Beeinflussung der Glykosaminoglykansynthese von kultivierten Stromazellen aus Rindercorneae durch Variation der Kulturbedingungen

Summary

Cultured cells derived from bovine corneal stroma synthesize all types of sulfated glycosaminoglycans and distribute these macromolecules into topographically different compartments in a reproducible manner. Each compartment is characterized by a typical glycosaminoglycan distribution pattern. Corneal fibroblasts synthesize in vitro only small amounts of keratan sulfate in contrast to the in vivo conditions. We have, therefore, investigated the synthesis and topographical distribution of sulfated glycosaminoglycans as influenced by different culture conditions. The following results were obtained:

• 1) Cocultivation of epithelial and stromal fibroblasts from bovine cornea led to an increased incorporation of radiosulfate into sulfated glycosaminoglycans by about 50% as compared to the theoretical value. Glycosaminoglycan distribution of mixed cultures into different compartments showed no similarity compared with pure epithelial or stromal fibroblasts.

• 2) Addition of native or heat inactivated anterior chamber fluid to the culture medium was followed by a twofold increase of [³⁵S]-sulfate incorporation and by an augmented intracellular and pericellular accumulation of labeled macromolecules.

• 3) Reduction of the incubation temperature led to a reduced synthesis of glycosaminoglycans without influencing their topographical distribution. Growth of stromal cells on type I collagen was accompanied by a reduced glycosaminoglycan synthesis of about 25%. Extracellular macromolecules reached only half of the normal value, while intracellularly their concentration was slightly increased.

• 4) None of the variations of the culture condition led to a significant change of the distribution pattern of sulfated glycosaminoglycans. Especially, no significant increase of keratan sulfate biosynthesis could be detected.

Zusammenfassung

Kultivierte Zellen aus Stromaexplantaten der Rinderhornhaut synthetisieren alle bekannten Typen sulfatierter Glykosaminoglykane und verteilen die Makromoleküle in reproduzierbarer Weise auf topographisch unterschiedliche Kompartimente. Jedes Kompartiment ist durch ein typisches Glykosaminoglykanverteilungsmuster charakterisiert. Da Hornhautfibroblasten in vitro im Gegensatz zu den in-vivo-Verhältnissen nur geringe Mengen Keratansulfat synthetisieren, wurde versucht, durch Variation der Kulturbedingungen Änderungen in der Synthese sulfatierter Glykosaminoglykane sowie in der Verteilung der neusynthetisierten Glykosaminoglykane auf die verschiedenen Kompartimente zu erzielen. Folgende Ergebnisse wurden gewonnen:

• 1) Kokultivation von Epithel- und Stromazellen aus der Rinderhornhaut führt zu einer Steigerung der Radiosulfatinkorporation in die sulfatierten Glykosaminoglykane um 50% im Vergleich zum theoretisch erwarteten Wert. Die gemischten Kulturen glichen in der Verteilung auf die Kompartimente weder den reinen Epithel- noch den Stromafibroblastenkulturen.

• 2) Der Zusatz von nativem und hitzeinaktiviertem Kammerwasser zum Kulturmedium von Stromazellen führt zu einer Verdoppelung der Einbaurate von Radiosulfat, wobei sich die markierten Makromoleküle intra- und pericellulär relativ stärker anreichern.

• 3) Eine Reduktion der Inkubationstemperatur führt lediglich zu einer Verminderung der Synthese von Glykosaminoglykanen, ohne deren Verteilung zu beeinflussen. Werden Stromazellen auf normalem Typ-I-Kollagen gezüchtet, ist die Glykosaminoglykansynthese um ca 25% vermindert. Intrazellulär ist jedoch eine erhöhte, extrazellulär aber eine auf 50% verminderte Konzentration radioaktiv markierter Glykosaminoglykane zu finden.

• 4) Durch keine der beschriebenen Variationen der Kulturbedingungen läßt sich eine wesentliche Veränderung des Verteilungsmusters der sulfatierten Glykosaminoglykane erzielen; insbesondere kommt es nicht zu einer der den in-vivo-Verhältnissen entsprechenden Keratansulfatsynthese.