Dokument: Iron-sulfur cluster coordinating Glutaredoxins in neuroinflammatory degeneration and regeneration
| Titel: | Iron-sulfur cluster coordinating Glutaredoxins in neuroinflammatory degeneration and regeneration | |||||||
| Weiterer Titel: | Eisen-Schwefel-Zentren koordinierende Glutaredoxine in neuroinflammatorischer Degeneration und Regeneration | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=42699 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20170621-113556-5 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Lepka, Klaudia [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Professor Aktas, Orhan [Gutachter] Prof. Dr. Willbold, Dieter [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche Erkrankung des zentralen Nervensystems und stellt die Hauptursache für irreversible neurologische Beeinträchtigungen unter jungen Erwachsenen in der westlichen Welt dar. Pathologische Charakteristika sind fokale durch eingewanderte Immunzellen vermittelte Inflammations- sowie Demyelinisierungsherde. Die einhergehende Aktivierung der Mikroglia, der residenten Immunzellen des zentralen Nervensystems, führt zu einer verstärkten Produktion reaktiver Sauerstoff- und Stickstoff-Spezies. Diese Spezies tragen über oxidative Schädigungen von Lipiden, Nukleotiden und Proteinen in Oligodendrozyten zu deren Degeneration und somit zum Demyelinisierungsprozess bei. Entstandene Proteinoxidationen können durch Oxidoreduktasen aufgehoben werden. Mitglieder dieser Proteinfamilie, wie die Glutaredoxine (Grx), regulieren über den Protein-Thiol-Redox Status eine Vielzahl an wichtigen Signalwegen. Beispielsweise trägt Grx2 wesentlich zu der Hirnentwicklung in Vertebraten bei, doch ist der genaue Einfluss der Grx auf neuroinflammatorische Krankheitsverläufe bisher nicht untersucht. Die Ziele der vorliegenden Arbeit sind zum einen, die Untersuchung der Rolle von Grx in neuroinflammatorischen Degenerationsprozessen der Oligodendrozyten und zum anderen, die Untersuchung der Rolle von Grx2 auf die Migration und die Differenzierungsfähigkeit der Oligodendrozyten-Vorläuferzellen, Schlüsseleigenschaften für eine funktionsfähige Remyelinisierung.
Unsere Ergebnisse belegen einen Einfluss der Grx2-Konzentrationen auf die Stickstoffmonoxid(NO)-Resistenz primärer Oligodendrozyten-Vorläuferzellen aus der Maus, welche durch Behandlung mit rekombinantem Grx2 oder Grx2-spezifischer si-RNA moduliert wurden. Reduzierte Grx2-Konzentrationen verstärkten die Vulnerabilität von Oligodendrozyten gegenüber NO, während erhöhte Grx2-Konzentrationen die Überlebensfähigkeit der Oligodendrozyten in Gegenwart von NO steigerten. Zu beachten ist, dass dieser Vorgang nicht auf der enzymatischen Aktivität, sondern auf der NO-abhängigen Umwandlung des Grx-spezifischen Eisen-Schwefel-Zentrums (FeS) in Dinitrosyl-Diglutathionyl-Eisen-Komplexe beruht. Auf diese Weise schützt die Grx2-abhängige NO-Entgiftung Oligodendrozyten vor nitrosativen und oxidativen Schädigungen. Weiterhin belegen unsere Daten, dass Grx2 die Regenerationseigenschaften von Oligodendrozyten modifiziert. Die Behandlung primärer Oligodendrozyten-Vorläuferzellen mit Grx2 erhöhte die Fähigkeit zur Transmigration und blockierte deren Differenzierung im migrierenden NG2-Stadium. Zusätzliche ex vivo Ansätze verifizierten die systemische Relevanz der oben genannten zellkulturbasierten Resultate. Die Expression von Grx2 war sowohl in humanen MS-Läsionen wie auch in der akuten Phase der Experimentellen Autoimmunen Enzephalomyelitis, einem Tiermodell der MS, in Mäusen gesteigert. In organotypischen Schnittkulturen des Kleinhirns inhibierte eine Behandlung mit Grx2 die NO-induzierte Degeneration von Myelin und erhöhte die Anzahl an NG2- sowie verzweigten myelinexprimierenden Zellen unter remyelinisierenden Bedingungen. Zusammenfassend steigerte rekombinantes