrosis‐induction by bleomycin instillation type V collagen was increased in fibrotic areas 

(Figure 2F and 2G). At 4 weeks, type V collagen immunostaining was decreased compared 

to the high levels in the first two weeks (Figure 2H).  

In healthy lung tissue minimal tenascin C staining was present in only a few alveolar 

structures (Figure 2I). Extracellular tenascin C was observed at high levels in fibrotic areas 1 

and  2  weeks  after  bleomycin  instillation  (Figure  2J  and  2K).  At  4  weeks,  extracellular 

tenascin C levels were reduced (Figure 2L). From 2 weeks onward, tenascin C was also visible 

intracellularly, which was especially obvious at the later time points (Figure 2K and 2L).   

 

Elastin, type V collagen, and tenascin C mRNA expression is increased by TGFβ1 stimulation 

in human lung fibroblasts 

Culturing normal human lung fibroblasts (NHLFs) and human fetal lung fibroblasts (HFL1s) 

in  the presence of TGFβ1  to mimic  fibrotic conditions resulted  in differentiation  into the 

myofibroblastic phenotype, as indicated by a dose‐dependent increase in mRNA expression 

of αSMA (ACTA2) and the α1 chain of type I collagen (COL1A1) (Figure 3A‐D). Under these 

fibrotic  conditions, mRNA  expression  of  elastin  (ELN),  the  α1  chain  of  type  V  collagen 

(COL5A1),  and  tenascin  C  (TNC) was  dose‐dependently  increased  as well  (Figure  3E‐J). 

Especially elastin mRNA expression was strongly upregulated in NHLFs (up to 24‐fold at 10 

ng/ml TGFβ1) and HFL1s (up to 62‐fold at 10 ng/ml TGFβ1). 

 

Elastin coating increases TGFβ1‐induced mRNA expression of α‐smooth muscle actin, elastin, 

and tenascin C in human lung fibroblasts  

NHLF cells cultured on elastin‐coated surfaces had an increased mRNA expression of αSMA 

(ACTA2) and type I collagen (COL1A1) compared to NHLF cells cultured on collagen coated 

surfaces  in  the  presence  of  10  ng/ml  TGFβ1  (Figure  4A  and  4B),  indicating  increased 

myofibroblast differentiation  in the presence of extracellular elastin. Extracellular elastin 

did also increase mRNA expression of elastin (ELN) both in the absence and presence of 10 

ng/ml TGFβ1 (Figure 4C). 

   

Page 11: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Chapter 3  

 

50 

 

Page 12: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Extracellular matrix proteins: a positive feedback loop in lung fibrosis?  

 

51 

Figure 2: The extracellular matrix proteins are visible at the protein level on histological staining in 

fibrotic areas of lungs with bleomycin‐induced lung fibrosis.  

In healthy tissue, elastin and type V collagen are present around blood vessels (closed arrow heads). 

Elastin  is  also  visible  at  the  tips  of  alveolar  septae  (open  arrow  heads)  and  in  the walls  of  the 

bronchioles. Tenascin C is not present in healthy tissue, except for very small areas (open arrow). In 

fibrotic  tissue,  elastin  is  increasingly present  extracellularly during  the  time  course of bleomycin‐

induced lung fibrosis, localized at higher levels at the same locations compared to in healthy tissue. 

Fibrotic areas (closed arrows) are extensively stained for elastin. Type V collagen and tenascin C are 

present extracellularly in fibrotic areas at increased levels 1 and 2 weeks after bleomycin induction 

and reduce thereafter. From 2 weeks on, tenascin C was also found intracellularly (line arrows). A‐D) 

Elastin staining, blue‐purple, E‐H) immunohistochemical staining of type V collagen, dark brown, and 

hematoxylin staining of nuclei, blue‐purple, I‐L) immunohistochemical staining of tenascin C, brown, 

and hematoxylin staining of nuclei, blue‐purple, in control mice lungs (A, E, I), and 1 week (B, F, J), 2 

weeks (C, G, K), and 4 weeks (D, H, L) after induction of bleomycin‐induced lung fibrosis. Scale bar: 

100 µm. 

