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Die 72- und 92-kD-Typ-IV-Kollagenasen gehören zu einer Gruppe von sezernierten Zinkmetalloproteasen, die bei Säugetieren die Kollagene der extrazellulären Matrix abbauen. Weitere Mitglieder dieser Gruppe sind interstitielle Kollagenase (MMP1; 120353) und Stromelysin (MMP3; 185250). Die 72-kD-Typ-IV-Kollagenase (MMP2 oder CLG4A; 120360) wird von normalen Hautfibroblasten sezerniert, während die 92-kD-Kollagenase (CLG4B) von normalen Alveolarmakrophagen und Granulozyten produziert wird. Die 92-kD-Typ-IV-Kollagenase ist auch als 92-kD-Gelatinase, Typ-V-Kollagenase oder Matrix-Metalloproteinase-9 (MMP9) bekannt; siehe das Glossar der Matrix-Metalloproteinasen von Nagase et al. (1992).

Beide CLG4A und CLG4B haben 13 Exons und ähnliche Intronpositionen (Huhtala et al., 1991). Die 13 Exons sowohl von CLG4A als auch von CLG4B sind 3 mehr als bei anderen Mitgliedern dieser Genfamilie gefunden wurden. Die zusätzlichen Exons kodieren die Aminosäuren der Fibronektin-ähnlichen Domäne, die nur bei den 72- und 92-kD-Typ-IV-Kollagenasen gefunden wurde.

Durch Hybridisierung mit Hybrid-DNAs somatischer Zellen wiesen Collier et al. (1991) nach, dass sich sowohl CLG4A als auch CLG4B auf Chromosom 16 befinden. St Jean et al. (1995) ordneten CLG4B jedoch dem Chromosom 20 zu. Sie führten eine Kopplungskartierung des CLG4B-Locus in 10 CEPH-Referenzstammbäumen durch, wobei sie eine polymorphe Dinukleotidwiederholung in der 5-Prime flankierenden Region des Gens verwendeten. St Jean et al. (1995) beobachteten Lod-Scores zwischen 10,45 und 20,29 mit Markern, die die Chromosomenregion 20q11.2-q13.1 abdecken. Weitere Unterstützung für die Zuordnung von CLG4B zu Chromosom 20 lieferte die Analyse von somatischen Zellhybriden zwischen Mensch und Nagetier. Aufgrund ihrer ähnlichen Genstrukturen könnte der bei der Zuordnung zu Chromosom 16 verwendete CLG4B cDNA-Klon eher mit CLG4A als mit CLG4B auf Chromosom 20 hybridisiert haben.

Linn et al. (1996) ordneten MMP9 (von ihnen als CLG4B bezeichnet) erneut dem Chromosom 20 zu, und zwar auf der Grundlage von drei verschiedenen Beweislinien: Screening eines somatischen Zellhybrid-Kartierungspanels, Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung und Verknüpfungsanalyse unter Verwendung eines neu identifizierten Polymorphismus. Sie kartierten auch Clg4b der Maus auf dem Maus-Chromosom 2, das keine bekannte Homologie mit dem menschlichen Chromosom 16, aber große Bereiche mit Homologie mit dem menschlichen Chromosom 20 aufweist.

Laterveer et al. (1996) wiesen nach, dass Interleukin-8 (IL8; 146930) eine rasche Mobilisierung von hämatopoetischen Vorläuferzellen (HPCs) aus dem Knochenmark von Rhesusaffen bewirkt. Da die Aktivierung von Neutrophilen durch IL8 die Freisetzung von MMP9 auslöst, das am Abbau extrazellulärer Matrixmoleküle beteiligt ist, stellten Opdenakker et al. (1998) und Pruijt et al. (1999) die Hypothese auf, dass die Freisetzung von MMP9 die Mobilisierung von Stammzellen auslösen könnte, indem es Matrixmoleküle spaltet, an die Stammzellen gebunden sind. Pruijt et al. (1999) zeigten, dass die Mobilisierung von HPCs durch Vorbehandlung mit einem hemmenden Anti-Gelatinase-B-Antikörper verhindert werden konnte, was darauf hindeutet, dass MMP9 als Vermittler der IL8-induzierten Mobilisierung von HPCs beteiligt ist. Van den Steen et al. (2000) zeigten, dass die MMP9-vermittelte N-terminale Spaltung von IL8 die IL8-Aktivierung von Neutrophilen potenziert, was durch erhöhte intrazelluläre Kalziumkonzentration, MMP9-Sekretion und neutrophile Chemotaxis gemessen wurde.

