Dokument: Einfluss von kolloidalen Silikananopartikeln auf die EGFR-abhängige Signaltransduktion

Titel:	Einfluss von kolloidalen Silikananopartikeln auf die EGFR-abhängige Signaltransduktion
Weiterer Titel:	Effects of colloidal silica nanoparticles on EGFR-dependent signal transduction
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=43011
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20170814-125902-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	M.Sc. Kümper, Alexander [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 13,43 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 31.07.2017 / geändert 31.07.2017
Beitragende:	PD Dr. Unfried, Klaus [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Heise, Henrike [Gutachter]
Stichwörter:	Silika, Silica, Siliciumdioxid, Nanopartikel, Silikananopartikel, EGFR, EGF, Proliferation,
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Moderne Nanomaterialien nehmen eine immer größere Bedeutung in industriell gefertigten Produkten ein. Der Mensch kommt deshalb über verschiedene Expositionswege, die z.T. auch den medizinischen Einsatz von Nanopartikeln in diagnostischen oder therapeutischen Anwendungen beinhalten, in Kontakt. Die Interaktion von Nanomaterialien mit biologischen Systemen des menschlichen Körpers wird von den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Partikel bestimmt. Die Art der Interaktion mit einzelnen Körperzellen bzw. deren Bestandteilen entscheidet, ob positive oder negative Effekte auf die Gesundheit des Menschen entstehen. In dieser Arbeit wurden kolloidale Silikananopartikel, die aus Tetraethylorthosilicat nach der Synthese von Hartlen (2008) hergestellt wurden, auf ihre Fähigkeit untersucht, mit den Signaltransduktionswegen epithelialer Zellen zu interagieren. Im Versuchssystem mit Rattenlungenepithelzellen (RLE 6TN) wurden drei verschiedene Größen kolloidaler Silikananopartikel (Si15 – 15 nm; Si25 – 25 nm; Si80 – 80 nm) untersucht und mit Kontrollnanopartikeln verglichen. Zusätzlich zur Zytotoxizität der Partikel wurden vor allem Effekte auf die Zellproliferation und Signaltransduktion betrachtet. Neben den molekularen Mechanismen der Partikeleffekte wurden insbesondere die Aufnahmemechanismen der Silikananopartikel und die subzelluläre Lokalisation der Partikel in den Zellen untersucht. Die kleinsten verwendeten Silikapartikel (Si15) zeigten einen bislang nicht beschriebenen inhibitorischen Effekt auf die durch den epidermalen Wachstumsfaktor- (EGF-)vermittelte Zellproliferation. Dieser Effekt war nicht durch die Induktion von Zelltod auf der Ebene von Apoptose oder Nekrose begründet. Vielmehr zeigte sich eine spezifische Interaktion von Silikananopartikeln mit der EGFR-abhängigen proliferativen Signaltransduktion. Si15 Nanopartikel führten zu einer Reduktion der Phosphorylierung des EGFRs am Tyrosinrest 1173. Die mit der Aktivierung des Rezeptors einhergehende Internalisierung und die Aktivierung von intrazellulären Signalkinasen, insbesondere Proteinkinase B (Akt), wurden durch die Nanopartikel signifikant verringert. Die molekularen Mechanismen der antiproliferativen Wirkung der Nanopartikel wurden auf der Ebene der Interaktion mit dem natürlichen Liganden EGF identifiziert. So konnte in zellfreien Untersuchungen mit fluoreszenzmarkiertem EGF gezeigt werden, dass dieser an Silikananopartikel bindet. Konfokalmikroskopische Untersuchungen zeigten im zellulären System eine Kolokalisation der Partikel und EGF in vesikulären Strukturen. Weitere Analysen mit den Endozytose-Inhibitoren Chlorpromazin und Filipin III haben gezeigt, dass die Silikananopartikel (SiNP) in Abwesenheit von EGF Clathrin-abhängig von den Zellen internalisiert werden. Durch Färbungen mit vesikulären Markern wurden die SiNP in frühen und späten Endosomen lokalisiert, sodass von einem Transport der Partikel zu den Lysosomen ausgegangen werden kann. Modern nanomaterial is becoming increasingly important in industrially manufactured products. The human being therefore comes across various routes of exposure, including the medical use of nanoparticles in diagnostic or therapeutic applications. The interaction of nanomaterial with biological systems of the human body is determined by the physicochemical properties of the particles. This type of interaction with individual body cells determines whether positive or negative effects for human health are elicited. In this work, colloidal silica nanoparticles prepared from tetraethylorthosilicate by the Hartlen synthesis (2008) were tested for their ability to interact with the signal transduction pathways of epithelial cells. In the experimental system with rat epithelial cells (RLE 6TN), three different sizes of silica nanoparticles (Si15 - 15 nm, Si25 - 25 nm, Si80 - 80 nm) were investigated and compared with control nanoparticles. In addition to cytotoxicity, the effects of the particles on cell proliferation and signal transduction were considered. The molecular mechanisms of the particle effects as well as the uptake mechanisms of the silica nanoparticles and subcellular localization of the particles were investigated. The smallest silica particles (Si15) exhibited an inhibitory effect on the epidermal growth factor (EGF-) mediated cell proliferation. This effect was not caused by the induction of cell death at the level of apoptosis or necrosis. Rather, a specific interaction of silica nanoparticles with EGFR-dependent proliferative signal transduction was demonstrated. Exposure to Si15 nanoparticles resulted in a reduction of EGFR phosphorylation at tyrosine residue 1173. The nanoparticles significantly reduced EGFR internalization and the activation of intracellular signal kinases, particularly protein kinase B (Akt), which are associated with the activation of the receptor. The molecular mechanisms of the anti-proliferative effect of the nanoparticles were identified at the level of interaction with the natural ligand EGF. This was shown in cell-free investigations with fluorescence-tagged EGF that it binds to silica nanoparticles. Confocal microscopy showed a colocalization of the particles and EGF in vesicular structures in the cellular system. Further analyses with the endocytosis inhibitors chlorpromazine and filipin III showed that the silica nanoparticles were internalized in the absence of EGF employing clathrin-dependent mechanisms. Using fluorescent markers for sub-cellular vesicles, silica nanoparticles localized in early and late endosomes. Thus, it was concluded that silica nanoparticles after internalization are transported to the lysosomes.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	14.08.2017
Dateien geändert am:	14.08.2017
Promotionsantrag am:	15.05.0017
Datum der Promotion:	20.07.0017