    

Page 13: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Chapter 3  

 

52 

Figure  3:  mRNA  expression  of 

elastin,  type  V  collagen,  and 

tenascin C  is highly upregulated 

by  TGFβ1  stimulation  in  lung 

fibroblasts.  

mRNA  expression  of  A‐B)  αSMA 

(ACTA2), C‐D) the α1 chain of type 

I  collagen  (COL1A1),  E‐F)  elastin 

(ELN), G‐H) the α1 chain of type V 

collagen  (COL5A1),  and  I‐J) 

tenascin C (TNC) in NHLF cells (A, 

C, E, G, and I) and HFL‐1 cells (B, 

D,  F,  H,  and  J)  after  24  h  of 

stimulation  with  0  to  20  ng/ml 

TGFβ1. Gene expression is shown 

relative  to  mRNA  expression  of 

the household gene GAPDH. Data 

are normalized to 0 ng/ml TGFβ1 

and  shown  as mean  ±  standard 

deviation (n = 4 or 5). Significant 

differences  with  unstimulated 

control are indicated. * p < 0.05, 

** p < 0.01, *** p < 0.001. 

Page 14: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Extracellular matrix proteins: a positive feedback loop in lung fibrosis?  

 

53 

 Figure 4: mRNA expression of elastin, type V collagen, and tenascin C is increased on elastin coated 

surfaces.  

mRNA expression of A) α‐smooth muscle actin (ACTA2), B) the α1 chain of type I collagen (COL1A1) 

and C) elastin (ELN)  in NHLF cells growing on either type  I collagen or elastin coating after 48 h of 

stimulation with 0 or 10 ng/ml TGFβ1. Data are shown as mean ± standard deviation (n = 6 for collagen 

coating, n = 12 for elastin coating). Significant differences between type I collagen and elastin coating 

are indicated. * p < 0.05, ** p < 0.01, *** p < 0.001. 

   

Page 15: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Chapter 3  

 

54 

Discussion 

 

In this study, we aimed to shed light on the reciprocal relationship between the cells and 

the changing extracellular matrix following  induction of  lung fibrosis with bleomycin. We 

found  increased gene expression of elastin,  type V collagen and  tenascin C  in mice with 

active  fibrosis  and  confirmed  this  finding  at  the  protein  level  in  histological  sections. 

Furthermore, fibroblastic cells increased expression of these extracellular matrix proteins 

under  fibrotic  conditions  in  vitro,  suggesting  a  contribution  of  myofibroblasts  in  the 

increased  levels  found  in  vivo.  Finally,  we  uncovered  a  regulatory  role  for  elastin  in 

myofibroblast  differentiation,  emphasizing  the  possibility  that  a  positive  feedback  loop 

plays a role in the progressive nature of lung fibrosis in patients. 

 

In an earlier study, we quantified the core process of fibrosis – new collagen formation – in 

the bleomycin‐induced lung fibrosis model by measuring deuterated water incorporation in 

hydroxyproline. We  used  this measure  of  fibrotic  activity  in  the  lung  to  select  fibrosis‐

relevant genes from microarray results by correlating new collagen formation values with 

gene  expression  data  from  the  same mice  (Blaauboer  et  al.,  2013).  Interestingly,  gene 

expression of three extracellular matrix proteins was strongly correlated with new collagen 

formation: elastin, the α1 chain of type V collagen and tenascin C. An upregulation of mRNA 

expression of elastin and tenascin C  is  in  line with data presented by others: bleomycin‐

induced  lung  fibrosis  increased  levels of  elastin mRNA  in mice  (Lucey  et  al.,  1996)  and 

tenascin C mRNA  levels  in rats  (Zhao et al., 1998). To our knowledge, we are the first to 

report increased type V collagen mRNA levels during bleomycin‐induced lung fibrosis. This 

indicates that increased staining of type V collagen protein could at least in part be the result 

of new collagen production, besides the possibility of increased epitope availability of type 

V collagen protein already present in the tissue, due to increased remodeling of the tissue. 

Furthermore,  the  clear  correlation  of  elastin,  type  V  collagen  and  tenascin  C  mRNA 

expression to new collagen formation indicates that the highest levels of mRNA expression 

of  these  matrix  proteins  are  present  specifically  in  mice  with  very  active  fibrosis 

development, further emphasizing the relevance of this finding.  

 

By histology we further confirmed the presence of elastin, type V collagen and tenascin C 

at  the  protein  level.  In  healthy  lung  tissue,  elastin was  present  in  blood  vessels walls, 

bronchiolar walls and alveolar septae, as described before (Mariani et al., 1997). During the 

development of fibrosis elastin levels increased. The patterns of expression in healthy and 

fibrotic lung tissue correspond to earlier descriptions of end‐stage lung fibrosis induced by 

bleomycin (Collins et al., 1981; Dolhnikoff et al., 1999; Laurent et al., 1981; Starcher et al., 

1978), by overexpression of TGFβ1 (Sime et al., 1997; Tarantal et al., 2010) and by butylated 

hydroxytoluene with 70% oxygen (Hoff et al., 1999). In the last model, the abnormal elastic 

Page 16: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Extracellular matrix proteins: a positive feedback loop in lung fibrosis?  