Yu und Stamenkovic (2000) wiesen eine funktionelle Beziehung zwischen dem Hyaluronsäure-Rezeptor CD44 (107269), MMP9 und dem transformierenden Wachstumsfaktor-beta (TGFB; siehe 190180) bei der Kontrolle des tumorassoziierten Gewebeumbaus nach. Sie zeigten, dass mehrere Isoformen von CD44, die auf Mammakarzinomzellen der Maus exprimiert werden, als Zelloberflächenrezeptoren für proteolytisch aktives MMP9 dienen. Die Lokalisierung von MMP9 an der Zelloberfläche ist erforderlich, um die Tumorinvasion und Angiogenese zu fördern. Die Expression von MMP9 auf der Zelloberfläche stimulierte die Bildung von Kapillarröhren durch mikrovaskuläre Endothelzellen von Rindern. Yu und Stamenkovic (2000) zeigten, dass MMP9 und MMP2 latentes TGFB2 (190220) proteolytisch spalten, ein Mechanismus, der zur Aktivierung von TGFB erforderlich ist. Die Autoren schlugen vor, dass die Aktivierung von TGFB Teil des Mechanismus sein könnte, durch den die MMP9-Aktivität die Angiogenese induziert oder fördert.

Opdenakker et al. (1991) und Gijbels et al. (1992) wiesen mit Hilfe von Substratumwandlungstests erhöhte MMP9-Konzentrationen in der Synovialflüssigkeit von Arthritis-Patienten bzw. in der Zerebrospinalflüssigkeit von Patienten mit Multipler Sklerose nach. Price et al. (2001) wiesen in der Zerebrospinalflüssigkeit von erwachsenen Patienten mit tuberkulöser Meningitis eine signifikant höhere Konzentration von MMP9 pro Leukozyt nach als bei Patienten mit bakterieller oder viraler Meningitis. In-vitro-Studien zeigten, dass lebensfähige Bazillen nicht erforderlich waren, um die MMP9-Produktion zu stimulieren. Im Gegensatz zu den Veränderungen in der MMP9-Expression wurden MMP2 und TIMP1 (305370) konstitutiv exprimiert, und letztere wirkte der MMP9-Aktivität nicht entgegen. Erhöhte MMP9-Aktivität stand im Zusammenhang mit Bewusstlosigkeit, Verwirrung, fokalen neurologischen Schäden und Tod bei Patienten mit tuberkulöser Meningitis.

Anhand von RT-PCR, Gelatine-Zymographie und Western-Blot-Analyse zeigten Kanbe et al. (1999), dass kultivierte menschliche Mastzellen nach Aktivierung MMP9-mRNA exprimieren und dass Kulturüberstände ein 92-kD-MMP9-Protein mit gelatinolytischer Aktivität produzieren. Eine immunhistochemische Analyse wies MMP9 in Mastzellen in menschlicher Haut, Lunge und Synovialgewebe nach. Kanbe et al. (1999) kamen zu dem Schluss, dass Mastzellen MMP9 produzieren, das zum Abbau der extrazellulären Matrix und zur Absorption im Rahmen von allergischen und nicht-allergischen Reaktionen beitragen könnte.

Turner et al. (2000) untersuchten mit Hilfe eines monoklonalen Antikörpers an einer Reihe von gut charakterisierten, in Paraffin eingebetteten Schnitten von Hypophysentumoren, ob die Expression von MMP9 eine Rolle bei der Ermöglichung von Angiogenese und Invasion durch verschiedene Hypophysentumortypen spielt. Sie fanden heraus, dass invasive Makroprolaktinome signifikant häufiger MMP9 exprimieren als nichtinvasive Makroprolaktinome. Invasive Makroprolaktinome wiesen eine höhere Dichte der MMP9-Färbung auf als nicht-invasive Tumore und normale Hypophysen oder Prolaktinome unterschiedlicher Größe. Die MMP9-Expression war mit einem aggressiven Tumorverhalten verbunden. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass die MMP9-Expression in einigen invasiven und rezidivierenden Hypophysenadenomen und in der Mehrzahl der Hypophysenkarzinome vorhanden ist. Während die Mechanismen, durch die die MMP9-Expression das Wiederauftreten und die Invasivität von Tumoren beeinflusst, und ihre Verbindung mit der Angiogenese noch geklärt werden müssen, deuten diese Beobachtungen darauf hin, dass die Verabreichung eines synthetischen MMP9-Inhibitors eine potenzielle zukünftige therapeutische Strategie für einige Hypophysentumoren sein könnte.

Die Konzentrationen von MMP9 sind in der bronchoalveolären Lavageflüssigkeit (BAL), im Sputum, in den Bronchien und im Serum von Asthmatikern im Vergleich zu gesunden Personen erhöht. Mit Hilfe der segmentalen Bronchoprovokation (SBP) und der ELISA-Analyse der BAL von Allergikern wiesen Kelly et al. (2000) 48 Stunden nach der SBP bei Patienten mit Antigen-Challenge im Vergleich zu Patienten mit Kochsalzlösung einen Anstieg von MMP9 nach. Der TIMP1-Inhibitor war ebenfalls bei allen Probanden erhöht, aber das Verhältnis von MMP9 zu TIMP1 war in der Gruppe mit Antigen-Challenge deutlich höher. Im Serum wurden keine Unterschiede festgestellt. Die immunzytochemische Analyse zeigte, dass MMP9 hauptsächlich in Neutrophilen exprimiert wird. Kelly et al. (2000) kamen zu dem Schluss, dass Antigene nicht nur zur Entzündung, sondern auch zum eventuellen Umbau der Atemwege bei Asthma beitragen können.

