Dokument: Untersuchungen zum Einfluss von Infrarot-A Strahlung auf die Genexpression in humanen dermalen Fibroblasten

Titel:

Untersuchungen zum Einfluss von Infrarot-A Strahlung auf die Genexpression in humanen dermalen Fibroblasten

Weiterer Titel:

Studies on the influence of infrared-a irradiation on gene expression of human dermal fibroblasts

URL für Lesezeichen:

https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=13711

URN (NBN):

urn:nbn:de:hbz:061-20100106-115817-7

Kollektion:

Dissertationen

Sprache:

Deutsch

Dokumententyp:

Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation

Medientyp:

Text

Autor:

Calles, Christian [Autor]

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Dateien vom 05.01.2010 / geändert 05.01.2010

Beitragende:

Prof. Dr. Krutmann, Jean [Betreuer/Doktorvater]
Prof. Dr. Wagner, Rolf [Gutachter]

Stichwörter:

Infrarot-A, Hautalterung, Genexpression, Fibroblasten, ROS, extrazelluläre Matrix

Dewey Dezimal-Klassifikation:

500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie

Beschreibungen:

Infrarot A-Strahlung (IRA, λ = 760 − 1440 nm) ist ein maßgeblicher Bestandteil der Son-
nenstrahlung und führt ähnlich wie ultraviolette (UV) Strahlung zur Lichtalterung in der
menschlichen Haut durch erhöhte Expression der Matrixmetalloproteinase 1 (MMP-1) in
humanen dermalen Fibroblasten. Dieser genregulatorische Eﬀekt resultiert aus der IRA-
induzierten Aktivierung des pleiotropischen MAPKinase ERK1/2 Signalweges, was zur in
dieser Arbeit belegten Hypothese führte, dass die zelluläre Reaktion auf IRA-Exposition
weit über die Aufregulation von MMP-1 hinaus reicht. In der hier vorliegenden Arbeit
wurden daher die IRA-induzierten Veränderungen des Transkriptoms in primären huma-
nen dermalen Fibroblasten untersucht.
Microarray-Analysen zeigten 599 Transkripte durch physiologisch relevante Dosen an IRA
in primären humanen Hautﬁbroblasten reguliert. Das IRA-induzierte Transkriptom un-
terscheidet sich deutlich von den Änderungen die durch UVB oder UVA im gleichen
Zelltyp induziert werden. IRA-responsive Gene gehörten unter anderem zu folgenden vier
Kategorien: Extrazelluläre Matrix, Calcium-Homöostase, Stress und Apoptose. Diese Er-
gebnisse wurden durch realtime-PCR-Analysen bestätigt, die die IRA-induzierte Regula-
tion von 13 Genen aus den vier Kategorien in allen Fällen bestätigte. Unter Verwendung
von chemischen Inhibitoren bekannter zellulärer Signaltransduktionswege konnte gezeigt
werden, dass neben ERK1/2- auch die weiteren MAPKinasen p38 und JNK an der IRA-
Antwort beteiligt sind, und dass darüberhinaus auch die PI3K/AKT-, STAT3-, IL-6- und
Calcium-vermittelten Signalwege eine funktionelle Relevanz für die IRA-Genantwort be-
sitzen. Es konnte gezeigt werden, dass ein maßgeblicher Teil dieser Genregulation und
der beteiligten Signalwege durch mitochondrielle und in geringerem Ausmaß auch durch
nicht-mitochondrielle Produktion von reaktiven Sauerstoﬀspezien ausgelöst wird, da bei der Zugabe von MitoQ, einem sich mitochondriell anreicherndem Antioxidanz, die Mehrzahl der untersuchten IRA-induzierten Genexpressionsveränderungen unterbunden werden konnten. Diese Arbeit charakterisiert IRA-Strahlung als einen potenten Regulator der Genexpression in menschlichen Hautzellen.
Bei der zellulären IRA-Antwort in Fibroblasten handelt es sich um eine speziﬁsche Re-
aktion, die sich trotz teilweise überlappender biologischer Endpunkte deutlich von der
Reaktion auf andere Noxen des elektromagnetischen Spektrums unterscheidet. Die hier
erstmals identiﬁzierten IRA-regulierten Gene sind von entscheidender Wichtigkeit für die
Homöostase der menschlichen Haut. Die in dieser Arbeit gewonnenen Expressionsdaten
bestätigen und vertiefen die Erkenntnis, dass die von IRA induzierten Veränderungen der
Genexpression zur vorzeitigen Hautalterung beitragen und die Aufklärung der Vielzahl
an der IRA-Antwort beteiligten Gene und Signalwege weist daraufhin, dass weitere durch
IRA-ausgelöste biologische Eﬀekte in der menschlichen Haut zu erwarten sind.

Infrared A radiation (IRA, λ = 760 − 1440 nm) is a major part of natural sunlight. Similar to ultraviolet (UV) radiation, IRA leads to light induced ageing of human skin, mainly caused by increased expression of matrixmetalloproteinase 1 (MMP-1) in human dermal fibroblasts. As increased expression of MMP-1 resulted from IRA induced activation of pleiotropic MAPkinase ERK1/2 signaling pathway, this led to the hypothesis proved in this thesis that the cellular reaction to IRA exposition reaches far beyond the upregulation of MMP-1. Therefore this study focused on the IRA induced changes of the transcriptome of human primary dermal fibroblasts.
Microarray-analysis showed 599 transcripts being regulated by physiological relevant doses of IRA in primary human dermal fibroblasts. The IRA induced transcriptome clearly differs from the changes induced by UVB or UVA in the same celltype. IRA responsive genes, among others, fell into these four categories: extracellular matrix, calcium homeostasis, stress and apoptosis. These results were verified by realtime-PCR analysis, confirming the IRA induced regulation of thirteen genes from all four categories in all cases. With the use of chemical inhibitors of known cellular signal transduction pathways it could be shown that besides ERK 1/2 the other MAPkinases p38 and JNK were involved in the IRA response as well. Furthermore it could be shown that PI3K/AKT-, STAT3-, IL6- and calcium mediated signaling has a functional relevance for the IRA gene response. Additionally, the results of this work point out that a major part of this gene regulation and involved signaling is dependent on the production of reactive oxygen species (ROS) in the mitochondria and to a lesser extent to non-mitochondrial ROS production, as application of MitoQ, a mitochondrium targeted antioxidant could abrogate most of the IRA induced gene expression modulation. This work characterizes IRA radiation as a potent regulator of gene expression in human skin cells.
The cellular IRA response in fibroblasts is a specific reaction, which besides partially overlapping endpoints clearly differs from the reaction to other noxae from the electromagnetic spectra. The IRA regulated genes identified for the first time within this work are of crucial importance for skin homeostasis. The gene expression data gained by this work confirms and deepens the insight that IRA induced gene expression changes account for premature skin ageing. Elucidation of the multitude genes and signaling pathways involved in the IRA response points towards further IRA triggered biological effects that can be expected to occur in human skin.

Lizenz:

Urheberrechtsschutz

Fachbereich / Einrichtung:

Sonstige Einrichtungen/Externe » An-Institute » Institut für Umweltmedizinische Forschung (IUF) an der HHU

Dokument erstellt am:

04.01.2010

Dateien geändert am:

05.01.2010

Promotionsantrag am:

20.10.2009

Datum der Promotion:

10.12.2009

Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

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