 

55 

fiber morphology persisted in the mice lungs for at least 6 months. This is in line with the 

seemingly permanent changes  in deposited elastin  in  the current study, where  levels of 

elastin were  increasing until  five weeks after  fibrosis‐induction. Earlier,  it was suggested 

that elastin proteins  level  in  liver  fibrosis were  regulated at  the  level of degradation by 

MMP12 (Pellicoro et al., 2012). Here, we also find a clear elevation in mRNA levels of elastin, 

suggesting that in bleomycin‐induced lung fibrosis elastin is regulated at least in part at the 

transcriptional level or at the posttranscriptional level. This posttranscriptional level is an 

interesting candidate, since it has been reported before that TGFβ1 regulates the stability 

of elastin mRNA (Kähäri et al., 1992).  

Type V collagen and tenascin C were present at low levels in healthy lung tissue. This 

corresponds to reports in the literature, that there is normally little type V collagen (Parra 

et al., 2006) and almost no tenascin C  (Kaarteenaho et al., 2010) present in healthy lung 

tissue. The small spots of tenascin C we observed in healthy lung sections might be areas 

with minor damage to the tissue, occurring during normal use of the lungs, since expression 

of tenascin C has been related to tissue damage (Chiquet‐Ehrismann and Chiquet, 2003). 

Interestingly,  intense  immunostaining of both  type V  collagen  and  tenascin C was 

present only  in  the  first  few weeks after  fibrosis  induction and  levels decreased  from 3 

weeks on. In the case of type V collagen, it is unclear if this decrease in immunostaining is 

the  result of  a decrease  in  type V  collagen protein  levels  in  the  tissue, or  the  result of 

masking of the type V collagen epitope by type  I collagen, since type V collagen  is often 

present in tissues as a component buried within type I collagen fibrils (Birk, 2001; Fichard et 

al., 1995). The transient upregulation of tenascin C reported here  is supported by earlier 

findings  in rat  lungs during bleomycin‐induced  lung  fibrosis  (Zhao et al., 1998):  immuno‐

histochemical staining of tenascin C in this rat model was strongest in intensity at 8 days, 

and reduced at 12 days after induction. 

In patients with pulmonary fibrosis expression of type V collagen and tenascin C seems 

to be more permanent than in the rodent bleomycin model. These patients are considered 

to  be  at  the  end  stage  of  fibrosis  development.  Even  though,  in  patients  with  usual 

interstitial pneumonia, the histopathological equivalent of IPF, expression of type V collagen 

within fibroblastic foci is increased and the most important predictor of survival, with higher 

levels of type V collagen being related to a lower chance of survival (Parra et al., 2006). Also, 

tenascin C is present throughout the matrix of the fibroblastic focus in IPF patients (Kuhn 

and Mason, 1995) and in patients with usual interstitial pneumonia (Fitch et al., 2011), who 

also have higher levels of tenascin C in their bronchoalveolar lavage fluid (Kaarteenaho‐Wiik 

et al., 1998). 

It is attractive to speculate about the meaning of this difference in time‐dependence 

of  expression  of  type  V  collagen  and  tenascin  C  during  IPF  and  the  development  of 

bleomycin‐induced  lung  fibrosis.  Both  type  V  collagen  and  tenascin  C  could  have  a 

regulatory role during  the development of pulmonary  fibrosis:  type V collagen  increases 

Page 17: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Chapter 3  

 

56 

inflammation and tenascin C increases myofibroblast recruitment. Therefore, the transient 

appearance of these extracellular matrix proteins in the rodent model versus the prolonged 

presence  in  human  lung  fibrosis  patients  could  explain why  lung  fibrosis  in  the  rodent 

bleomycin model is resolving (Moore et al., 2013), while patients have not been shown to 

improve. 