Osman et al. (2002) zeigten, dass reife dendritische Zellen (DCs) mehr MMP9 produzieren als unreife DCs, was ihre durch Hydroxaminsäure hemmbare Migration durch Gel in vitro und vermutlich auch durch die extrazelluläre Matrix zur Überwachung der antigenen Umgebung in vivo erleichtert. RT-PCR-Analysen ergaben, dass die verstärkte Expression von MMP9 mit einer Herabregulierung von TIMP1 und insbesondere TIMP2 (188825) korreliert, während die Expression von TIMP3 (188826) hochreguliert ist. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass das Gleichgewicht von MMP und TIMP die Nettomigrationsfähigkeit von DCs bestimmt. Sie schlugen vor, dass TIMP3 ein Marker für reife DCs sein könnte.

Ueda et al. (2002) untersuchten die Gen- und Proteinexpression von Survivin (603352) bei einer tumorähnlichen, gutartigen Erkrankung, der Endometriose, und setzten sie mit der Apoptose und dem invasiven Phänotyp von endometriotischem Gewebe in Beziehung. Die Genexpressionswerte von Survivin, MMP2, MMP9 und MMP14 (600754) in 63 pigmentierten oder nicht pigmentierten endometriotischen Geweben, die von 35 Frauen mit Endometriose operativ gewonnen wurden, wurden mit denen in normalem eutopischem Endometrium von 12 Frauen ohne Endometriose verglichen. Die mRNA-Expressionswerte von Survivin, MMP2, MMP9 und MMP14 waren in klinisch aggressiven pigmentierten Läsionen signifikant höher als in normalem eutopischem Endometrium, und auch die Survivin-Genexpression war in pigmentierten Läsionen höher als in nicht pigmentierten Läsionen (P kleiner als 0,05). In 63 untersuchten endometriotischen Geweben bestand eine enge Korrelation zwischen der Survivin- und der MMP2-, MMP9- und MMP14-Genexpression (P weniger als 0,01). Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass die Hochregulierung von Survivin und MMPs gemeinsam zum Überleben und zur Invasion der Endometriose beitragen kann.

Nachdem die Expression in einer Fibrosarkom-Zelllinie erzwungen wurde, stellten Yan et al. (2003) fest, dass MTA1 (603526) die MMP9-Expression unterdrückt. MTA1 band direkt an den MMP9-Promotor und unterdrückte die Expression sowohl über histonabhängige als auch -unabhängige Mechanismen.

Wang et al. (2003) wiesen nach, dass Gewebeplasminogenaktivator (TPA; 173370) MMP9 in Zellkultur und in vivo hochreguliert. Die MMP9-Konzentration war bei Mäusen mit TPA-Knockout im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen nach fokaler zerebraler Ischämie niedriger. In menschlichen zerebralen mikrovaskulären Endothelzellen wurde MMP9 hochreguliert, wenn rekombinantes TPA zugesetzt wurde. RNA-Interferenz deutete darauf hin, dass diese Reaktion durch das LDL-Rezeptor-verwandte Protein (LRP1; 107770) vermittelt wurde, das TPA stark bindet und Signalisierungseigenschaften besitzt.

Matsuyama et al. (2003) maßen die zirkulierenden Spiegel von MMP2, MMP3 und MMP9 bei 25 Patienten mit Takayasu-Arteriitis (207600) und 20 alters- und geschlechtsgleichen gesunden Kontrollen. Die Werte aller drei Metalloproteinasen waren bei Patienten mit aktiver Erkrankung höher als bei den Kontrollen (p kleiner als 0,0001 für jede einzelne), und die MMP2-Werte blieben auch in der Remission erhöht. Im Gegensatz dazu war eine Verbesserung der klinischen Anzeichen und Symptome bei allen Patienten mit einem deutlichen Rückgang der zirkulierenden MMP3- und MMP9-Spiegel verbunden (p kleiner als 0,05). Matsuyama et al. (2003) kamen zu dem Schluss, dass MMP2 bei der Diagnose der Takayasu-Arteriitis hilfreich sein könnte und dass MMP3 und MMP9 als Aktivitätsmarker für die Krankheit verwendet werden könnten.

In einer Studie mit 699 Teilnehmern der Framingham-Studie, die keine Herzinsuffizienz oder einen Herzinfarkt in der Vorgeschichte hatten und sich einer Routine-Echokardiographie unterzogen, fanden Sundstrom et al. (2004) heraus, dass nachweisbare MMP9-Spiegel im Plasma mit erhöhten linksventrikulären Abmessungen und einer erhöhten Wanddicke bei Männern verbunden waren. Sundstrom et al. (2004) schlugen vor, dass der MMP9-Plasmaspiegel ein Marker für den Abbau der extrazellulären Matrix des Herzens sein könnte, ein Prozess, der am Remodeling der linken Herzkammer beteiligt ist.

