Dokument: Die Rolle von Semaphorin-3A in der Entwicklung der metabolischen Dysfunktions-assoziierten steatotischen Lebererkrankung
| Titel: | Die Rolle von Semaphorin-3A in der Entwicklung der metabolischen Dysfunktions-assoziierten steatotischen Lebererkrankung | |||||||
| Weiterer Titel: | The role of semaphorin-3A in the development of metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease (MASLD) | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=68027 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20250107-091734-9 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Balkenhol, Sydney Miriam [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Eckhard Lammert [Gutachter] Prof. Dr. Prömel, Simone [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease (MASLD) is a metabolic disorder that affects more than 30% of the general population worldwide and has a steadily increasing prevalence. It is characterized by the build-up of fat in the liver and can lead to inflammation, cirrhosis, and finally hepatocellular carcinoma. The loss of fenestrae in liver sinusoidal endothelial cells (LSECs) is an event occuring in early stages of MASLD, preceding inflammation. LSECs line the smallest hepatic blood vessels and are characterized by small pores called fenestrae, which are suggested to allow the bi-directional exchange of lipoproteins between hepatocytes and blood.
Here we present the secreted protein semaphorin-3A (SEMA3A) as part of a mechanism regulating LSEC fenestrae, and thus as a potential contributor to early development of MASLD. In vitro we showed that culture dependent loss of fenestrations, cell contraction, and energy depletion do not impair fenestrae analysis in our short-termed experiments. Further, we developed a deep learning workflow which allows us to count and measure fenestrae in a quick and unbiased manner. Regarding the mechanism of action, we identified neuropilin-1 (NRP1) as the main receptor of SEMA3A in LSECs, and, by using kinase activity profiling, found two activators of LIM domain kinase 1 (LIMK1), a kinase which phosphorylates and thus inactivates cofilin-1. Further, we found that phosphorylation of cofilin-1 via LIMK1 is crucial for SEMA3A induced defenestration in LSECs. Treatment of LSECs with palmitic acid showed visible effects on the F-actin cytoskeleton and induced SEMA3A transcription, while SEMA3A itself was able to increase the F-/G-actin ratio in LSECs. In vivo we were able to demonstrate the suitability of male db/db mice, i.e. obese and diabetic mice, as a viable model for defenestration in the setting of early hepatic steatosis. Lastly, short-term inhibition of SEMA3A-binding to NRP1 in db/db mice only slightly affected hepatic steatosis, while long-term genetic intervention via inducible endothelial cell-specific deletion of Sema3a in diet-induced obesity (DIO)-mice resulted in reduced macrovesicular steatosis, increased very low-density lipoprotein (VLDL) secretion and tendentially increased fenestrae frequency. In summary, our data show how saturated fatty acids and DIO induce changes in the LSEC phenotype via SEMA3A by manipulation of the F-actin cytoskeleton, while a knock-out of Sema3a in the endothelium results in decreased hepatic lipid accumulation and increased fenestrae numbers. Thus, SEMA3A represents a potential therapeutic target for the treatment and prevention of MASLD.Die Metabolische Dysfunktion-assoziierte steatotische Lebererkrankung (MASLD) ist eine Stoffwechselstörung, die weltweit über 30 % der Allgemeinbevölkerung betrifft und deren Prävalenz stetig zunimmt. Sie ist durch eine Ansammlung von Fett in der Leber gekennzeichnet und kann zu Entzündungen, Zirrhose und letztendlich zum Leberzellkarzinom führen. Ein frühes, jedoch kontrovers diskutiertes Ereignis bei mehreren Lebererkrankungen, einschließlich MASLD, ist der Verlust von Fenestrae in den Lebersinusoid-Endothelzellen (LSECs). LSECs kleiden die kleinsten Blutgefäße der Leber aus und sind durch kleine Poren gekennzeichnet, die Fenestrae genannt werden und vermutlich den bidirektionalen Austausch von Lipoproteinen zwischen Hepatozyten und Blut ermöglichen, wodurch sie potenziell zum hepatischen Fettstoffwechsel beitragen. Hier stellen wir das sekretierte Protein Semaphorin-3A (SEMA3A) als Teil eines Mechanismus vor, der LSEC-Fenestrierung reguliert und damit möglicherweise zur Entwicklung von MASLD beiträgt. In vitro zeigten wir, dass innerhalb einer kurzen Kultivierung der LSECs weder der kulturabhängige Verlust von Fenestrae noch Zellkontraktion oder Energieverlust die Analyse der Fenestrae beeinträchtigt. Außerdem haben wir einen Deep-Learning-Workflow entwickelt, der es uns ermöglicht, Fenestrae schnell und unvoreingenommen zu zählen und zu messen. Bezüglich des Wirkmechanismus haben wir Neuropilin-1 (NRP1) als den Hauptrezeptor von SEMA3A in LSECs identifiziert und durch Kinase-Aktivitätsprofiling zwei Aktivatoren von LIM domain kinase 1 (LIMK1) gefunden, einer Kinase, die Cofilin-1 phosphoryliert und somit inaktiviert. Darüber hinaus fanden wir heraus, dass die Phosphorylierung von Cofilin-1 durch LIMK1 entscheidend für die SEMA3A-induzierte Defenestrierung in LSECs ist. Die Behandlung von LSECs mit Palmitinsäure zeigte sichtbare Effekte auf das F-Aktin-Zytoskelett und induzierte die Transkription von SEMA3A, während SEMA3A in der Lage war, das F-/G-Aktin-Verhältnis in LSECs zu erhöhen. In vivo konnten wir zeigen, dass männliche db/db-Mäuse, also diabetische und übergewichtige Mäuse, ein geeignetes Modell für die Defenestrierung im Rahmen einer frühen Lebersteatose sind. Weiterhin wirkte sich die kurzfristige Hemmung der Bindung von SEMA3A an NRP1 bei db/db-Mäusen nur geringfügig auf die hepatische Steatose aus, während eine langfristige genetische Intervention durch induzierbare, endothelzellspezifische Deletion von Sema3a bei Mäusen mit einer Diät-induzierten Adipositas (DIA) zu einer Verringerung der makrovesikulären Steatose und des Körpergewichts sowie zu einer deutlichen Zunahme der VLDL-Sekretion und einem tendenziellen Anstieg der Fenestrae-Häufigkeit führte. Zusammenfassend zeigen unsere Daten, dass gesättigte Fettsäuren und DIA über SEMA3A durch Manipulation des F-Aktin-Zytoskeletts Veränderungen des LSEC-Phänotyps induzieren, während ein Knock-out von Sema3a im Endothel zu einer verringerten hepatischen Lipidakkumulation und einer erhöhten Anzahl von Fenestrae führt. Daher ist SEMA3A ein potenzielles therapeutisches Ziel für die Behandlung und Prävention von MASLD. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 07.01.2025 | |||||||
| Dateien geändert am: | 07.01.2025 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 03.11.2021 | |||||||
| Datum der Promotion: | 19.12.2024 |