 

Using whole lung RNA for the microarray analysis that includes RNA of the many cell types 

present within the lung allowed us to explore fibrosis relevant cellular processes in all these 

cell types in this in vivo model. However, as a consequence these data do not reveal the cell 

type(s)  responsible  for  the  increased  expression.  To  investigate  the  possible  role  of 

fibroblastic cells in the increased expression of elastin, type V collagen and tenascin C during 

the  development  of  lung  fibrosis,  we  cultured  human  lung  fibroblasts  under  fibrotic 

conditions,  i.e.  in  the presence of TGFβ1,  to  induce myofibroblast differentiation. Under 

these fibrotic conditions, we found a strong increase in gene expression of elastin, type V 

collagen and  tenascin C. This  increased expression of  these extracellular matrix proteins 

could be phenotypical for myofibroblasts, suggesting a fundamental role in different types 

of  fibrosis.  Such  is  confirmed  by  reports  in  the  literature  describing  increases  in  gene 

expression  in  response  to  TGFβ1  in  different  cell  types:  for  elastin  in  neonatal  rat  lung 

fibroblasts (McGowan and McNamer, 1990), for the α2 chain of type V collagen in human 

lung  fibroblasts  (Blaauboer  et  al.,  2011)  and  for  tenascin  C  in  chick  embryo  fibroblasts 

(Pearson et al., 1988) and the alveolar epithelial cell line A549 (Fitch et al., 2011). Moreover, 

transdifferentiation of hepatic stellate cells into myofibroblasts by culturing on plastic also 

increased expression of elastin (Kanta et al., 2002). The fact that in the in vitro model human 

fibroblasts are used, indicates that our results from the in vivo mouse model are relevant 

for human pulmonary fibrosis. 

 

Fibrotic changes in the composition of the extracellular matrix can have a regulatory role 

during  fibrosis development, thereby completing a positive  feedback  loop explaining the 

progressive nature of fibrotic diseases. Here, we report that in addition to a reported role 

for type V collagen and tenascin C (Braun et al., 2010; Trebaul et al., 2007),  also elastin has 

a pro‐fibrotic effect, since culturing human lung fibroblasts on elastin‐coated culture plates 

resulted  in  increased expression of the myofibroblast marker α‐smooth muscle actin and 

type  I  collagen,  indicating  an  increased myofibroblast differentiation  in  the presence of 

extracellular elastin. Furthermore,  this effect  is self‐amplifying, since elastin coating also 

increased mRNA expression of elastin  itself. Thus, the effect of an  increased presence of 

elastin  in  the  fibrotic  lung on myofibroblast differentiation  is one more example of how 

changes  in  the  extracellular matrix  contribute  to  the  progressive  development  of  lung 

fibrosis. 

 

Page 18: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Extracellular matrix proteins: a positive feedback loop in lung fibrosis?  

 

57 

We  have  shown  before  that  cyclic mechanical  stretch, mimicking  the  in  vivo  breathing 

movement, reduces TGFβ1‐induced myofibroblast differentiation (Blaauboer et al., 2011). 

In  that  study, mRNA  levels of  the  α2  chain of  type V  collagen and  tenascin C were also 

decreased by cyclic mechanical stretch. Here we found that gene expression of elastin and 

the  α1  chain  of  type  V  collagen  were  also  reduced  after  cyclic  mechanical  stretch 

(Supplemental  data).    The  relevance  of  the  reduced  gene  expression  after mechanical 

loading is related to the fact that, during the development of lung fibrosis, the lung tissues 

increases  in stiffness (Booth et al., 2012; Ebihara et al., 2000; Liu et al., 2010). This could 

result  in  lower cyclic mechanical stretch  for  the  fibroblasts  in  the  lung  tissue. The  lower 

cyclic mechanical  stretch can  increase myofibroblast differentiation both directly, via an 

increase of  α‐smooth muscle actin and  type  I collagen expression, and  indirectly, via an 

increase in elastin expression, which, in turn, also increases myofibroblast differentiation. 

 

In  summary,  elastin,  type V  collagen  and  tenascin C  are  increasingly  expressed  in mice 

suffering from active fibrosis development, as characterized by high levels of new collagen 

formation. In vitro studies indicate a role for fibroblastic cells in this increased expression. 

Furthermore,  the  presence  of  extracellular  elastin  further  increases  myofibroblast 

differentiation,  contributing  to  disease  progression.  Reduced  levels  of  mechanical 

stimulation of lung fibroblasts due to stiffening of fibrotic tissue will further increase levels 

of elastin, type V collagen and tenascin C, and their effects on fibroblasts. From these data 

we conclude that the development of lung fibrosis could depend on a feedback loop due to 

the reciprocal interaction between fibroblasts and the extracellular matrix composition, in 

particular elastin, type V collagen and tenascin C. 

   

Page 19: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Chapter 3  

 

58 

Acknowledgements 

 

The authors would like to thank Joline Attema and Jessica Snabel for technical assistance 

with the animal experiments, Elly de Wit for help with the histology and Marjan van Erk for 

the analysis of the microarray data. 