Unter Verwendung einer Expressionsklonierungsstrategie mit HT1080 menschlichen Fibrosarkomzellen identifizierten Nair et al. (2006) SM22 (TAGLN; 600818) als Regulator der MMP9-Expression. Die stabile Expression von SM22 in HT1080-Zellen unterdrückte die MMP9-Expression, wohingegen die Unterdrückung von SM22 durch Small Interfering RNA in menschlichen Lungenfibroblasten die MMP9-Expression und enzymatische Aktivität erhöhte. Die MMP9-Expression war im Uterusgewebe von Wildtyp-Mäusen, die Sm22 konstitutiv exprimieren, nur schwach ausgeprägt, während sie im Uterusgewebe von Sm22 -/- Mäusen stark war. Die Mutationsanalyse zeigte, dass die N-terminale Calponin-Homologie-Domäne von SM22, nicht aber die Aktin-bindende Domäne, die MMP9-Unterdrückung vermittelt, wahrscheinlich durch Interferenz mit der ERK1 (MAPK3; 601795) und ERK2 (MAPK1; 176948) Signalübertragung. Nair et al. (2006) kamen zu dem Schluss, dass SM22, das bei Krebs häufig eine verminderte Expression aufweist, die MMP9-Expression reguliert.

Anhand eines modifizierten angiogenen Modells wiesen Ardi et al. (2007) nach, dass intakte menschliche Neutrophile, ihr Granulatgehalt und insbesondere neutrophiles MMP9 in Abwesenheit von TIMP1 eine starke proangiogene Aktivität aufweisen.

Gong et al. (2008) stellten fest, dass Plg (173350) -/- Mäuse nach Induktion einer Peritonitis eine verminderte Migration von Makrophagen durch die extrazelluläre Matrix (ECM) und eine verminderte Mmp9-Aktivierung aufwiesen. Die Injektion von aktivem Mmp9 rettete die Makrophagenmigration in Plg -/- Mäusen. Die Makrophagenmigration und die Bildung von Aneurysmen waren auch bei Plg -/- Mäusen reduziert, bei denen ein abdominales Aortenaneurysma (AAA) induziert wurde. Die Verabreichung von aktivem Mmp9 an Plg -/- Mäuse förderte die Makrophageninfiltration und die Entwicklung eines AAA. Gong et al. (2008) schlussfolgerten, dass PLG die Makrophagenmigration bei Entzündungen über die Aktivierung von MMP9 reguliert, was wiederum die Fähigkeit der Makrophagen, durch die ECM zu wandern, reguliert.

Lausch et al. (2009) schlugen vor, dass es eine funktionelle Verbindung zwischen MMP13 (600108) und MMP9 bei der endochondralen Verknöcherung gibt, da eine gestörte Funktion des MMP9-Proteins durch direkte Inaktivierung (bei rezessiver Erkrankung aufgrund eines Funktionsverlustes von MMP9) verursacht wird, gestörte Aktivierung (bei rezessiver Erkrankung aufgrund von MMP13-Funktionsverlust) oder transkatalytischer Abbau (bei dominanter Erkrankung aufgrund von MMP13-Funktionsgewinn) scheint ein gemeinsamer nachgeschalteter Schritt in der Pathogenese der metaphysären Anadysplasie zu sein (MANDP1, 602111; MANDP2, 613073).

Pathak et al. (2011) untersuchten die Plasma- und periphere Blutzellexpression von IL1B (147720), MMP9, löslichem IL1R2 (147811) und IL17 (siehe 603149) bei 47 Patienten, die entweder an einer Autoimmunerkrankung des Innenohrs oder an einer Schallempfindungsschwerhörigkeit mit wahrscheinlich immunologischem Ursprung litten und mit Kortikosteroiden behandelt wurden. Sie fanden heraus, dass 18 Patienten, die nicht auf Kortikosteroide ansprachen, im Vergleich zu klinisch ansprechenden Patienten signifikant höhere Werte von IL1B und MMP9, nicht aber von IL17 oder löslichem IL1R2 aufwiesen. Die RT-PCR-Analyse zeigte, dass die Behandlung von Kontrollblutzellen mit IL1B die Expression von MMP9 induzierte. Die Behandlung mit der katalytischen Domäne von MMP9 plus Dexamethason, aber nicht mit MMP9 allein, induzierte die Expression von IL1B in gegenseitiger Abhängigkeit. Die Behandlung von Zellen mit Dexamethason allein erhöhte die IL1R2-Expression in Zellen und Plasma, und die IL1R2-Expression wurde durch die Zugabe von MMP9 weiter gesteigert. In den Zellen der Responder-Patienten reduzierte die Behandlung mit Dexamethason die Expression von IL1B und MMP9, während die IL1B-Expression in den Non-Responder-Zellen nur durch die Behandlung mit Anakinra, dem löslichen IL1R-Antagonisten (IL1RN; 147679), reduziert werden konnte. Pathak et al. (2011) schlugen vor, dass die IL1B-Blockade eine brauchbare Therapie für Patienten mit autoimmunen Innenohrerkrankungen oder sensorineuralem Hörverlust sein könnte, die nicht auf Kortikosteroide ansprechen.

