Dokument: Function of Hypoxia Inducible Factor HIF1α in Dendritic Cells and Macrophages

Titel:	Function of Hypoxia Inducible Factor HIF1α in Dendritic Cells and Macrophages
Weiterer Titel:	Funktion des Hypoxia Inducible Factor HIF1α in Dendritischen Zellen und Makrophagen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=21768
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20120710-145622-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Köhler, Theresa [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 13,22 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 02.07.2012 / geändert 02.07.2012
Beitragende:	Prof. Dr. Förster, Irmgard [Gutachter] Prof. Dr. Hegemann, J. H. [Gutachter]
Stichwörter:	Hypoxia, Dendritic Cells, Macrophages, IL-22, Infection
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Der Transkriptionsfaktor Hypoxia-Inducible Factor (HIF) 1α ist essentiell für jede Zelle, um sich sauerstoffarmen Bedingungen, wie sie zum Beispiel bei Infektionen und anderen Entzündungen vorherrschen, anzupassen. HIF1α induziert nicht nur die Umstellung des zellulären Metabolismus von aerober oxidativer Phosphorilierung zur anaeroben Glykolyse, sondern reguliert auch Immunantworten in hypoxischem Milieu. Besonders dendritische Zellen (DC) und Makrophagen (MΦ), beides Antigen-präsentierende Zellen des angeborenen Immunsystems, agieren an Orten mit niedrigen Sauerstoffkonzentrationen. Um die Rolle von HIF1α in diesen beiden Zelltypen zu untersuchen, wurden Knockout-Mauslinien generiert, in denen HIF1α DC-spezifisch oder MΦ-spezifisch deletiert ist. DC und MΦ wurden aus Knochenmarks (BM) -Vorläuferzellen dieser Mäuse unter normoxischen, als auch unter hypoxischen Bedingungen differenziert. Für beide Zelltypen konnte ein geringeres Wachstum in Hypoxie beobachtet werden. Hypoxie führte in BMDC zur Aktivierung der Zellen, während der Reifungsmarker CD86 in BMMΦ nur in hypoxischen HIF1α-defizienten BMMΦ verstärkt exprimiert wurde. Passend dazu konnte gezeigt werden, dass nur HIF1α-defiziente BMMΦ die Zytokine IL-12, TNFα und IL-23 verstärkt in einem hypoxischem Milieu sekretieren, während hypoxische BMDC die Zytokine IL-12, IL-10, IL-23, IL-6, IL-1β und TNFα HIF1α-unabhängig inhibieren. Erstaunlicherweise konnte erstmals gezeigt werden, dass BMDC in sauerstoffarmer Atmosphäre IL-22 produzieren, und zwar abhängig von HIF1α. Eine erhöhte Expression des Chemokinrezeptors CCR7, welcher notwendig zur Auswanderung von DC aus entzündetem Gewebe ist, konnte in hypoxischen HIF1α-profizienten BMDC gefunden werden. Passend dazu konnte in zwei unabhängigen Migrations-Studien gezeigt werden, dass Hypoxie zu einer verstärkten Wanderung von BMDC führt. Dieser Effekt konnte nicht in HIF1α-defizienten BMDC beobachtet werden. Dagegen wurden die Chemokine CCL17 und CCL22 in hypoxischen BMDC HIF1α-unabhängig hochreguliert, während hypoxische BMMΦ zwar eine verstärkte HIF1α-abhängige Sekretion von CCL17 and CCL22, jedoch nur einen Bruchteil dessen, was DC produzieren, aufwiesen. Zusätzlich wurde auch die Funktion von HIF1α in DC und MΦ in verschiedenen Infektionsmodellen untersucht. BMDC und BMMΦ wurden in vitro mit S. aureus, L. monocytogenes, group A streptococcus (GAS), group B streptococcus (GBS), and E. coli in normoxischen, sowohl als auch in sauerstoffarmem Milieu infiziert. Unabhängig vom Bakterienstamm konnte gezeigt werden, dass mehr BMMΦ in anoxischen und hypoxischen Co-Kulturen überleben als in den normoxischen, welches noch deutlicher ausgeprägt bei den HIF1α-defizienten BMMΦ war. Auch BMDC wiesen eine erhöhte Viabilität in sauerstoffarmem Milieu auf, jedoch nur in Co-Kulturen mit GAS, GBS and E. coli. Zusätzlich konnte in BMDC und BMMΦ gezeigt werden, dass HIF1α in hypoxischem Milieu notwendig ist, um E. coli oder intrazelluläre L. monocytogenes in vitro zu töten, welches zumindest bei hypoxischen HIF1α-defizienten