Dokument: Modulation of Neutrophil Phenotype in Myocardial Infarction and Diabetes

Titel:	Modulation of Neutrophil Phenotype in Myocardial Infarction and Diabetes
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=65948
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20240603-111738-7
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Reidel, Sophia Marie [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 8,19 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 27.05.2024 / geändert 27.05.2024
Beitragende:	Prof. Dr. Axel Gödecke [Gutachter] Prof. Dr. Flögel, Ulrich [Gutachter]
Stichwörter:	Neutrophils Polarization Diabetes Myocardial Infarction
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Eine häufige Todesursache der westlichen Welt sind kardiovaskuläre Erkrankungen (Roth, Huffman et al. 2015). Ein akuter Myokardinfarkt (MI) verursacht eine sterile Entzündung und Neutrophile sind die ersten Zellen, welche die Infarktregion infiltrieren. Diese Entzündungsantwort beeinflusst kritisch den Heilungsprozess nach Myokardinfarkt. Bis zum jetzigen Zeitpunkt wurden Neutrophile als schädigend in ischämischen Herzerkrankungen angesehen, da sie die Entzündung fördern und das Gewebe beschädigen. Jedoch zeigten neueste Daten, dass Neutrophile eine wichtige Rolle in kardialen Remodeling-Prozessen haben und zur Reparatur nach einem Myokardinfarkt beitragen und somit nutzbringend in myokardialer Heilung sind (Ma, Yabluchanskiy et al. 2016). Wie bei Makrophagen, existieren auch bei den Neutrophilen zwei verschiedene Phänotypen (Fridlender, Sun et al. 2009). Proinflammatorische N1-Neutrophile sind kontraproduktiv in Heilung und Narbenbildung nach einem Myokardinfarkt, wohingegen antiinflammatorische N2-Neutrophile reparative Effekte aufweisen und an der Auflösung der Entzündung, Angiogenese und Geweberemodelierung beteiligt sind (Ma, Yabluchanskiy et al. 2016), (Hasan, Luo et al. 2016). Außerdem ist bekannt, dass Patienten mit T2DM stark für kardiovaskuläre Erkrankungen prädisponiert sind. Auch wurde berichtet, dass Adipositas und die sich daraus entwickelnde Hyperglykämie und Hyperlipidämie, was wiederum oft zu T2DM führt, in chronischen Entzündungsprozessen im Körper resultiert. Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Regulierung der Neutrophilenpolarisation zu einem anti-inflammatorischen Phänotypen und die funktionalen Unterschiede der verschiedenen Neutrophilen-Subtypen, sowohl in wildtypischen als auch in hyperglykämen Mäusen und nach MI. Der erste Teil dieser Thesis befasst sich mit der Charakterisierung von murinen Knochenmarksneutrophilen und deren Polarisation in vitro in der Anwesenheit von Zytokinen in einem Zeitraum von vier Stunden. Es wurde gezeigt, dass eine LPS/IFN-γ Behandlung Neutrophile aktiviert und einen pro-inflammatorischen Phänotypen induziert. Außerdem wurde gezeigt, dass eine IL-4 Behandlung einen anti-inflammatorischen N2-ähnlichen Phänotypen erzeugt. Außerdem wurde gezeigt, dass Neutrophile von männlichen Mäusen, im Vergleich zu weiblichen Mäusen, eine verstärkte pro-inflammatorische Polarisation aufwiesen. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die N1- und N2- Polarisation abhängig von dem Jak/Stat Signalweg ist. Es wurde gezeigt, dass N1-Polarisation, induziert durch LPS/IFN-γ Behandlung, hauptsächlich von Jak1-Aktivierung, was wiederum Stat1-Phosphorylierung und -Aktivierung induziert, abhängig ist. Im Gegenzug ist die IL-4 induzierte N2-Polarisation hauptsächlich von der Jak2-Aktivierung, welche zu Stat6- Phosphorylierung und -Aktivierung führt, abhängig. Zudem wurde der Effekt der IL-4 Behandlung auf verschiedene Neutrophilen-Funktionen untersucht. Diese Analyse zeigte, dass IL-4 die Formation von NETs (neutrophile extrazelluläre Fallen) signifikant reduzieren kann und die Phagozytose-Kapazität deutlich erhöht. Jedoch hatte die IL-4 Behandlung keine Auswirkung auf die Migration und Degranulation von Neutrophilen. In einem zweiten Teil der Arbeit, wurde der Effekt von anti-inflammatorischem IGF-1 auf Neutrophile in dem Kontext eines Herzinfarktes in vivo untersucht. Es wurde gezeigt, dass IGF-1-Behandlung den pro-inflammatorischen Phänotypen von Neutrophilen drei und sieben Tage nach Infarkt unterdrückt. In einem letzten Teil der Arbeit wurde der Effekt von Hyperglykämie auf die Polarisation und Funktion von Neutrophilen untersucht. Dies zeigte, dass schwere Hyperglykämie wesentlich zu einem pro-inflammatorischen Phänotypen von Neutrophilen führt, was unter anderem durch die Hochregulierung von Nfκb Genen charakterisiert ist. Zudem konnte gezeigt werden, dass Hyperglykämie auch die