Metaphysäre Anadysplasie 2

Lausch et al. (2009) untersuchten die molekularen Grundlagen der metaphysären Anadysplasie in 5 Familien. Bei den betroffenen Mitgliedern einer nicht blutsverwandten pakistanischen Familie identifizierten sie Homozygotie für eine Mutation im MMP9-Gen (120361.0001); siehe MANDP2 (613073). In 3 weiteren Familien wurden heterozygote Mutationen im MMP13-Gen festgestellt (600108.0002 und 600108.0003); siehe MANDP1 (602111). Lausch et al. (2009) fanden heraus, dass rezessives MANDP (MANDP2) durch homozygoten Funktionsverlust von MMP9 verursacht wird, während dominantes MANDP (MANDP1) durch Missense-Mutationen in der Prodomäne von MMP13 verursacht wird; diese Mutationen bestimmen die Autoaktivierung von MMP13 und den intrazellulären Abbau von sowohl MMP13 als auch MMP9, was zu einem doppelten Enzymmangel führt. In der fünften Familie, die von Lausch et al. (2009) untersucht wurde, war der Proband (Patient 11) homozygot für eine Missense-Mutation im MMP13-Gen (H213N; 600108.0004). Bonafe et al. (2014) stellten fest, dass bei diesem marokkanischen Jungen zwar zunächst eine rezessive Form von MANDP1 diagnostiziert wurde, er jedoch retrospektiv mit dem Spahr-Typ der metaphysären Dysplasie (MDST; 250400) diagnostiziert werden konnte.

Assoziationsstudien

Zhang et al. (1999) zeigten, dass ein Polymorphismus (-1562C-T) in der Promotorregion des MMP9-Gens eine funktionelle Auswirkung auf die Transkription hat und mit dem Schweregrad der Atherosklerose bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit assoziiert ist. Aus diesem Grund katalogisierten Zhang et al. (1999) Sequenzvarianten in der 2,2 KB großen Promotorsequenz und allen 13 Exons (insgesamt 3,3 KB) des MMP9-Gens. Sie identifizierten insgesamt 10 variable Stellen, 4 in der Promotorregion, 5 in der kodierenden Region (von denen 3 die kodierte Aminosäure veränderten) und 1 in der 3-Prime untranslatierten Sequenz. Die Sequenzinspektion deutete darauf hin, dass einige der Varianten eine funktionelle Auswirkung auf die Expressionsstärke oder die enzymatische Aktivität haben würden. Es wurde ein enges Kopplungsungleichgewicht zwischen den Varianten über die gesamte Länge des Gens festgestellt, und es wurden Häufigkeiten verschiedener Haplotypen bestimmt.

Es wurde vermutet, dass Matrix-Metalloproteinasen eine Rolle bei der Pathogenese des Lungenemphysems spielen. MMP9 und MMP12 (601046) sind für den größten Teil der von Makrophagen stammenden Elastase-Aktivität bei Rauchern verantwortlich. Minematsu et al. (2001) untersuchten den Zusammenhang zwischen einem funktionellen Polymorphismus von MMP9, -1562C-T, und der Entwicklung eines Lungenemphysems bei 110 Rauchern und 94 Nichtrauchern in Japan. Die Häufigkeit des T-Allels war bei 45 Rauchern mit ausgeprägtem Lungenemphysem auf Brust-CT-Scans höher als bei 65 Rauchern ohne Emphysem (0,244 gegenüber 0,123; p = 0,02). Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Polymorphismus von MMP9 als genetischer Faktor für die Entwicklung eines durch Rauchen verursachten Lungenemphysems fungiert.

Nakashima et al. (2006) identifizierten durch Sequenzierung aller 13 MMP9-Exons und flankierender Regionen bei 290 japanischen Patienten mit atopischem Asthma im Kindesalter und 638 gesunden japanischen Kontrollpersonen 17 SNPs und wählten 5 davon für Assoziationsstudien aus. Signifikante Assoziationen mit dem Risiko für pädiatrisches atopisches Asthma wurden für einen 2127G-T SNP in Intron 4 und einen nicht-synonymen SNP, 5546G-A (arg668 to gln; R668Q), in Exon 12 gefunden (p von 0,0032 bzw. 0,0016). Der Haplotyp, der 2127T und 5546A enthält, war ebenfalls mit Atopie verbunden (p von 0,0053). Die Behandlung normaler menschlicher Bronchialepithelzellen zeigte, dass Poly(I:C) der einzige Agonist des Toll-like-Rezeptors (TLR; siehe 601194) war, der die MMP9-Expression erhöhte. Die Reporteranalyse zeigte eine erhöhte Aktivität bei dem MMP9-Promotor-SNP -1590C-T, der sich in einem starken Kopplungsungleichgewicht mit 2127G-T befindet. Nakashima et al. (2006) schlossen daraus, dass MMP9 eine wichtige Rolle bei Asthma spielt.