Grx2 die Migration von Oligodendrozyten-Vorläuferzellen und blockierte deren Differenzierung. Darüber hinaus stellt Grx2 das erste Beispiel eines FeS-koordinierenden Enzyms dar, dessen Cofaktor-Abbau über die beschriebene NO-Entgiftung einen protektiven Effekt auf die Zellviabilität hervorruft. Die vorliegenden Daten bieten eine vielversprechende Grundlage für neue Therapieansätze in der Behandlung inflammatorisch demyelinisierender Ergkrankungen wie der MS.Multiple Sclerosis (MS) is a chronic inflammatory disease and the major cause for sustained neurological disabilities among young adults in western countries. Its pathology is characterized by focally appearing neuroinflammation via invading immune cells as well as focal demyelination. The concomitant activation of microglia, the resident immune cells of the central nervous system, leads to increased production of reactive oxygen and nitrogen species. Subsequent oxidative damage of lipids, nucleotides and proteins contributes to oligodendrocyte degeneration and hence, to demyelination. The oxidation of proteins can be reversed by oxidoreductases. Proteins of this family, like Glutaredoxins (Grxs), control various important signaling pathways via regulation of the protein thiol redox state. Grx2, for example, essentially contributes to brain development in vertebrates. However, the role of Grxs in neuroinflammatory diseases remains to be investigated. The aims of this study are firstly, to investigate the role of Grxs in neuroinflammation-mediated degeneration of oligodendrocytes and secondly, to examine the role of Grx2 in oligodendrocyte progenitor migration and differentiation, which are key properties for functional remyelination. Our findings demonstrate that modulation of Grx2, via treatment with recombinant Grx2 or Grx2-specific si-RNA, affects the viability of primary mouse oligodendrocyte progenitors challenged by nitric oxide (NO). Decreased Grx2 levels enhanced the vulnerability of oligodendrocytes for NO while Grx2 treatment improved their viability in presence of NO. Of note, this was independent from the enzymatic activity of Grx2. UV-VIS spectroscopy and electron paramagnetic resonance spectroscopy revealed the NO-dependent disassembly of the Grx-specific iron-sulfur cluster (FeS) to result in formation of dinitrosyl-diglutathionyl-iron complexes. Thus, the Grx2-dependent NO-detoxification decreased nitrosative as well as oxidative damage in oligodendrocytes. Our results further demonstrate that Grx2 affects regeneration properties of oligodendrocytes. Treatment with Grx2 increased the transmigration of primary oligodendrocyte progenitors and blocked their differentiation in the migrating NG2-state. The systemic importance of the cell culture-based findings was verified using different ex vivo approaches. The expression of Grx2 was upregulated in acute human MS lesions as well as in the acute phase of experimental autoimmune encephalomyelitis, an animal model for MS, in mice. In cerebellar organotypic slice cultures, treatment with Grx2 protected against NO-mediated degeneration of myelin and increased the number of NG2- as well as ramified myelin-expressing cells under remyelinating conditions. In conclusion, recombinant Grx2 enhanced oligodendrocyte progenitor migration and decreased their differentiation. Moreover, Grx2 is the first example to demonstrate a beneficial role of FeS disassembly, thus promoting cell survival via NO-detoxification. We hypothesize FeS-coordinating Grxs to play a promising role in future therapies for inflammatory demyelinating diseases, such as MS. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 21.06.2017 | |||||||
| Dateien geändert am: | 21.06.2017 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 11.01.2017 | |||||||
| Datum der Promotion: | 07.02.2017 |