BMMΦ auf eine geringere Expression des antimikrobiellen Peptids Cramp und des anti-inflammatorischen Enzyms IDO zurückzuführen ist. Trotz dieser Ergebnisse konnten in systemischen in vivo Infektionen mit L. monocytogenes keine Effekte nach Verlust von HIF1α in DC oder MΦ beobachtet werden. Weder in einem S. aureus Hautinfektionsmodel, noch nach oraler Infektion mit Citrobacter rodentium konnten Unterschiede zwischen Zelltyp-spezifischen HIF1α-knockout Mäusen und wildtyp Mäusen in vivo aufgezeigt werden. Hypoxia is a key feature of inflammation. The transcription factor Hypoxia-inducible factor (HIF) 1α is responsible for major alterations in gene expression as part of the cellular adaptation to hypoxia. Since dendritic cells (DC) and macrophages (MΦ) are the main antigen presenting cells and need to also act under conditions of extremely low oxygen, the function of HIF1α in these cell types was investigated. Therefore, mice with a specific deficiency for HIF1α in DC and in MΦ were employed and bone marrow (BM)-derived DC and MΦ were generated in normoxic versus hypoxic conditions. BMDC and BMMΦ showed reduced growth in hypoxia. Increased maturation in BMDC was induced by hypoxia independently of HIF1α, whereas in BMMΦ upregulation of the maturation marker CD86 was restricted to HIF1α-deficient cells. In hypoxic BMDC production of the cytokines IL-12, IL-10, IL-23, IL-6, IL-1β and TNFα was inhibited, whereas secretion of IL-22 was strongly enhanced under hypoxic conditions in a HIF1α-dependent manner. BMMΦ showed a remarkably different expression pattern of cytokines than BMDC, with enhanced production of IL-12, TNFα and IL-23 only in hypoxic HIF1α-deficient BMMΦ. Studying BMDC migration markers, an upregulation of CCR7 in a HIF1α-dependent manner in hypoxia was found. Using two independent migration assays, I could observe that this was accompanied by an enhanced migratory capability of hypoxic BMDC, which was less pronounced in HIF1α-deficient BMDC. Production of the chemokines CCL17 and CCL22 by BMDC was increased in conditions of low oxygen independent of HIF1α, in contrast to hypoxic BMMΦ, which showed moderate CCL22 and CCL17 expression under the control of HIF1α. In addition, the role of HIF1α in DC and MΦ was studied in various infection models. BMDC and BMMΦ were infected with S. aureus, L. monocytogenes, group A streptococcus (GAS), group B streptococcus (GBS), and E. coli in vitro under normoxic and under oxygen-deprived conditions. Independent of the bacterial strain, a better survival of anoxic and hypoxic BMMΦ compared to normoxic BMMΦ was observed in the experiments, which was even more pronounced in HIF1α-deficient BMMΦ. Hypoxic BMDC also revealed enhanced survival rates in response to GAS, GBS and E. coli compared to normoxic BMDC. Additionally, I could find a decreased capacity of HIF1α-deficient innate immune cells to kill E. coli or intracellular L. monocytogenes in hypoxia in vitro. This might be explained, at least in BMMΦ, by a decreased expression of the antimicrobial peptide Cramp and the anti-inflammatory enzyme IDO, which was detected in hypoxic HIF1α-deficient BMMΦ. Despite these findings, no effects of HIF1α-deficiency were seen in an in vivo model of a systemic infection with L. monocytogenes. Neither in a skin infection model, in which cell-type specific HIF1α-knockout mice were infected with S. aureus, nor in an oral infection model with Citrobacter rodentium, HIF1α in DC and MΦ was found to be required for efficient host defence against these pathogens in vivo.
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Fachbereich / Einrichtung:	Sonstige Einrichtungen/Externe » An-Institute » Institut für Umweltmedizinische Forschung (IUF) an der HHU
Dokument erstellt am:	10.07.2012
Dateien geändert am:	10.07.2012
Promotionsantrag am:	07.05.2012
Datum der Promotion:	27.06.2012