   

Page 20: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Extracellular matrix proteins: a positive feedback loop in lung fibrosis?  

 

59 

Supplemental data 

 

 Supplemental Figure 1: TGFβ1‐induced mRNA expression of elastin and type V collagen is reduced 

by cyclic mechanical stretch.  

mRNA expression of A) elastin (ELN) and B) the α1 chain of type V collagen (COL5A1) in NHLF cells after 

cyclic mechanical stretch. NHLF cells  from passage 6 were seeded at a density of 3,000 or 10,000 

cells/cm2 on BioFlex type I collagen coated six‐well culture plates (BioFlex, Flexcell International Corp, 

McKeesport, PA, USA). After allowing the cells to attach for 24 h, medium was replaced by D‐MEM 

with 1% FCS and 1% PSA and 24 h later cells were subjected to 48 h of cyclic mechanical strain in a 

Flexercell  FX4000  apparatus  (Flexcell  International Corp) placed  in  an  incubator  set  at  37°C,  95% 

humidity and 5% CO2. Cyclic mechanical loading was applied in a sinusoidal pattern with a frequency 

of 0.2 Hz and a maximum elongation of 10%. Control cells not receiving cyclic mechanical loading were 

placed in the same incubator next to the loading station of the Flexercell apparatus. During mechanical 

loading, 50% of the samples were stimulated with 10 ng/ml TGFβ1. After mechanical loading mRNA 

samples were collected and analyzed as described in the Experimental Procedures. Gene expression 

is  shown  relative  to mRNA expression of  the household gene GAPDH. Data are  shown as mean ± 

standard deviation (n = 6). Significant differences with static control are indicated. * p < 0.05, ** p < 

0.01, *** p < 0.001.    

Page 21: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Chapter 3  

 

60 

References 

 

Bezerra, M.C., Teodoro, W.R., De Oliveira, C.C., Velosa, A.P.P., Ogido, L.T.I., Gauditano, G., 

Parra, E.R., Capelozzi, V.L., Yoshinari, N.H., 2006. Scleroderma‐like remodeling induced 

by type V collagen. Arch. Dermatol. Res. 298, 51–7. 

Birk, D.E., 2001. Type V collagen: heterotypic type I/V collagen interactions in the regulation 

of fibril assembly. Micron. 32, 223–237. 

Blaauboer,  M.E.,  Emson,  C.L.,  Verschuren,  L.,  Van  Erk,  M.,  Turner,  S.M.,  Everts,  V., 

Hanemaaijer, R., Stoop, R., 2013. Novel combination of collagen dynamics analysis and 

transcriptional profiling reveals fibrosis‐relevant genes and pathways. Matrix Biol. 

Blaauboer, M.E., Smit, T.H., Hanemaaijer, R., Stoop, R., Everts, V., 2011. Cyclic mechanical 

stretch  reduces myofibroblast differentiation of primary  lung  fibroblasts. Biochem. 

Biophys. Res. Commun. 404, 23–7. 

Bobadilla, J.L., Love, R.B., Jankowska‐Gan, E., Xu, Q., Haynes, L.D., Braun, R.K., Hayney, M.S., 

Munoz del Rio, A., Meyer, K., Greenspan, D.S., Torrealba, J., Heidler, K.M., Cummings, 

O.W.,  Iwata, T., Brand, D., Presson, R., Burlingham, W.J., Wilkes, D.S., 2008. Th‐17, 

monokines, collagen type V, and primary graft dysfunction in lung transplantation. Am. 

J. Respir. Crit. Care Med. 177, 660–8. 

Booth,  A.J.,  Hadley,  R.,  Cornett,  A.M.,  Dreffs,  A.  a, Matthes,  S.  a,  Tsui,  J.L., Weiss,  K., 

Horowitz,  J.C.,  Fiore,  V.F.,  Barker,  T.H., Moore,  B.B., Martinez,  F.J., Niklason,  L.E., 

White,  E.S.,  2012. Acellular  normal  and  fibrotic  human  lung matrices  as  a  culture 

system for in vitro investigation. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 186, 866–76. 

Braun,  R.K., Martin,  A.,  Shah,  S.,  Iwashima, M., Medina, M.,  Byrne,  K.,  Sethupathi,  P., 

Wigfield,  C.H.,  Brand,  D.D.,  Love,  R.B.,  2010.  Inhibition  of  bleomycin‐induced 

pulmonary  fibrosis  through  pre‐treatment  with  collagen  type  V.  J.  Heart  Lung 

Transplant. 29, 873–80. 

