Dokument: The CD40/CD40L axis as potential therapeutic target in abdominal aortic aneurysm

Titel:	The CD40/CD40L axis as potential therapeutic target in abdominal aortic aneurysm
Weiterer Titel:	Die CD40/CD40L-Achse als potenzielles therapeutisches Ziel bei Bauchaortenaneurysmen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=67107
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20241025-140045-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Ommer-Bläsius, Miriam [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 44,99 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 18.10.2024 / geändert 22.10.2024
Beitragende:	Gerdes, Norbert [Gutachter] Prof. Dr. Fritz, Gerhard [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Hintergrund: Zwei der wichtigsten pathologischen Ursachen für die Entstehung eines Bauchaortenaneurysmas (AAA), eine lebensbedrohliche und komplexe Erkrankung, sind die andauernde Degeneration der Aortenwand und beträchtliche Entzündungsprozesse. Die Aktivierung von Membran-abbauenden Enzymen und die Freisetzung von entzündungsfördernden Zytokinen, welche beide den Abbau wichtiger Strukturproteine der Aortenwand begünstigen, sind entscheidende Abläufe an denen Entzündungsprozesse beteiligt sind. Solche Entzündungsreaktionen werden unter anderem durch die gegenseitige Bindung ko-stimulatorischer Moleküle, wie CD40 und CD40L, reguliert. Unter physiologischen Bedingungen soll diese Regulierung eine schädliche, fehlregulierte und langanhaltende Aktivierung von Immunzellen verhindern. Als Oberflächenproteine sind CD40 und CD40L auf hämatopoetischen Zellen wie Monozyten, Makrophagen, B-Zellen, T-Zellen und Thrombozyten, aber auch auf nicht-hämatopoetischen Zellen wie Fibroblasten, Endothelzellen und glatten Muskelzellen weit verbreitet. Die zugrundeliegenden Mechanismen dieser entzündlichen Prozesse, die zur Entstehung und zum Fortschreiten eines AAA beitragen, sind jedoch noch nicht vollständig geklärt. Hypothese & Ziel: In dieser Arbeit wurde die Hypothese aufgestellt, dass im Rahmen der AAA-Pathologie die Aktivierung des CD40/CD40L-Signalwegs zu einer umfassenden Stimulierung von Immunzellen führt. Diese wiederum führt zur Freisetzung von Membran-abbauenden Enzymen und entzündungsfördernden Zytokinen, die die Entwicklung eines AAA weiter begünstigen. Daher wurde in dieser Studie die Inhibierung der CD40/CD40L-Achse als potenzielles therapeutisches Ziel zur Behandlung eines AAA in verschiedenen experimentellen Modellen untersucht. Methoden: Um die Rolle des CD40/CD40L-Signalwegs in der AAA-Erkrankung zu entschlüsseln, wurden zwei unterschiedliche Mausmodelle verwendet. Entweder wurde der infrarenale Teil der Aorta von Mäuse mit C57BL/6J-Hintergrund vorübergehende mit Schweine-Pankreaselastase (PPE) perfundiert oder Mäusen mit einer Apolipoprotein E (Apoe-/-) Defizienz wurde kontinuierlich eine subkutane Infusion mit Angiotensin (Ang) II verabreicht. C57BL/6J und Apoe-/- Mäuse erhielten Standardfutter oder eine Western Diät und wurden 28 Tage lang mit einem niedermolekularen Hemmstoff, der die Bindung zwischen CD40 und dem Tumornekrosefaktor rezeptor-assoziierten Faktor 6 (TRAF6) verhindert, weiterführend bezeichnet als TRAF-STOP, oder der Lösungsmittelkontrolle behandelt. Die Erweiterung der Aorta und das eventuelle Auftreten von Aneurysma-Rupturen, sowie die Degeneration von Strukturproteinen, die Expression und Aktivierung Membran-abbauender Enzyme, die Einwanderung von Immunzellen und das Vorkommen von entzündungsfördernden Zytokinen im AAA-Gewebe wurde mittels Ultraschalluntersuchungen, histologischer Färbungen, Durchflusszytometrie und Genexpressions-Analysen untersucht. Darüber hinaus wurde eine Tamoxifen-induzierbare, globale genetische CD40-Defizienz sowie permanente zelltypspezifische CD40- oder CD40L-Defizienzen auf B-Zellen, myeloischen Zellen oder T-Zellen verwendet, um die Rolle des CD40/CD40L-Signalwegs bei einer AAA-Erkrankung weiter zu untersuchen. Hierbei wurden AAAs bei den Mäusen