Dokument: Mechano-induced angiocrine signals from hepatic endothelial cells promote liver growth and regeneration

Titel:	Mechano-induced angiocrine signals from hepatic endothelial cells promote liver growth and regeneration
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=55066
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20211229-083720-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	M.Sc. Große-Segerath, Linda [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 10,55 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 16.12.2020 / geändert 16.12.2020
Beitragende:	Prof. Dr. Eckhard Lammert [Gutachter] Prof. Dr. med. Keitel-Anselmino, Verena [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	The liver is essential for many metabolic processes including glucose homeostasis and detoxification, but especially the high regenerative capacity makes the liver a unique organ in the human body. After acute liver injury such as two-thirds partial hepatectomy (PHx), the same amount of blood has to pass through the remaining part of the liver with its fewer blood vessels. Since the liver is a highly vascularized organ, it provides an excellent basis to sense mechanical forces that occur due to hemodynamic changes caused by blood perfusion and vasodilation. The vascular system within the liver consists of sinusoids lined with endothelial cells (ECs). ECs are known to be involved in the production and secretion of angiocrine signals, which are essential for organ growth, regeneration and disease. Here, by using the liver as a model organ, we were the first to investigate whether hemodynamic changes sensed via sinusoidal mechanotransduction are able to promote the release of angiocrine signals and induce liver growth and regeneration. We performed ex vivo perfusion of mouse livers and in vitro mechanical stretching of human hepatic ECs to investigate whether hemodynamic changes result in the activation of mechanosensory complexes, including β1 integrin and VEGFR3. We found that an enhanced blood perfusion and mechanical stretching of hepatic ECs activate β1 integrin and VEGFR3 signaling, and induce the secretion of angiocrine signals such as HGF, IL-6, TNF-α and MMP9. Further, we performed co-culture experiments with human hepatic ECs and human hepatocytes to investigate whether the supernatant from mechanically stretched human hepatic ECs is able to induce human hepatocyte proliferation in vitro. Our results demonstrate that the supernatant from mechanically stretched human hepatic ECs is able to induce proliferation and prevent apoptosis of human hepatocytes. In addition, we report that the activation of endothelial β1 integrin is sufficient for the release of angiocrine signals that are able to promote proliferation of human hepatocytes. Next, we analyzed the supernatant from human hepatic ECs by using mass spectrometry-based proteomics to identify novel angiocrine signals. We could identify myeloid-derived growth factor (MYDGF) as a novel angiocrine signal. Finally, we used 2D human hepatocyte cultures and 3D organoid cultures to reveal the role of MYDGF on human hepatocyte proliferation. Our results showed that MYDGF is able to induce human hepatocyte proliferation in vitro. In summary, we could show that blood perfusion and vasodilation sensed via sinusoidal mechanotransduction and the subsequent release of angiocrine signals result in liver growth and regeneration. With our findings, we provide a new, physiological relevant, mechanism that links mechano-induced angiocrine signals to liver regeneration. Die Leber ist für viele Stoffwechselprozesse, einschließlich der Glukosehomöostase und der Entgiftung unerlässlich. Insbesondere die enorme Regenerationsfähigkeit macht die Leber zu einem einzigartigen Organ im menschlichen Körper. Nach einer akuten Leberverletzung, wie der zwei Drittel partiellen Hepatektomie (PHx), muss die gleiche Menge an Blut durch den noch verbliebenen Teil der Leber und somit durch eine geringeren Anzahl an Blutgefäßen fließen. Da die Leber ein stark vaskularisiertes Organ ist, bietet sie eine ausgezeichnete Grundlage, um mechanische Kräfte zu erfassen, die aufgrund hämodynamischer Veränderungen durch Blutperfusion und Vasodilatation auftreten. Das Gefäßsystem innerhalb der Leber besteht aus Sinusoiden, die von Endothelzellen (ECs) ausgekleidet sind. Es ist bekannt, dass die ECs an der Produktion und Sekretion angiokriner Signale beteiligt sind, die für das Wachstum, die Regeneration und die Erkrankung von Organen unerlässlich sind. Wir haben anhand der Leber als Modellorgan erstmals untersucht, ob hämodynamische Veränderungen, die über die sinusoidale Mechanotransduktion erfasst werden, in der Lage sind, die Freisetzung angiokriner Signale zu fördern und das Leberwachstum sowie die Leberregeneration zu induzieren. Wir führten ex vivo Perfusionen von Mauslebern und in vitro mechanische Streck-Experimente mit humanen hepatischen ECs durch. Mit Hilfe dessen untersuchten wir, ob hämodynamische Veränderungen zur Aktivierung mechanosensorischer Komplexe, wie zum Beispiel β1 Integrin und VEGFR3, führen. Wir fanden heraus, dass eine erhöhte Blutperfusion und mechanisches Strecken von hepatischen ECs β1 Integrin und VEGFR3 aktiviert und die Sekretion angiokriner Signale wie HGF, IL-6, TNF-α und MMP9 induziert. Darüber hinaus führten wir Co-Kultur-Experimente mit humanen hepatischen ECs und humanen Hepatozyten durch, um zu untersuchen, ob der Überstand von mechanisch gestreckten humanen hepatischen ECs in der Lage ist, die Proliferation von humanen Hepatozyten in vitro zu induzieren. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der Überstand von mechanisch gestreckten humanen hepatischen ECs in der Lage ist, die Proliferation menschlicher Hepatozyten zu induzieren und deren Apoptose zu verhindern. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass die Aktivierung von endothelialem β1 Integrin ausreichend ist, um angiokrine Signale freizusetzen, die die Proliferation menschlicher Hepatozyten fördern. Als nächstes analysierten wir den Überstand von humanen hepatischen ECs mittels Massenspektrometrie, um unbekannte angiokrine Signale zu identifizieren. Wir konnten den myeloid-derived growth factor (MYDGF) als ein neuartiges angiokrines Signal identifizieren. Schließlich verwendeten wir 2D-Kulturen menschlicher Hepatozyten und 3D-Organoidkulturen, um die Rolle von MYDGF bei der Proliferation menschlicher Hepatozyten aufzudecken. Unsere Ergebnisse zeigen, dass MYDGF in der Lage ist, die Proliferation menschlicher Hepatozyten in vitro zu induzieren. Zusammenfassend konnten wir zeigen, dass Blutperfusion und Vasodilatation, die zu sinusoidaler Mechanotransduktion und der anschließenden Freisetzung angiokriner Signale führen, das Leberwachstum sowie die Leberregeneration induzieren. Mit unseren Ergebnissen liefern wir einen neuen, physiologisch relevanten Mechanismus, der mechanisch-induzierte angiokrine Signale mit der Leberregeneration verbindet.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	29.12.2021
Dateien geändert am:	29.12.2021
Promotionsantrag am:	30.07.2020
Datum der Promotion:	03.12.2020