Dokument: Molekulare Grundlagen der CO2 mediierten Inhibition der TGF-β induzierten Fibroblastendifferenzierung
| Titel: | Molekulare Grundlagen der CO2 mediierten Inhibition der TGF-β induzierten Fibroblastendifferenzierung | |||||||
| Weiterer Titel: | The molecular mechanism of CO2-mediated inhibition of TGF-β-induced fibroblast differentiation | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=66869 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20241001-155205-6 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Fleckner, Maxine [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. rer. nat Christoph V. Suschek [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Csaba Mahotka [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Nach einer Verletzung der Haut werden Signalwege zur Wundheilung aktiviert, dabei können Fibroblasten durch die Einwirkung von TGF-β und mechanischem Zug in Myofibroblasten differenzieren. Diese Zellen zeichnen sich durch eine bedeutende kontraktile Aktivität aus, welche durch die Präsenz von Myosin und α- SMA ermöglicht wird. Störungen in diesem Prozess, verursacht durch Kollagen, TGF-β und unkontrollierter Proliferation können zur Bildung von Keloiden und hypertrophen Narben führen. Frühere Arbeiten deuten auf eine Beeinflussung der Differenzierung durch Kohlenstoffdioxid (CO2) hin, der Wirkmechanismus ist jedoch unbekannt. Ziel dieser Arbeit war es daher, in einem in-vitro-Ansatz mit humanen Fibroblasten-Zellkulturen die molekularen Wirkmechanismen von CO2, insbesondere unter Hypoxie und im Glukosemetabolismus zu untersuchen. Wir haben Zellkulturen mit humanen Hautfibroblasten etabliert und in einer Überdruckkammer einer CO2- oder Stickstoff(N2)-Atmosphäre ausgesetzt. Zusätzlich wurden zum Zwecke der Induktion der Myofibrogenese bestimmte Kulturen mit TGF-β inkubiert. Die CO2-Behandlung reduzierte die Myofibrogenese im Gegensatz zur N2-Behandlung, was einen reinen hypoxischen Effekt ausschließt. Durchgeführte Enzym-Aktivitätsassay deuten darauf hin, dass CO2 die Isocitratdehydrogenase (IDH) und die α-Ketoglutarat-Dehydrogenase (α-KG-DH) im Citratzyklus hemmt und so den Zellzyklus verlangsamt oder pausiert. Unsere Untersuchungen fokussierten auch auf das mitochondriale Regulatorprotein SIRT3, das wahrscheinlich durch Hemmung der Myofibroblastentransformation die Fibrose hemmt. Gleiches gilt für den Transkriptionsfaktor HIF-1α, der bei Hypoxie stabilisiert wird und antimyofibrotische Signalwege stimuliert. Dies würde einer Myofibrogenese effektiv entgegenwirken. Unsere Ergebnisse unterstreichen die Tatsache, dass die Verwendung von CO2 eine effektive, spezifische und vielversprechende Therapieoption in der Behandlung und Prävention von Keloiden und hypertrophen Narben darstellt. Durch unsere Untersuchungen konnten wir Einblicke in die molekularen Wirkmechanismen dieser Therapieoption gewinnen. Es muss jedoch festgehalten werden, dass weitere Untersuchungen mit einer größeren Fallzahl erforderlich sind, um diese Erkenntnisse zu festigen und potenzielle Anwendungsmöglichkeiten zu erweitern, die eine vollständige und rezidivfreie Heilung erzielen können.After an injury to the skin, many signaling pathways are activated for wound healing. Fibroblasts differentiate into myofibroblasts through TGF-β and mechanical traction. These have a high contractile force due to myosin and α-SMA, which is essential for wound edge closure. However, disturbances in this process due to too much collagen, overproduction of TGF-β, uncontrolled proliferation/regulation and reduced apoptosis rate can lead to the formation of keloids, hypertrophic scars, or sclerotic diseases. Previous work suggests that carbon dioxide (CO2) influences differentiation, but there is no understanding of the underlying mechanisms.
The objective of this work was therefore to investigate the molecular mechanisms of CO2, particularly under hypoxia and in the TCA cycle, in an in vitro approach using human fibroblast cell cultures. We established cell cultures with human skin fibroblasts and exposed them to a CO2 or nitrogen (N2) atmosphere in a hyperbaric chamber. In addition, certain cultures were incubated with TGF-β to induce myofibrogenesis. CO2 treatment reduced myofibrogenesis (measured by α-SMA) in contrast to N2 treatment, ruling out a pure hypoxic effect. Our studies also focused on the mitochondrial regulatory protein SIRT3, which probably inhibits fibrosis by inhibiting myofibroblast transformation. The same applies to the transcription factor HIF-1α, which is stabilized in hypoxia and thus stimulates antimyofibrotic signaling pathways. A CO2-induced increase in SIRT3 and the stabilization of HIF-1α would thus effectively counteract TGF-β -induced myofibrogenesis. Such an effect would also be further supported by a CO2-specific disruption/ pause or slowing down of the TCA cycle, as shown in the form of the reduction of isocitrate dehydrogenase (IDH) and α-ketoglutarate dehydrogenase (α-KG-DH) activity. Our results underline the already known fact that the use of CO2is an effective, specific, and promising therapeutic option in the treatment and prevention of keloids, hypertrophic scars, and other fibrotic skin diseases. Through our investigations, however, we were able to make significant progress by gaining initial insights into the molecular mechanisms of action of this therapeutic option, for the first time also at the level of the TCA cycle. Nevertheless, it must be noted that further studies with a larger number of cases are required to consolidate these findings and expand potential applications that can achieve a complete and relapse-free cure. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 01.10.2024 | |||||||
| Dateien geändert am: | 01.10.2024 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 03.04.2024 | |||||||
| Datum der Promotion: | 19.09.2024 |