durch das oben beschriebene PPE-Model oder das AngII-Model ausgelöst. Ausdehnung oder Ruptur der Aorta wurde mittels Ultraschall untersucht. Ergebnisse: Die Hemmung des CD40-TRAF6-Signalwegs führte zu einer signifikanten Verringerung des Aortendurchmessers und des Abbaus von Kollagen Typ IV, was vermutlich auf eine verringerte Expression der Mmp2 mRNA im Aneurysmengewebe nach PPE-induzierter AAA-Bildung zurückzuführen ist. Darüber hinaus führte die Behandlung mit VIII TRAF-STOP zu einem signifikant reduzierten Anteil an myeloischen Zellen sowie zu einer signifikanten Verringerung der Tnfa mRNA Expression im Aneurysmengewebe. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die Konzentration der entzündungsfördernden Zytokine, IL-12 und IL-17, im Plasma nach PPE-induzierter AAA-Bildung verringert war. Bei Apoe-/- Mäusen, die Standardfutter oder eine Western Diät erhielten, zeigte die Hemmung des CD40-TRAF6-Signalweges eine nennenswerte protektive Wirkung vor AAA-Ruptur 28 Tage nach AngII-induzierter AAA-Bildung. Dies wurde deutlich durch die gesteigerten Überlebensraten der mit TRAF-STOP-behandelten Tiere. Zusätzlich zeigten Apoe-/- Mäuse mit einer Western Diät nach TRAF-STOP Gabe eine Verringerung des Aortenduchmessers 28 Tage nach AngII-induzierter AAA-Bildung. Die Tamoxifen-induzierbare, globale genetische CD40-Defizienz verhinderte ebenfalls eine AAA Ruptur, reduzierte jedoch nicht die Ausdehnung der Aorta 28 Tage nach AngII-induzierter AAA-Bildung. Die permanente zelltypspezifische CD40-Defizienz auf B-Zellen und myeloischen Zellen hatte allerdings keinen Einfluss auf die Bildung und das Fortschreiten eines AAA 28 Tage nach AngII-induzierter AAA-Bildung. Auch die permanente CD40L-Defizienz auf T-Zellen zeigte 28 Tage nach PPE- und AngII-induzierter AAA-Bildung eine vergleichbare Sterblichkeit und eine ähnliche Aortenausdehnung verglichen mit ihren CD40L-exprimierenden Wurfgeschwistern. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass eine pharmakologische Hemmung des CD40-TRAF6 Signalwegs die Ausdehnung des Bauchaneurysmas begrenzt, indem der Abbau von Strukturproteinen und die Entzündung im AAA-Gewebe nach PPE-induzierter AAA-Bildung teilweise vermindert wird. Die pharmakologische CD40-TRAF6 Hemmung und die Tamoxifen-induzierbare, globale genetische CD40-Defizienz nach AngII-induzierter AAA-Bildung scheinen die AAA-Ruptur, aber nicht die Ausdehnung der Aorta, ein wenig zu verhindern. Zudem liefert diese Studie Hinweise darauf, dass sowohl die permanente zelltypspezifische CD40-Defizienz auf B-Zellen und myeloischen Zellen, als auch die CD40L-Defizienz auf T-Zellen nicht wesentlich zur Bildung und Fortschreiten eines AAAs im AngII- sowie im PPE-induziertem experimentellem AAA-Modell beitragen. Background: Progressive degeneration of the aortic wall and extensive inflammatory processes are main pathological drivers of abdominal aortic aneurysm (AAA), a life-threatening and multifactorial disease. In particular, the activation of proteolytic enzymes and the release of pro-inflammatory cytokines both associated with the degradation of important structural proteins of the aortic wall are key processes in which inflammation is involved. These immune responses are among others regulated by the interaction of co-stimulatory molecules, such as CD40 and CD40L. This regulation should prevent detrimental dysregulated and prolonged activation of immune cells under physiologic conditions. CD40 and CD40L, cell surface proteins, are widely expressed on hematopoietic cells, such as monocytes, macrophages, B cells, T cells, and platelets but also on non-hematopoietic cells as fibroblasts, endothelial cells and smooth muscle cells. However, the mechanisms underlying inflammatory activation and processes contributing to AAA formation and progression remain incompletely understood. Hypothesis & Aim: In this work, it was hypothesized that in the context of AAA, the activation of the CD40/CD40L signalling pathway contributes to extensive