Dokument: Regulation der kardialen Myofibroblastendifferenzierung – Rolle von Thioredoxin-1

Titel:	Regulation der kardialen Myofibroblastendifferenzierung – Rolle von Thioredoxin-1
Weiterer Titel:	Regulation of cardiac myofibroblast differentiation - Role of Thioredoxin-1
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=53425
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20200616-111553-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Zurek, Mark [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 11,16 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 11.06.2020 / geändert 11.06.2020
Beitragende:	Prof. Dr. Haendeler, Judith [Gutachter] Prof. Dr. Gödecke, Axel [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Kardiale Fibroblasten gelten als kritische Regulatoren der Struktur des Herzgewebes. Sie werden während der Narbenbildung nach Myokardinfarkt in der interstitiellen Fibrose im Kontext der Herzinsuffizienz aktiviert. Diese aktivierten kardiale Fibroblasten werden aufgrund einer ihrer Hauptcharakteristika, der Expression von glattmuskulärem alpha Aktin (alpha Smooth Muscle Actin, αSMA), das sie mechanisch widerstandsfähig und kontraktionsfähig macht, als Myofibroblasten bezeichnet. Die Arbeitsgruppe Haendeler hatte gezeigt, dass zur Aktin-Faser-Polymerisation der Abbau der Oxidoreduktase Thioredoxin-1 notwendig ist. Daher war ein Ziel dieser Arbeit zu untersuchen, ob die Myofibroblastendifferenzierung von Thioredoxin-1 abhängig ist. Zudem legen neuere Studien nahe, dass funktionelle Mitochondrien eine Rolle in dieser Differenzierung spielen. Daher war ein weiteres Ziel aufzuklären ob Telomerase Reverse Transcriptase (TERT) in die kardiale Myofibroblastendifferenzierung involviert ist, da gezeigt worden war, dass sie für die mitochondriale Atmung notwendig ist. TERT ist die katalytische Untereinheit des Enzyms Telomerase, welches der Telomerverkürzung im Zellkern entgegenwirkt. TERT ist aber auch in den Mitochondrien lokalisiert, wo sie an mitochondriale DNA bindet und die Atmungskettenaktiviät verbessert. Daher waren Mäuse generiert worden, die TERT exklusiv in den Mitochondrien enthalten (mitoTERT Mäuse). Kardiale Fibroblasten wurden aus Wildtyp, TERT-defizienten und mitoTERT Mäusen isoliert, kultiviert und zur Induktion der Myofibroblastendifferenzierung mit dem Zytokin Transformierender Wachstumsfaktor beta 1 (Transforming Growth Factor β1, TGF-β1) behandelt. Als Surrogatmarker für diese Differenzierung wurden die αSMA Proteinlevel gemessen. Zudem wurde die Zellmorphologie mit Hilfe von Immunfluoreszenzfärbungen untersucht. Kardiale Fibroblasten aus TERT-defizienten Mäusen waren nicht in der Lage in Myofibroblasten zu differenzieren. Im Gegensatz dazu zeigten die Zellen aus mitoTERT Herzen eine verbesserte Differenzierung im Vergleich mit Zellen aus wildtypischen Tieren. Der Defekt in den TERT-defizienten Zellen konnte darauf zurückgeführt werden, dass diese nach TGF-β1 Behandlung nicht in der Lage waren reaktive Sauerstoffspezies zu induzieren und Thioredoxin-1 abzubauen. Diese Defekte waren in Fibroblasten aus mitoTERT Mäusen vollständig kompensiert, welche sogar Verbesserungen gegenüber den Wildtyp Zellen zeigten. Zusammenfassend ist Thioredoxin-1 entscheidend in die Myofibroblastendifferenzierung involviert, da sein Abbau notwendig für den Phänotypwechsel kardialer Fibroblasten zu Myofibroblasten ist. Zudem resultiert TERT-Defizienz in einer verminderten Myofibroblastendifferenzierungs-Kapazität, welche durch mitochondriale TERT nicht nur wiederhergestellt sondern sogar verbessert wird. Cardiac fibroblasts are considered as critical regulators of the structure of the heart and are activated during disease-triggered scar formation and interstitial fibrosis in the context of myocardial infarction and heart failure respectively. These activated cardiac fibroblasts are called myofibroblasts, accounting for one of their main features, the expression of alpha Smooth Muscle Actin (αSMA), which makes them mechanically resistent and contractable. The Haendeler group demonstrated that Actin fiber polymerization requires the degradation of the Oxidoreductase Thioredoxin-1. Therefore, one aim of this thesis was to investigate whether myofibroblast differentiation depends on Thioredoxin-1. Moreover, recent findings suggest a role for functional mitochondria within this differentiation. Thus, another aim was to elucidate whether Telomerase Reverse Transcriptase (TERT), which has been shown to be required for mitochondrial respiration, is involved in cardiac myofibroblast differentiation. TERT is the catalytic subunit of the enzyme Telomerase that counteracts telomere shortening in the nucleus. TERT is also localized in the mitochondria, where it binds to mitochondrial DNA and improves respiratory chain activity. Thus, mice were generated, which exclusively have TERT in the mitochondria (mitoTERT mice). Cardiac fibroblasts from wildtype, TERT-deficient, and mitoTERT mice were isolated, cultivated and treated with the cytokine Transforming Growth Factor beta 1 (TGF-β1) to induce the myofibroblast phenotype. As a surrogate marker for this differentiation, αSMA protein levels were measured. Moreover, cellular morphology was analyzed by immunostaining. Cardiac fibroblasts from TERT-deficient mice were unable to differentiate into myofibroblasts. In contrast, cells from mitoTERT hearts showed improved myofibroblast differentiation when compared to wildtype fibroblasts. The defect in TERT-deficient cells was attributed to their inability to induce reactive oxygen species and to degrade Thioredoxin-1 upon TGF-β1 treatment. These defects were fully compensated in fibroblasts from mitoTERT mice, which even showed improvements over the wildytype cells. In summary, Thioredoxin-1 is crucially involved in myofibroblast differentiation as its degradation is necessary for efficient phenotype switching of cardiac fibroblasts to myofibroblasts. Moreover, TERT-deficiency results in impaired myofibroblast differentiation capacity, which is not only rescued, but also improved by mitochondrial TERT.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	16.06.2020
Dateien geändert am:	16.06.2020
Promotionsantrag am:	18.11.2019
Datum der Promotion:	10.06.2020