Dokument: Role of the Purinergic Signaling in Healing Processes of the Heart and the Kidney after Ischemia/ Reperfusion Injury
| Titel: | Role of the Purinergic Signaling in Healing Processes of the Heart and the Kidney after Ischemia/ Reperfusion Injury | |||||||
| Weiterer Titel: | Die Rolle der purinergen Signaltransduktion in Heilungsprozessen des Herzens und der Niere nach Ischämie/ Reperfusionsschaden | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=46350 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20190709-091415-3 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Dr. rer. nat. Görldt, Nicole [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Schrader, Jürgen [Gutachter] Prof. Dr. Thomas Klein [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | CD73, Adenosine, Ischemia/ Reperfusion Injury (IRI), Myocardial Infarction (MI), Akute Kidney Injury (AKI) | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Despite advances in preventive strategies in the treatment of ischemia/reperfusion injury (IRI), IRI continues to be associated with high morbidity and mortality. Further improvement of therapeutic strategies requires a deeper understanding of the cellular and molecular mechanisms, that occur after myocardial infarction (MI) and acute kidney injury (AKI). A key event in the early phase after injury is ATP release into the tissue microenvironment by apoptotic/ necrotic cells promoting pro-inflammatory responses, while its breakdown-product, adenosine, formed by CD39 and CD73, signals via adenosine receptors (A1R, A2AR, A2BR or A3R) and promotes healing processes. The present study explored the role of the purinergic signaling and adenosine in two experimental models: the heart and the kidney after IRI using various tissue-specific CD73 mouse mutants.
In the heart, we demonstrated that cardiac infiltrating T cells upregulated the expression of CD73 after MI. Stimulation of T cells resulted in increased ATP hydrolysis and adenosine formation underlining the role of T cells in nucleotide breakdown. Moreover, we showed that extracellular ATP catabolism aside of CD39 importantly involves pyrophosphatases. Infiltrating and blood circulating CD4+ T cells express A2AR, but more interestingly the A2BR became upregulated only on cardiac infiltrating CD4+ T cells after MI. In functional studies we demonstrated that A2AR as well as A2BR stimulation reduced the overall cytokine secretion profile (e.g., IFN-γ and IL-17). FACS sorted cardiac T cells lacking CD73 showed increased secretion of pro-inflammatory cytokines indicating an important role of A2AR and A2BR signaling for the healing process after MI. In the kidney, we found that loss of CD73 on fibroblasts/ pericytes led to reduced kidney function, increased collagen formation and matrix deposition due to increased myofibroblast transformation as well as impaired immune cell infiltration after 14d, while initial injury was the same compared to control littermates. This phenotype could be fully reversed after treatment with soluble CD73. Moreover, fibroblasts isolated from CD73-/- mouse kidneys and cultured in vitro displayed a hyperproliferative phenotype compared to fibroblasts isolated from wildtype kidneys. In contrast, lack of CD73 on tubular cells resulted in increased tissue damage in the initial phase after injury leading to impaired kidney function and increased fibrosis formation after 14d. Taking together, our findings suggest that CD73 activity on T cells infiltrating the infarcted myocardium plays an important role in tissue recovery and healing, which is mediated by A2AR and A2BR signaling by inhibition of pro-inflammatory cytokines. In the kidney, we found that CD73 on fibroblasts/ pericytes and tubular cells importantly contributes to fibrosis formation