Dokument: Laminins and fluid shear stress control hepatic stellate cell maintenance and function as components of their stem cell niche

Titel:	Laminins and fluid shear stress control hepatic stellate cell maintenance and function as components of their stem cell niche
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=53448
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20200618-105208-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Rohn, Friederike [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 34,49 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 14.06.2020 / geändert 14.06.2020
Beitragende:	Prof. Dr. med. Häussinger, Dieter [Gutachter] Prof. Dr. Lammert, Eckhard [Gutachter]
Stichwörter:	liver, hepatic stellate cells, stem cell niche, laminins, shear stress
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Hepatische Sternzellen (HSC) sind mesenchymale Stammzellen der Leber, welche auf einer Basalmembran-ähnlichen Struktur im Disse‘schen Raum – ihrer Stamm-zellnische – einen ruhenden Zustand sowie ihre Stammzelleigenschaften erhalten. Die Laminin α5 (LAMA5) Kette kommt in Basalmembranen vor und unterstützt die Erhaltung von Stammzellen. Zusammen mit Laminin β2 (LAMB2) und γ1 (LAMC1) bildet LAMA5 das Laminin-521 (LN-521). In der vorliegenden Doktorarbeit wurde nun erstmalig gezeigt, dass LAMA5 im Disse‘schen Raum der normalen Rattenleber vorhanden ist. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Kultur von isolierten HSC auf LN-521 beschichteten Oberflächen ihren ruhenden Zustand sowie ihre Stamm-zelleigenschaften unterstützt und die Expression des HGF (hepatocyte growth factor) erhöht. In Lebern alter Ratten zeigte sich, dass die LAMB2- und LAMC1-Ketten deutlich reduziert waren. Außerdem wiesen HSC im Alter eine signifikant verringerte Expression von HGF und einen Seneszenz-assoziierten Phänotyp auf. In früheren Arbeiten wurde ein Rückgang des hepatischen Blutflusses im Alter von bis zu 50% beschrieben, so dass von einer deutlich verringerten Fluidmechanik in den Lebersinusoiden auszugehen ist. HSC, die einem Flüssigkeitsstrom ausgesetzt wurden, zeigten eine signifikant erhöhte Expression von LAMB2 und LAMC1 sowie eine verstärkte Freisetzung von HGF. Weiterhin wurde festgestellt, dass auch die Expression von Integrin α5 (ITGA5) in HSC durch Scherkräfte deutlich erhöht wird und ITGA5 in diesen Zellen sowie der gesamten Leber alter Ratten signifikant reduziert ist. Der CRISPR/Cas9-vermittelte knockout von ITGA5 in HSC konnte die Scherkraft-induzierte Expression von LAMB2 und LAMC1 aufheben. Weiterhin ver-ringerte der knockout von ITGA5 und Integrin β1 (ITGB1) die Ausschüttung von HGF deutlich. ITGA5 und ITGB1 sind somit für die Wahrnehmung und Transduktion mechanischer Stimuli in HSC wichtig. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass das LN-521 als ein wichtiges Element der Stammzellnische von HSC betrachtet werden kann und dass eine Reduktion des Mechanosensors ITGA5 im Alter durch eine verringerte Fluidmechanik die Abnahme einzelner Proteinketten des LN-521 in der Leber erklären könnte. Die Beeinträchtigung ihrer Nische ist ver-mutlich für die Induktion der Seneszenz in HSC verantwortlich. In der Folge können HSC andere Leberzelltypen nicht mehr mit Wachstumsfaktoren wie dem HGF versorgen und im Falle einer Verletzung des Lebergewebes die bereits bekannte verminderte Regeneration der Leber im Alter hervorgerufen. Hepatic stellate cells (HSC) are liver-resident mesenchymal stem cells, which reside in a quiescent state on a basement membrane-like structure in the space of Disse, their stem cell niche. The laminin α5 (LAMA5) protein chain is an element of basement membranes and important to maintain stem cells. In this thesis, the LAMA5 chain was detected in the space of Disse of normal rat liver. Together with laminin β2 (LAMB2) and γ1 (LAMC1), LAMA5 composes the laminin-521 (LN-521) trimer, which is known to support stem cell characteristics. Culture of isolated HSC on surfaces coated with LN-521 improved the quiescence- and stem cell-associated phenotype of HSC. Furthermore, LN-521 significantly elevated the expression and release of hepatocyte growth factor (HGF), an essential inductor of liver regeneration. Interestingly, the LAMB2 and LAMC1 chains decreased markedly in the liver matrix of old rats. In addition, HSC from aged livers acquired a senescence-associated secretory phenotype (SASP) and significantly reduced the expression of HGF. An age-related reduction of the hepatic blood flow by up to 50% was reported previously. Consequently, a markedly reduction of fluid mechanical forces in liver sinusoids is associated with aging. Exposure of isolated HSC to fluid shear stress significantly upregulated the expression of LAMB2 and LAMC1 and triggered the release of HGF. Interestingly, also integrin α5 (ITGA5) was observed to be markedly reduced in HSC from old rats and its expression could be significantly increased when HSC were exposed to shear stress. A Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)/Cas9-mediated knockout of ITGA5 abolished the shear stress-induced expression of LAMB2 and LAMC1. In addition, ITGA5 and Integrin β1 (ITGB1) knockouts significantly reduced HGF release by HSC. Thus, ITGA5 and ITGB1 seem to be important for mechanosensing in HSC. In conclusion, this thesis provides evidence that LN-521 can be regarded as an important niche element in the space of Disse and that the reduction of ITGA5 in HSC due to a decreased hepatic blood flow leads to impaired mechanosensing during aging. Impaired mechanosensing, in turn, could have been contributed to the reduced LN-521 protein deposition in the aged rat liver. The reduction of important ECM proteins normally present in their stem cell niche seems to be responsible for the loss of proper HSC function such as HGF synthesis and for the induction of senescence. The results obtained in this study suggest that age-related alterations in HSC and their niche can contribute to the declined regenerative capacity of the aged liver.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	18.06.2020
Dateien geändert am:	18.06.2020
Promotionsantrag am:	19.11.2019
Datum der Promotion:	05.06.2020