Neutrophilen-Funktionen beeinträchtigt, da die Phagozytose-Kapazität reduziert war und die Formation von NETs leicht erhöht war. Zusammenfassend weist dies darauf hin, dass Neutrophile einen positiven Einfluss auf die Heilung nach Herzinfarkt haben können, indem sie zu einem anti-inflammatorischen Phänotypen polarisieren und dass Hyperglykämie einen eher pro-inflammatorischen Phänotypen induziert. A common cause of death in the western world are cardiovascular diseases (Roth, Huffman et al. 2015). Acute myocardial infarction (AMI) causes a profound sterile inflammation, and neutrophils are the first cells to massively infiltrate the infarcted area. This inflammatory response critically influences outcome after myocardial infarction. Until recently, neutrophils were thought to play a detrimental role in ischaemic heart disease since they enhance inflammation and tissue damage. However, it was lately shown that neutrophils also play an essential role in cardiac remodelling and repair post-MI, thus can have beneficial effects on myocardial healing (Ma, Yabluchanskiy et al. 2016). Comparable to macrophages, at least two distinct phenotypes exist for neutrophils (Fridlender, Sun et al. 2009). Pro-inflammatory N1- neutrophils are contra productive in healing and scar formation after a myocardial infarction, whereas anti-inflammatory N2 neutrophils carry out reparative effects and are involved in the resolution of inflammation, angiogenesis and tissue remodelling (Ma, Yabluchanskiy et al. 2016) (Hasan, Luo et al. 2016). It is well known that Type 2 Diabetes Mellitus (T2DM) strongly predisposes to cardiovascular diseases and it was reported that obesity and the following development of hyperglycaemia and hyperlipidaemia, often leading to T2DM and metabolic syndrome, results in chronic inflammation (Lumeng, Bodzin et al. 2007, Lackey and Olefsky 2016). The major goal of this work was to investigate the modulation of neutrophil polarization towards an anti-inflammatory phenotype and the functional differences in the subtypes of neutrophils in wildtype and hyperglycaemic mice and after MI. The first part of the thesis "Modulation of Neutrophil Phenotype in Myocardial Infarction and Diabetes" concentrates on the characterization of murine bone marrow neutrophils and their polarization in vitro in presence of cytokines in a time frame of four hours. It was found that Interferon-γ/Lipopolysaccharide (IFN-γ/LPS) treatment strongly stimulated activation of murine BM neutrophils and led to the induction of a pro-inflammatory neutrophil phenotype. It was as well demonstrated that IL-4 skews neutrophils in vitro towards a N2-like neutrophil phenotype. Further, it was shown that neutrophils of male mice were more prone to pro-inflammatory polarization than neutrophils of female mice. Additionally, it was assessed that IL-4 and LPS/IFN-γ induced polarization is dependent on the Jak/Stat signalling pathway. It was demonstrated that, to a large extent N1 polarization by LPS/IFN-γ is dependent on Jak1 activation, which induces phosphorylation and activation of Stat1. In contrast, N2 polarization is mainly dependent on Jak2 activation, which leads to activation and phosphorylation of Stat6. Further, the effect of IL-4 on different neutrophil functions was investigated. This analysis revealed, that IL-4 was able to significantly reduce the formation of NETs and substantially increase the phagocytic capacity of neutrophils. However, IL-4 treatment had no effect on migration and degranulation of neutrophils. In a second part, the effect of anti-inflammatory IGF-1 on neutrophils in the context of myocardial infarction in vivo was investigated and it was shown that IGF-1 treatment suppressed the pro-inflammatory neutrophil phenotype three and seven days after myocardial infarction. In a last part, the effect of hyperglycaemia on neutrophil phenotype and function was investigated. This analysis revealed that severe hyperglycaemia substantially altered neutrophil phenotype towards a more pro-inflammatory phenotype with upregulation of, amongst others, genes involved in Nfκb signalling. Hyperglycaemia also affected neutrophil functions, as phagocytic capacity was reduced and the formation of NETs was slightly increased. Thus, this study indicates that neutrophils might have a beneficial effect on myocardial healing by polarizing towards an anti-inflammatory phenotype and that hyperglycaemia induces a more pro-inflammatory neutrophil phenotype.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	03.06.2024
Dateien geändert am:	03.06.2024
Promotionsantrag am:	22.02.2024
Datum der Promotion:	13.05.2024