and resolution of inflammation after AKI. In summary, we showed the importance of CD73 and adenosine signaling in orchestrating wound healing and immune response, which may lead to novel therapeutic concepts for treatment of MI or AKI.Trotz Fortschritte bei der Behandlung von Ischämie/ Reperfusionsschäden (I/R) an Herz und Niere, bleibt der resultierende Krankheitsprozess mit einer hohen Morbiditäts- und Mortalitätsrate assoziiert. Weitere Fortschritte auf diesem Gebiet hängen wesentlich von einem tieferen Verständnis der zellulären und molekularen Mechanismen ab, welche den Krankheitsverlauf nach Herzinfarkt (MI) oder akutem Nierenversagen (AKI) bestimmen. Ein Schlüsselereignis in der frühen Phase nach I/R, ist die Freisetzung von ATP durch nekrotische/ apoptotische Zellen, welches typischerweise zu einer pro-inflammatorischen Antwort führt, wohingegen das ATP-Abbauprodukt Adenosin, welches durch die Ektoenzyme CD39 und CD73 gebildet wird, über Adenosinrezeptoren (A1R, A2AR, A2BR oder A3R) anti-inflmmatorische Effekte vermittelt. In der vorliegenden Studie wurde die Rolle von Adenosin im Rahmen der purinergen Signaltransduktion in zwei experimentellen Modellen untersucht: im Herzen und in der Niere nach MI bzw. AKI unter Verwendung verschiedener Gewebs-spezifischer CD73 Maus-Mutanten. Im Herzen war bekannt, dass T-Zellen, welche das Herzgewebe nach Infarkt infiltrieren, die Expression von CD73 hochregulieren. Stimulation von T-Zellen resultierte in erhöhter Hydrolyse von ATP und der Bildung von Adenosin, was die Beteiligung von T-Zellen im Abbau von Nukleotiden belegte. Weiterhin konnten wir zeigen, dass beim extrazellulären ATP Abbau neben der CD39 noch Pyrophosphatasen beteiligt sind. Sowohl infiltrierende als auch im Blut-zirkulierende CD4+ T-Zellen exprimierten wesentlich den A2AR, wobei der A2BR interessanterweise nur in Herz-infiltrierenden CD4+ T-Zellen nach Infarkt hochreguliert wurde. In funktionellen Studien konnten wir zeigen, dass eine Stimulation des A2ARs als auch des A2BRs, eine allgemine Reduktion der Zytokinausschüttung zur Folge hatte (z. B. IFN-γ und IL-17). In der Niere fanden wir, dass ein Verlust von CD73 auf Fibroblasten/ Periyzten der Niere zu einer reduzierten Nierenfunktion, erhöhten Kollagenbildung und Matrixablagerung im Zuge erhöhter Myofibroblasten-Transformation sowie einer gestörten Immunzellinfiltration nach 14 Tagen führt, wobei die initiale Verletzung vergleichbar zu der der Kontrolltier-Gruppe war. Zusätzlich zeigten Fibroblasten, welche aus der Niere von CD73-/- Mäusen isoliert und in vitro kultiviert wurden, einen hyperproliferativen Phänotyp. Im Gegensatz dazu führte der Verlust der CD73 auf tubulären Zellen der Niere zu einem erhöhten Gewebsschaden in der initialen Phase der Verletzung, und dies führte langfristig ebenfalls zu gestörter Nierenfunktion und gesteigerten Fibrose. Insgesamt zeigen unsere Ergebnisse, dass die CD73-Aktivität auf T-Zellen eine zentrale Rolle bei der Heilung des Herzens nach Infarkt spielt, was durch eine Adenosin-bedingte Hemmung pro-inflammatorischer Zytokine bedingt ist und über eine Aktivierung von A2AR und A2BR vermittelt wird. In der Niere sind insbesondere CD73 auf Fibroblasten/ Perizyten und tubulären Zellen wichtig, wobei das dort gebildete Adenosin antifibrotisch und entzündungshemmend wirkt. Zusammenfassend konnten wir die Bedeutsamkeit von CD73 und Adenosin in der Orchestrierung von Wundheilung und Immunantwort aufdecken, was die Möglichkeit für die Entwicklung neuer therapeutische Konzepte für die Behandlung von MI oder AKI bietet. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 09.07.2019 | |||||||
| Dateien geändert am: | 09.07.2019 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 24.05.2017 | |||||||
| Datum der Promotion: | 01.09.2017 |