In einer Fall-Kontroll-Assoziationsstudie mit zwei unabhängigen japanischen Kohorten fanden Hirose et al. (2008) einen signifikanten Zusammenhang zwischen einem Missense-SNP im MMP9-Gen (G279R; rs17576) und lumbalen Bandscheibenvorfällen (LDH; 603932). Ein intronischer SNP im THBS2-Gen (rs9406328; 188061.0001) war in der japanischen Bevölkerung ebenfalls stark mit LDH assoziiert und zeigte einen kombinatorischen Effekt mit MMP9, mit einem Odds Ratio von 3,03 für den Genotyp, der homozygot für die Anfälligkeitsallele beider SNPs war.

Durch gezielte Unterbrechung in embryonalen Stammzellen erzeugten Vu et al. (1998) homozygote Mäuse mit einer Null-Mutation im MMP9/Gelatinase B-Gen. Diese Mäuse wiesen ein abnormales Muster der Vaskularisierung und Verknöcherung der Skelett-Wachstumsplatte auf. Obwohl sich hypertrophe Chondrozyten normal entwickelten, waren Apoptose, Vaskularisierung und Verknöcherung verzögert, was zu einer fortschreitenden Verlängerung der Wachstumsplatte auf etwa das Achtfache des Normalwerts führte. Nach 3 Wochen postnatal kompensierten die abweichende Apoptose, Vaskularisierung und Ossifikation den Umbau der vergrößerten Wachstumsplatte und führten schließlich zu einem normal aussehenden Achsenskelett. Die Transplantation von Wildtyp-Knochenmarkzellen rettete die Vaskularisierung und Ossifikation in Mmp9-null-Wachstumsplatten, was darauf hindeutet, dass diese Prozesse durch Mmp9-exprimierende Zellen aus dem Knochenmark, so genannte Chondroklasten, vermittelt werden. Wachstumsplatten von Mmp9-null-Mäusen in Kultur zeigten eine verzögerte Freisetzung eines angiogenen Aktivators, was eine Rolle für diese Proteinase bei der Kontrolle der Angiogenese belegt.

Dubois et al. (1999) erzeugten Mmp9-defiziente Mäuse, indem sie die katalytische und zinkbindende Domäne durch ein Antisense-orientiertes Neomycin-Resistenzgen ersetzten. Sie stellten fest, dass junge Mmp9 -/- Mäuse gegen die Induktion einer experimentellen Autoimmun-Enzephalomyelitis (EAE) resistent waren. Erwachsene Mmp9 -/- Mäuse entwickelten eine EAE, aber im Gegensatz zu Wildtyp-Mäusen zeigten sie keine nekrotisierenden Schwanzläsionen mit Hyperplasie des osteokartilaginären Gewebes. Dubois et al. (1999) kamen zu dem Schluss, dass MMP9 an der Entwicklung des Immunsystems und an der Neigung zur Entwicklung von Autoimmunerkrankungen beteiligt ist.

Coussens et al. (2000) berichteten, dass transgene Mäuse, denen Mmp9 fehlt, eine geringere Hyperproliferation von Keratinozyten in allen neoplastischen Stadien und eine geringere Inzidenz invasiver Tumoren aufweisen. Die Karzinome, die in Abwesenheit von Mmp9 entstanden, wiesen jedoch einen größeren Verlust an Keratinozytendifferenzierung auf, was auf einen aggressiveren und höhergradigen Tumor hindeutet. MMP9 wird vorwiegend in neutrophilen Granulozyten, Makrophagen und Mastzellen exprimiert, nicht aber in onkogen-positiven neoplastischen Zellen. Chimäre Mäuse, die Mmp9 nur in Zellen hämatopoetischen Ursprungs exprimieren, die durch Knochenmarktransplantation erzeugt wurden, konnten die MMP9-abhängigen Beiträge zur Plattenepithelkarzinogenese rekonstruieren. Entzündungszellen können also Mitverschwörer bei der Karzinogenese sein.

Gu et al. (2002) berichteten über die Aktivierung von Mmp9 durch die neuronale Stickstoffmonoxid-Synthase (NOS1; 163731) in einem Mausmodell der zerebralen Ischämie. Die immunchemische Analyse des ischämischen Kortex nach einem Schlaganfall bei Wildtyp-Tieren zeigte, dass aktiviertes Mmp9 mit Nos1 innerhalb der Neuronen kolokalisiert war. Die Aktivierung von Mmp9 wurde nach einem Schlaganfall in Nos1-Null-Mäusen oder in Wildtyp-Mäusen, die mit einem NOS-Inhibitor behandelt wurden, aufgehoben. Biochemische Analysen und Massenspektrometrie ergaben, dass die Aktivierung von MMP9 durch NOS1 durch S-Nitrosylierung des Zn(2+)-koordinierenden Cysteins im aktiven Zentrum von MMP9 eingeleitet wird. Eine weitere Oxidation führt zu einer irreversiblen Modifikation des Rests zu Sulfinsäure oder Sulfonsäure. Gu et al. (2002) wiesen nach, dass aktiviertes MMP9 zum Absterben neuronaler Zellen führt. Die Behandlung von kultivierten zerebrokortikalen Neuronen mit NOS1-aktiviertem MMP9 führte zu verstärkter Apoptose und Ablösung von der Kulturschale. Die Vorbehandlung mit einem MMP-Inhibitor blockierte den neuronalen Zelltod.