Cha, S.I., Groshong, S.D.,  Frankel, S.K., Edelman, B.L., Cosgrove, G.P., Terry‐Powers,  J.L., 

Remigio,  L.K.,  Curran‐Everett,  D.,  Brown,  K.K.,  Cool,  C.D.,  Riches,  D.W.,  2010. 

Compartmentalized  expression of  c‐FLIP  in  lung  tissues of patients with  idiopathic 

pulmonary fibrosis. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 42, 140–148. 

Chiquet‐Ehrismann,  R.,  Chiquet, M.,  2003.  Tenascins:  regulation  and  putative  functions 

during pathological stress. J. Pathol. 200, 488–499. 

Collins, J.F., McCullough, B., Coalson, J.J., Johanson, W.G., 1981. Bleomycin‐induced diffuse 

interstitial  pulmonary  fibrosis  in  baboons.  II.  Further  studies  on  connective  tissue 

changes. Am. Rev. Respir. Dis. 123, 305–12. 

Dolhnikoff,  M.,  Mauad,  T.,  Ludwig,  M.S.,  1999.  Extracellular  matrix  and  oscillatory 

mechanics of rat lung parenchyma in bleomycin‐induced fibrosis. Am. J. Respir. Crit. 

Care Med. 160, 1750–7. 

Page 22: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Extracellular matrix proteins: a positive feedback loop in lung fibrosis?  

 

61 

Ebihara, T., Venkatesan, N., Tanaka, R., Ludwig, M.S., 2000. Changes in extracellular matrix 

and tissue viscoelasticity in bleomycin‐induced lung fibrosis. Temporal aspects. Am. J. 

Respir. Crit. Care Med. 162, 1569–76. 

El‐Karef, A., Yoshida, T., Gabazza, E.C., Nishioka, T., Inada, H., Sakakura, T., Imanaka‐Yoshida, 

K., 2007. Deficiency of tenascin‐C attenuates liver fibrosis in immune‐mediated chronic 

hepatitis in mice. J. Pathol. 211, 86–94. 

Fernandez Perez, E.R., Daniels, C.E., Schroeder, D.R., St, S.J., Hartman, T.E., Bartholmai, B.J., 

Yi,  E.S.,  Ryu,  J.H.,  2010.  Incidence,  prevalence,  and  clinical  course  of  idiopathic 

pulmonary fibrosis: a population‐based study. Chest 137, 129–137. 

Fichard, A., Kleman, J.P., Ruggiero, F., 1995. Another look at collagen V and XI molecules. 

Matrix Biol. 14, 515–31. 

Fitch,  P.M.,  Howie,  S.E.M.,  Wallace,  W.  a  H.,  2011.  Oxidative  damage  and  TGF‐β 

differentially  induce  lung epithelial  cell  sonic hedgehog and  tenascin‐C expression: 

implications  for  the  regulation  of  lung  remodelling  in  idiopathic  interstitial  lung 

disease. Int. J. Exp. Pathol. 92, 8–17. 

Gardner,  J.L., Turner, S.M., Bautista, A., Lindwall, G., Awada, M., Hellerstein, M.K., 2007. 

Measurement of liver collagen synthesis by heavy water labeling: effects of profibrotic 

toxicants and antifibrotic interventions. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 292, 

G1695–705. 

Hinz, B., 2007. Formation and function of the myofibroblast during tissue repair. J. Invest. 

Dermatol. 127, 526–37. 

Hinz, B., Phan, S.H., Thannickal, V.J., Prunotto, M., Desmoulière, A., Varga, J., De Wever, O., 

Mareel,  M.,  Gabbiani,  G.,  2012.  Recent  developments  in  myofibroblast  biology: 

paradigms for connective tissue remodeling. Am. J. Pathol. 180, 1340–55. 

Hoff, C.R., Perkins, D.R., Davidson, J.M., 1999. Elastin gene expression is upregulated during 

pulmonary fibrosis. Connect. Tissue Res. 40, 145–53. 

Huang,  C.,  Ogawa,  R.,  2012.  Fibroproliferative  disorders  and  their  mechanobiology. 

Connect. Tissue Res. 53, 187–96. 

Imanaka‐Yoshida, K., Hiroe, M., Nishikawa, T., Ishiyama, S., Shimojo, T., Ohta, Y., Sakakura, 

T.,  Yoshida,  T.,  2001.  Tenascin‐C  modulates  adhesion  of  cardiomyocytes  to 

extracellular matrix during tissue remodeling after myocardial infarction. Lab. Invest. 