stimulation of immune cells, resulting in the release of proteolytic enzymes and pro-inflammatory cytokines that further promote AAA pathology. Therefore, this study evaluated the inhibition of the CD40/CD40L axis as potential therapeutic target in AAA in different experimental models. Methods: To unravel the role of CD40/CD40L signalling in AAA pathology, AAAs were induced in mice with C57BL/6J background by transient porcine pancreatic elastase (PPE) perfusion of an infrarenal aortic segment or by continuous infusion with angiotensin (Ang) II into mice with apolipoprotein E–deficient (Apoe-/-) background for 28 days. C57BL/6J and Apoe-/- mice on standard chow or western diet were treated with a small molecule inhibitor, which specifically blocks the interaction between CD40 and tumor necrosis factor (TNF) receptor-associated factor (TRAF)-6, referred to as TRAF-STOP or solvent control for 28 days. Aortic dilation and rupture, as well as degradation of structural proteins, expression and activation of proteolytic enzymes, immune cell infiltration, and the presence of inflammatory cytokines in aneurysmal tissue were investigated using ultrasound imaging, histological staining, flow cytometry, and gene profiling by transcriptomics. In addition, global, tamoxifen-inducible genetic ablation of CD40 as well as cell type-specific persistent CD40 or CD40L deficiency on B-cells, myeloid cells or T cells was used to further examine the role of CD40/CD40L signalling in AAA formation and progression. AAAs were induced using the PPE or AngII model and aortic expansion and rupture was investigated by ultrasound imaging. Results: Inhibition of CD40-TRAF6 signalling resulted in a significant reduced aortic dilation and collagen type IV degradation, probably due to decreased Mmp2 mRNA expression in aneurysmal tissue after PPE-induced AAA formation. Furthermore, TRAF-STOP administration led to a significant decrease in the myeloid cell proportion as well as a significant decrease in Tnfa mRNA expression in aneurysmal tissue. Plasma concentration of pro-inflammatory cytokines, IL-12 and IL-17, were also reduced after PPE-induced AAA formation. Moreover, CD40-TRAF6 signalling inhibition slightly protected against AAA rupture in Apoe-/- mice on standard chow and western diet reflected by increased survival rates after TRAF-STOP administration 28 days after AngII-induced AAA formation. TRAF-STOP-treated Apoe-/- mice on western diet also exhibited a reduced aortic diameter 28 days after AngII-induced AAA formation. VI Furthermore, tamoxifen-inducible, global CD40 deficiency prevented AAA rupture, whereas aortic expansion was similar compared to their CD40-expressing littermates 28 days after AngII-induced AAA formation. However, B cell- and myeloid cell-specific CD40 deficiency did not affect AAA formation and progression 28 days after AngII-induced AAA formation. Persistent CD40L ablation on T cells showed similar mortality rates as well as similar abdominal aortic expansion compared to their CD40L-expressing littermates 28 days after PPE- and AngII-induced AAA formation. Conclusion: The results of this study suggest that pharmacological inhibition of CD40-TRAF6 signalling limits AAA growth by partially attenuating structural protein degradation and partially reducing inflammation following PPE-induced AAA formation. In the AngII model, pharmacological CD40-TRAF6 blockage as well as tamoxifen-inducible, global CD40 deficiency seem to slightly prevent AAA rupture, whereas AAA dilation is not affected. Furthermore, this work provides evidence that CD40 on B cells and myeloid cells and that CD40L on T cells do not substantially contribute to AAA formation and progression in the AngII- as well as in the PPE-induced experimental AAA model, as demonstrated by cell type-specific CD40/CD40L genetic ablation.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	25.10.2024
Dateien geändert am:	25.10.2024
Promotionsantrag am:	16.05.2024
Datum der Promotion:	09.10.2024