MMP9, das in Knochenmarkszellen induziert wird, setzt löslichen Kit-Liganden (KITLG; 184745) frei, der den Transfer von endothelialen und hämatopoetischen Stammzellen (HSCs) aus der ruhenden in die proliferative Nische ermöglicht. Heissig et al. (2002) fanden heraus, dass die Knochenmarkablation in Wildtyp-Mmp9-Mäusen Sdf1 (600835) induzierte, was die Mmp9-Expression hochregulierte und die Ablösung von Kitlg und die Rekrutierung von Kit (164920)-positiven Stammzellen/Progenitoren bewirkte. In Mmp9 -/- Mäusen waren die Freisetzung von Kitlg und die HSC-Motilität beeinträchtigt, was zu einer fehlenden hämatopoetischen Erholung und einer erhöhten Sterblichkeit führte, während exogenes Kitlg die Hämatopoese und das Überleben nach einer Knochenmarkablation wiederherstellte. Die Freisetzung von Kitlg durch Mmp9 ermöglichte es den Zellen, die das Knochenmark neu besiedeln, sich in eine permissive vaskuläre Nische zu begeben, was die Differenzierung und die Wiederherstellung des Pools von Stamm- und Vorläuferzellen begünstigte.

Lanone et al. (2002) untersuchten die Auswirkungen eines Il13 (147683)-Transgens auf Wildtyp-Mäuse und Mäuse, denen Mmp9 oder Mmp12 fehlt, und stellten fest, dass die IL13-vermittelte eosinophile und lymphozytäre Entzündung und der alveoläre Umbau in der Lunge, die bei Asthma (600807), COPD (606963) und interstitiellen Lungenerkrankungen auftreten, sowohl von MMP9- als auch von MMP12-Mechanismen abhängig sind. Die Ergebnisse zeigten, dass MMP9 die Anhäufung von Neutrophilen hemmt, aber im Gegensatz zu MMP12 keinen Einfluss auf die Anhäufung von Eosinophilen, Makrophagen oder Lymphozyten hat. Außerdem wurde festgestellt, dass die IL13-induzierte Produktion von MMP2 (120360), MMP9, MMP13 (600108) und MMP14 von MMP12 abhängig ist.

In einer Kultur von zerebralen Endothelzellen der Maus stellten Lee et al. (2003) fest, dass Amyloid-Beta-Peptid (APP; 104760) die Synthese, Freisetzung und Aktivierung von MMP9 induzierte, was zu einem verstärkten Abbau der extrazellulären Matrix führte. In den Gehirnen von transgenen Mäusen, die eine APP-Mutation exprimieren, die mit einer erhöhten Amyloid-Ablagerung einhergeht, ähnlich wie bei der zerebralen Amyloid-Angiopathie (CAA) (siehe 105150), wurde MMP9-Immunreaktivität an 79 % der Stellen mit Mikroblutungen nachgewiesen. Lee et al. (2003) kamen zu dem Schluss, dass die vaskuläre MMP9-Expression, die durch Amyloid-Beta-Ablagerungen induziert wird, zur Entwicklung spontaner intrazerebraler Blutungen bei CAA beitragen kann.

Gursoy-Ozdemir et al. (2004) induzierten eine kortikale Ausbreitungsdepression (CSD) bei Wildtyp-Ratten und -Mäusen sowie bei Mmp9-Null-Mäusen. Bei den Wildtyp-Tieren fanden sie innerhalb von 3 bis 6 Stunden erhöhte Mmp9-Spiegel im Kortex ipsilateral zur CSD. Die gelatinolytische Aktivität und der Austritt von Plasmaproteinen wurden 30 Minuten bzw. 3 Stunden nach dem CSD nachgewiesen; beide wurden durch die Injektion eines Metalloproteaseinhibitors unterdrückt. Bei Mmp9-Null-Mäusen wurde kein Proteinleck festgestellt. Gursoy-Ozdemir et al. (2004) schlossen daraus, dass eine starke neuronale und gliale Depolarisation eine Kaskade auslöst, die die Blut-Hirn-Schranke über einen MMP9-abhängigen Mechanismus stört.

Unter Verwendung von mesenterialen Widerstandsarterien von Wildtyp- und Mmp9 -/- Mäusen fanden Su et al. (2006) heraus, dass die Hemmung von Mmp2/Mmp9 den myogenen Tonus in Wildtyp-, nicht aber in Mmp9 -/- Mäusen signifikant verringert. Die Expression von Enos (NOS3; 163729) war in Mmp9 -/- Mäusen ebenfalls erhöht. Die pharmakologische Hemmung von Enos verringerte die Reaktion des Endothels auf Scherstress signifikant, was in Mmp9 -/- Widerstandsarterien stärker ausgeprägt war. Su et al. (2006) schlossen daraus, dass MMP9 eine selektive Wirkung auf die Endothelfunktion hat.