81, 1015–24. 

Kaarteenaho,  R.,  Sormunen,  R.,  Paakko,  P.,  2010.  Variable  expression  of  tenascin‐C, 

osteopontin  and  fibronectin  in  inflammatory myofibroblastic  tumour  of  the  lung. 

APMIS 118, 91–100. 

Kähäri, V.M., Olsen, D.R., Rhudy, R.W., Carrillo, P., Chen, Y.Q., Uitto, J., 1992. Transforming 

growth  factor‐beta up‐regulates elastin gene expression  in human  skin  fibroblasts. 

Evidence for post‐transcriptional modulation. Lab. Invest. 66, 580–8. 

Page 23: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Chapter 3  

 

62 

Kanta, J., Dooley, S., Delvoux, B., Breuer, S., D’Amico, T., Gressner, A.M., 2002. Tropoelastin 

expression is up‐regulated during activation of hepatic stellate cells and in the livers of 

CCl(4)‐cirrhotic rats. Liver 22, 220–7. 

Kuhn, C., Mason, R.J., 1995. Immunolocalization of SPARC, tenascin, and thrombospondin 

in pulmonary fibrosis. Am. J. Pathol. 147, 1759–1769. 

Laurent, G.J., McAnulty, R.J., Corrin, B., Cockerill, P., 1981. Biochemical  and histological 

changes in pulmonary fibrosis induced in rabbits with intratracheal bleomycin. Eur. J. 

Clin. Invest. 11, 441–8. 

Liu, F., Mih,  J.D., Shea, B.S., Kho, A.T., Sharif, A.S., Tager, A.M., Tschumperlin, D.J., 2010. 

Feedback amplification of fibrosis through matrix stiffening and COX‐2 suppression. J. 

Cell Biol. 190, 693–706. 

Lucey,  E.C.,  Ngo,  H.Q.,  Agarwal,  A.,  Smith,  B.D.,  Snider,  G.L.,  Goldstein,  R.H.,  1996. 

Differential expression of elastin and alpha 1(I) collagen mRNA in mice with bleomycin‐

induced pulmonary fibrosis. Lab. Invest. 74, 12–20. 

Mariani, T.J., Sandefur, S., Pierce, R. a, 1997. Elastin in lung development. Exp. Lung Res. 23, 

131–45. 

McGowan,  S.E., McNamer,  R.,  1990.  Transforming  growth  factor‐beta  increases  elastin 

production by neonatal rat lung fibroblasts. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 3, 369–76. 

Meltzer, E.B., Noble, P.W., 2008. Idiopathic pulmonary fibrosis. Orphanet J. Rare Dis. 3, 8. 

Moore, B., Lawson, W.E., Oury, T.D., Sisson, T.H., Raghavendran, K., Hogaboam, C.M., 2013. 

Animal models of fibrotic lung disease. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. in press. 

Nalysnyk,  L.,  Cid‐Ruzafa,  J.,  Rotella,  P.,  Esser,  D.,  2012.  Incidence  and  prevalence  of 

idiopathic pulmonary fibrosis: review of the literature. Eur. Respir. Rev. 21, 355–61. 

Neese, R.A., Misell, L.M., Turner, S., Chu, A., Kim, J., Cesar, D., Hoh, R., Antelo, F., Strawford, 

A., McCune, J.M., Christiansen, M., Hellerstein, M.K., 2002. Measurement  in vivo of 

proliferation rates of slow turnover cells by 2H2O labeling of the deoxyribose moiety 

of DNA. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 15345–15350. 

Neese, R.A., Siler, S.Q., Cesar, D., Antelo, F., Lee, D., Misell, L., Patel, K., Tehrani, S., Shah, P., 

Hellerstein,  M.K.,  2001.  Advances  in  the  stable  isotope‐mass  spectrometric 

measurement of DNA synthesis and cell proliferation. Anal. Biochem. 298, 189–195. 

Parra, E.R., Teodoro, W.R., Velosa, A.P.P., De Oliveira, C.C., Yoshinari, N.H., Capelozzi, V.L., 

2006.  Interstitial and vascular  type V collagen morphologic disorganization  in usual 

interstitial pneumonia. J. Histochem. Cytochem. 54, 1315–25. 

Pearson,  C.A.,  Pearson,  D.,  Shibahara,  S.,  Hofsteenge,  J.,  Chiquet‐Ehrismann,  R.,  1988. 

Tenascin: cDNA cloning and induction by TGF‐beta. EMBO J. 7, 2977–82. 

