Dokument: Mechanistic studies on the developmental neurotoxicity of polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) in human and murine 3D in vitro models

Titel:	Mechanistic studies on the developmental neurotoxicity of polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) in human and murine 3D in vitro models
Weiterer Titel:	Mechanistische Studien zur Entwicklungsneurotoxizität Polybromierter Diphenylether (PBDE) in 3D Modellen von Maus und Mensch in vitro
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=37050
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20160203-101436-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dach, Katharina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 6,34 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 02.02.2016 / geändert 02.02.2016
Beitragende:	Prof. Dr. Fritsche, Ellen [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Lutz Schmitt [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) were widely used as flame retardants in consumer products. Due to their lipophilicity they rapidly accumulate in the environment and in human tissues. This is of high concern because PBDEs were classified as developmentally neurotoxic compounds for humans. Thyroid hormones (THs) play a crucial role in many processes of brain development and TH deficiency during development is thus one cause for mental retardation in humans. Since PBDE-treated animals show behavioral abnormalities comparable to animals suffering from hypothyroidism during brain development, TH disruption is discussed as a mechanism for PBDE-induced developmental neurotoxicity (DNT). However, the molecular mechanisms of PBDE-induced DNT are so far elusive. The major aim of this thesis was to evaluate whether BDE-99, one of the most abundant congeners in human tissue, interferes with basic processes of fetal brain development like migration or differentiation into neurons and oligodendrocytes by TH disruption. This aim was pursued by using human and murine neural progenitor cells (h,mNPCs) grown as neurospheres. To reach this goal, first, the mouse neurosphere culture was instituted and characterized. Second, TH signaling was characterized in hNPCs and mNPCs. Third, the oligodendrocyte maturation assay as a test for studying TH disruption in NPCs was developed. Based on these establishments, species-specific modes of action of BDE-99 on oligodendrogenesis were studied. BDE-99 treatment did not reduce NPC migration, but concentration-dependently inhibited human and mouse neuron and oligodendrocyte formation with human oligodendrocyte formation as the most sensitive endpoint. Murine oligodendrocyte formation was induced by TH via thyroid hormone receptor (TR) and BDE-99 disturbed this endpoint by TH disruption independently of TRs. In addition, oligodendrocyte maturation was induced by TH in both species and was therefore chosen as the endpoint for studying TH disruption. BDE-99 interfered with oligodendrocyte maturation by disrupting TH signaling in murine NPCs, but did not affect human oligodendrocyte maturation. In summary, within this thesis the mouse neurosphere culture was established, TH-dependent endpoints were identified in hNPCs and mNPCs and the oligodendrocyte maturation assay was established as a test for studying TH disruption in NPCs. The results of the mechanistic study with BDE-99 clearly indicate species-specific modes of action for this compound acting as a TH disruptor only in mouse, but not in human NPCs. Thus, these data support the notion that human in vitro models should be chosen for chemical hazard assessment and mode of action analyses Polybromierte Diphenylether (PBDEs) fanden breite Verwendung als Flammschutzmittel in verschiedensten Haushaltsprodukten. Aufgrund ihrer Lipophilie akkumulieren sie schnell in der Umwelt und in menschlichen Geweben. Dies ist von hoher Relevanz, weil PBDEs als entwicklungsneurotoxische Substanzen für den Menschen klassifiziert wurden. Thyroidhormone (THs) spielen eine wichtige Rolle bei einigen Prozessen der Gehirnentwicklung und daher führt TH Mangel während der Entwicklung zu mentaler Retardierung. Da PBDE behandelte Tiere ähnliche Verhaltensauffälligkeiten zeigen wie Tiere, die während der Gehirnentwicklung unter Hypothyreose leiden, wird TH Disruption als ein Mechanismus für die von PBDE hervorgerufene Entwicklungsneurotoxizität (ENT) diskutiert. Die molekularen Mechanismen, durch welche PBDEs ENT hervorgerufenen, sind jedoch weitestgehend unbekannt. Das Hauptziel dieser Arbeit war aufzuklären, ob BDE-99, eines der am häufigsten in menschlichem Gewebe vorkommenden PBDE Kongenere, grundlegende Prozesse der fetalen Gehirnentwicklung wie Migration oder Differenzierung in Neurone und Oligodendrozyten durch TH Disruption stört. Hierfür wurden humane und murine neurale Progenitorzellen (h,mNPCs) verwendet, welche als Neurosphären kultiviert wurden. Zum Erreichen dieses Ziels wurde erstens die Mausneurosphärenkultur etabliert und charakterisiert, zweitens wurden die zellulären TH Signalwege in hNPCs und mNPCs charakterisiert und drittens wurde ein Test zur Untersuchung von TH Disruption basierend auf NPCs entwickelt. Aufbauend auf diesen Etablierungsarbeiten wurden die Mechanismen untersucht, die der toxischen Wirkung von BDE-99 auf die Oligodendrogenese zugrunde liegen. Eine Behandlung von NPCs mit BDE-99 beeinflusste die Migration von NPCs nicht, inhibierte jedoch konzentrationsabhängig die humane und murine Bildung von Neuronen und Oligodendrozyten. Dabei stellte die humane Oligodendrozytenbildung den sensitivsten Endpunkt dar. TH induzierte die murine Oligodendrozytenbildung mittels Thyroid-hormonrezeptor (TR)α und BDE-99 störte diesen Endpunkt durch TH Disruption, jedoch unabhängig von TRs. Zudem induzierte TH die Oligodendrozytenreifung in beiden Spezies, welche deshalb als Endpunkt für die Untersuchung von TH Disruption gewählt wurde. BDE-99 inhibierte die Oligodendrozytenreifung in mNPCs durch TH Disruption, während es die Reifung von humanen Oligodendrozyten nicht beeinträchtigte. Zusammengefasst wurde in dieser Arbeit die Mausneurosphärenkultur etabliert, wurden TH-abhängige Endpunkte in hNPCs und mNPCs identifiziert und der „Oligo-dendrozytenreifungsassay“ wurde etabliert, um TH Disruption in NPCs zu untersuchen. Die Ergebnisse der anschließenden mechanistischen Studie zeigen Spezies-spezifische Wirkmechanismen für BDE-99, welcher nur in murinen, aber nicht in humanen NPCs als TH Disruptor wirkt. Daher unterstützen diese Ergebnisse die Ansicht, dass humane in vitro Systeme für die Abschätzung des Gefährdungspotentials von Chemikalien sowie die Aufklärung von Wirkmechanismen genutzt werden sollten.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	03.02.2016
Dateien geändert am:	03.02.2016
Promotionsantrag am:	12.11.2015
Datum der Promotion:	10.12.2015