Dokument: Comparative analyses of DNA damage response pathways in healthy and NBS-patient derived iPSCs, hepatic endoderm, neural progenitor cells and neurons

Titel:	Comparative analyses of DNA damage response pathways in healthy and NBS-patient derived iPSCs, hepatic endoderm, neural progenitor cells and neurons
Weiterer Titel:	Vergleichende Analysen der DNA-Schadensreaktionswege in gesunden und von NBS-Patienten stammenden iPSCs, hepatischem Endoderm, neuralen Vorläuferzellen und Neuronen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=69187
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20250729-110927-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Meira de Amorim, Vanessa Cristina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 19,96 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 31.03.2025 / geändert 31.03.2025
Beitragende:	Prof. Dr. James Adjaye [Gutachter] Prof. Dr. Constantin Czekelius [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Der ubiquitär vorkommende Umweltschadstoff Benzo[a]pyren entsteht als Nebenprodukt bei unvollständiger Verbrennung von organischem Material und wird im Körper zu dem hochkarzinogenen Benzo[a]pyren-diol-epoxid (BPDE) verstoffwechselt. BPDE reagiert mit der DNA und bildet Addukte, die zu einer Basensubstitution führen, falls sie nicht durch die Nukleotidexzisionsreparatur (NER) entfernt werden. Aus den so entstandenen Mutationen können sich im Laufe der Zeit Tumore entwickeln. Es ist bekannt, dass verschiedene Zelltypen unterschiedlich auf genotoxische Schäden reagieren. Stammzellen und insbesondere pluripotente Stammzellen (pluripotent stem cells, PSCs), haben eine robuste DNA-Schadensreparatur. Diese ist essentiell, um zu verhindern, dass sich mutierte Zellen stabilisieren und so rasch vermehren, dass Tumore entstehen. Vor diesem Hintergrund wurde in dieser Arbeit zum ersten Mal eine vergleichende Analyse der DNA-Schadensantwort nach BPDE Exposition in humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (human induced pluripotent stem cells, hiPSCs) und ihren Nachkommen der ektodermalen und endodermalen Linie durchgeführt. Darüber hinaus wurden auch hiPSC und aus ihnen differenzierte neuronale Vorläuferzellen (neuroprogenitor cells, NPCs) von Patienten, die am Nijmegen Breakage Syndrom, einer Erkrankung bei der die DNA-Reparatur defekt ist, und die durch Mikrozephalie, chromosomale Instabilität und ein erhöhtes Tumorrisiko gekennzeichnet ist, nach BPDE Exposition untersucht und mit ihren gesunden Pendants verglichen. Transkriptomanalysen zeigten, zusammen mit Proteinanalysen durch Immunfärbungen und Western Blots, dass hiPSC im Vergleich zu NPCs und Zellen des hepatischen Endoderms eine robustere Reaktion auf BPDE aufweisen. Hierbei ist in iPSCs die Expression verschiedener Zielgene im Kontext der p-53-vermittelten DNA-Schadensantwort erhöht. Dies umfasst z.B. den Bypass von DNA-Läsionen, Zellzyklus-Kontrollpunkte und den extrinsischen Apoptoseweg. Interessanterweise zeigten die zu neuronalen Zellen differenzierten hiPSC nach BPDE-Exposition eine erhöhte Expression von Genen der NER und des intrinsischen Apoptosewegs was stärker der in der Literatur beschrieben klassischen Reaktion auf BPDE ähnelt. hiPSCs und NPCs von NBS Patienten reagierten anders auf die BPDE-Behandlung als Wildtyp-Zellen. Ihre Apoptoseantwort war reduziert und sie zeigten keinen Anstieg von p53 oder MDM2-Expression. Insbesondere die NBS-hiPSC zeigten eine erhöhte Transkription von tumorassoziierten Genen und eine Repression von Genen der DNA-Reparatur. Insgesamt hat diese Arbeit die Unterschiede der DNA-Schadensreparatur zwischen somatischen Zellen und Stammzellen aufgezeigt und dass weitere Untersuchungen des Effekts von BPDE auf die embryonale Entwicklung notwendig sind. Außerdem wurde die spezifische DNA-Schadensantwort auf BPDE von gesunden Zellen und Zellen mit einer NBS-Mutation untersucht. Benzo[a]pyrene diol epoxide (BPDE) is a highly carcinogenic metabolite of the environmental contaminant Benzo[a]pyrene, which is commonly found as a byproduct of incomplete combustion of organic matter. BPDE reacts with the DNA to form BPDE-DNA bulky adducts which, if not removed by the nucleotide excision repair (NER) pathway, can lead to mutations due to DNA base-pair substitution and consequently to tumorigenesis. It is well-known that different cell types react differently to genotoxic insults. Stem cells, and particularly pluripotent stem cells (PSC), have a robust DNA damage response, essential to avoid the stabilization and fast propagation of mutant cells that can lead to malignancies. With that in mind, this work performed for the first time a comparative analysis of the DNA damage response to BPDE in human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) and their progeny differentiated into cells from the ectoderm and endoderm embryonic layers. Furthermore, hiPSCs and differentiated neuroprogenitor cells (NPCs) derived from patients suffering from Nijmegen Breakage Syndrome, a chromosomal instability disorder characterized by microcephaly, defective DNA repair and increased risk of malignancies, were also investigated in the context of BPDE exposure and compared to their healthy counterparts. Transcriptomics analysis, coupled with protein content analysis through immunostaining and western blots, revealed that hiPSCs have a robust reaction to BPDE exposure when compared to NPCs and hepatic endoderm cells, with an enhanced expression of several targets related to the p-53mediated DNA damage response, including DNA lesion bypass, cell cycle checkpoints and extrinsic apoptosis. Interestingly, hiPSCs differentiated into somatic cells (neuronal cultures) were also subjected to BPDE exposure and showed a response to BPDE more in line with the classic response seen in the literature in other somatic cells, with enhanced expression of NER and intrinsic apoptosis markers. Additionally, hiPSC and NPCs harbouring an NBS mutation reacted differently to BPDE treatment than WT cells, showing less apoptotic response, no p53 or MDM2 increase and particularly in the case of NBS-hiPSCs, increased transcription of cancer-related targets and the repression of DNA-repair pathways transcription. Overall, this work emphasized the differences between the DNA damage response in somatic cells and stem cells and highlighted the need for further investigation of the effects of BPDE on the embryonic developmental stage, while also exploring the differential DNA damage response to BPDE mounted by healthy cells and those with an NBS mutation.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	29.07.2025
Dateien geändert am:	29.07.2025
Promotionsantrag am:	07.06.2024
Datum der Promotion:	21.02.2025