Taylor et al. (2006) berichteten, dass ein Mausstamm (C57BL/6) mit größerer Resistenz gegen Mycobacterium tuberculosis-Infektionen höhere Mengen an aktivem Mmp9-Protein exprimierte als ein anfälliger Stamm (CBA/J). Sie vermuteten, dass die Expression von aktivem Mmp9 die frühe Verbreitung von M. tuberculosis erleichtert haben könnte, was mit der Induktion einer Immunität vom Th1-Typ und einem Schutz bei C57BL/6-Mäusen verbunden war. Die Blockierung von Mmp9 mit einem Breitspektrum-Inhibitor verringerte die frühe Ausbreitung. Mäuse, denen Mmp9 fehlte und die mit M. tuberculosis infiziert waren, waren weniger in der Lage, Makrophagen in der Lunge zu rekrutieren und einen Gewebeumbau zu initiieren, der die Entwicklung von gut ausgebildeten Granulomen erleichtern würde.

In aneurysmatischem Aortengewebe von Fbn1 (134797)-defizienten Mäusen, einem Modell des Marfan-Syndroms (154700), fanden Chung et al. (2007) eine Hochregulierung von Mmp2 und Mmp9, begleitet von einer starken Fragmentierung und Degradation elastischer Fasern. Die kontraktile Kraft als Reaktion auf Depolarisation oder Rezeptorstimulation war in der aneurysmatischen thorakalen Aorta im Vergleich zu Kontrollen um 50 bis 80 % geringer, aber die Expression von Alpha-Glattmuskel-Aktin (ACTC1; 102540) in der Aorta von Marfan- und Wildtyp-Mäusen war nicht signifikant unterschiedlich. Chung et al. (2007) kamen zu dem Schluss, dass MMP2 und MMP9 während der Bildung eines thorakalen Aortenaneurysmas beim Marfan-Syndrom hochreguliert werden, und dass die daraus resultierende Degeneration der elastischen Fasern mit einer Verschlechterung der Aortenkontraktion und der mechanischen Eigenschaften die Pathogenese des thorakalen Aortenaneurysmas erklären könnte.

In einem Mausmodell für chronische neuropathische Schmerzen, die durch Ligatur des Rückenmarks ausgelöst werden, fanden Kawasaki et al. (2008) eine schnelle und vorübergehende erhöhte Expression von Mmp9 in verletzten primären sensorischen Neuronen des Dorsalwurzelganglions. Die Hochregulierung von Mmp2 zeigte eine verzögerte Reaktion in Satellitenzellen des Spinalganglions und spinalen Astrozyten. Die lokale Hemmung von Mmp9 hemmte die frühe Phase des neuropathischen Schmerzes und die Hemmung von Mmp2 unterdrückte die spätere Phase des neuropathischen Schmerzes. Die intrathekale Verabreichung von entweder Mmp9 oder Mmp2 führte zu Schmerzsymptomen. Mmp9-null-Mäuse zeigten in der frühen Phase keine mechanische Allodynie, aber am Tag 10 entwickelten sich Schmerzen. Weitere Studien zeigten, dass der Schmerz mit der Spaltung von IL1B (147720) durch Mmp9 und Mmp2 sowie mit der Aktivierung von Mikroglia und Astrozyten verbunden war. Die Ergebnisse deuten auf einen zeitlichen Mechanismus für neuropathische Schmerzen hin.

Volkman et al. (2010) stellten fest, dass Mykobakterien die frühe Granulombildung über ihren Region of Difference-1 (RD1)-Locus steuern, der für das Esat6-Sekretionssystem-1 (Esx1) kodiert, das aus mindestens 10 Genen besteht, darunter Esat6. Anhand von Zebrafischen, die mit Mycobacterium marinum infiziert waren, als Modell für die Bildung tuberkulöser Granulome zeigten Volkman et al. (2010), dass das 6-kD-Esat6-Protein die Produktion von Mmp9 durch Epithelzellen in der Nachbarschaft infizierter Makrophagen induziert, wie durch konfokale Mikroskopie nachgewiesen wurde. Mmp9 fördert die Rekrutierung von Makrophagen, die ein frühes Granulom bilden, das die Infektion nicht eindämmt, sondern die anfängliche Vermehrung der Bakterien ermöglicht. Mycobacterium marinum, dem der RD1-Locus fehlt, konnte Mmp9 und Granulome nicht induzieren. Die vorübergehende Unterdrückung der Mmp9-Expression in Zebrafischen reduzierte die Granulombildung und die bakterielle Belastung. Die Injektion von Esat6 in Fische, denen Makrophagen fehlen, führte auch zu einer Mmp9-Produktion in Epithelzellen, die unabhängig von Tnf 191160 und Myd88 602170 war. Volkman et al. (2010) schlugen vor, dass das Abfangen von MMP9 bei der Behandlung einer Vielzahl von Entzündungen und Tuberkulose von großem Nutzen sein könnte. Agarwal und Bishai (2010) merkten an, dass die Ausrichtung auf Esat6 eine Antivirenstrategie analog zur Antitoxintherapie sein könnte und dass die MMP9-Hemmung, wie die Kortikosteroidbehandlung der tuberkulösen Meningitis (siehe Price et al. (2001)), die antibiotische Behandlung ergänzen könnte.