Pellicoro, A., Aucott, R.L., Ramachandran, P., Robson, A.J., Fallowfield, J. a, Snowdon, V.K., 

Hartland, S.N., Vernon, M., Duffield, J.S., Benyon, R.C., Forbes, S.J., Iredale, J.P., 2012. 

Elastin  accumulation  is  regulated  at  the  level  of  degradation  by  macrophage 

metalloelastase (MMP‐12) during experimental liver fibrosis. Hepatology 55, 1965–75. 

Page 24: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the

Extracellular matrix proteins: a positive feedback loop in lung fibrosis?  

 

63 

Previs, S.F., Hazey, J.W., Diraison, F., Beylot, M., David, F., Brunengraber, H., 1996. Assay of 

the deuterium enrichment of water via acetylene. J. Mass Spectrom. 31, 639–642. 

Selman, M.,  Thannickal,  V.J.,  Pardo,  A.,  Zisman,  D.A., Martinez,  F.J.,  Lynch,  J.P.,  2004. 

Idiopathic pulmonary  fibrosis: pathogenesis and  therapeutic approaches. Drugs 64, 

405–30. 

Sime, P.J., Xing, Z., Graham, F.L., Csaky, K.G., Gauldie, J., 1997. Adenovector‐mediated gene 

transfer of active transforming growth factor‐beta1 induces prolonged severe fibrosis 

in rat lung. J. Clin. Invest. 100, 768–76. 

Starcher, B.C., Kuhn, C., Overton, J.E., 1978. Increased elastin and collagen content in the 

lungs of hamsters receiving an intratracheal injection of bleomycin. Am. Rev. Respir. 

Dis. 117, 299–305. 

Suki, B., Bates,  J.H., 2008. Extracellular matrix mechanics  in  lung parenchymal diseases. 

Respir. Physiol. Neurobiol. 163, 33–43. 

Tamaoki,  M.,  Imanaka‐Yoshida,  K.,  Yokoyama,  K.,  Nishioka,  T.,  Inada,  H.,  Hiroe,  M., 

Sakakura, T., Yoshida, T., 2005. Tenascin‐C  regulates  recruitment of myofibroblasts 

during tissue repair after myocardial injury. Am. J. Pathol. 167, 71–80. 

Tarantal, A.F., Chen, H., Shi, T.T.,  Lu, C.‐H., Fang, a B., Buckley, S., Kolb, M., Gauldie,  J., 

Warburton, D., Shi, W., 2010. Overexpression of transforming growth factor‐beta1 in 

fetal monkey lung results in prenatal pulmonary fibrosis. Eur. Respir. J. 36, 907–14. 

Teodoro, W.R., Velosa, A.P., Witzel, S.S., Garippo, A.L., Farhat, C., Parra, E.R., Sonohara, S., 

Capelozzi, V.L.,  Yoshinari, N.H.,  2004. Architectural  remodelling  in  lungs  of  rabbits 

induced by type V collagen immunization: a preliminary morphologic model to study 

diffuse connective tissue diseases. Pathol. Res. Pract. 200, 681–91. 

Todd,  N.W.,  Luzina,  I.G.,  Atamas,  S.P.,  2012.  Molecular  and  cellular  mechanisms  of 

pulmonary fibrosis. Fibrogenesis Tissue Repair 5, 11. 

Tomasek, J.J., Gabbiani, G., Hinz, B., Chaponnier, C., Brown, R.A., 2002. Myofibroblasts and 

mechano‐regulation of connective tissue remodelling. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 3, 349–

363. 

Trebaul, A., Chan, E.K., Midwood, K.S., 2007. Regulation of fibroblast migration by tenascin‐

C. Biochem. Soc. Trans. 35, 695–7. 

Varady, K.A., Roohk, D.J., Hellerstein, M.K., 2007. Dose effects of modified alternate‐day 

fasting regimens on in vivo cell proliferation and plasma insulin‐like growth factor‐1 in 

mice. J. Appl. Physiol 103, 547–551. 

Wells, R.G., 2013. Tissue mechanics and fibrosis. Biochim. Biophys. Acta . in press. 

Zhao, Y., Young, S.L., McIntosh,  J.C., 1998.  Induction of  tenascin  in  rat  lungs undergoing 

bleomycin‐induced pulmonary fibrosis. Am. J. Physiol. 274, L1049–57. 

 

Page 25: proefschrift met correcties 3.pdf · the myofibroblastic markers α‐smooth muscle actin and type I collagen. The extracellular matrix composition changes dramatically during the