Dokument: Auswirkungen von durch MNU und Etoposid induziertem Stress auf hämatopoetische Stammzellen aus Nabelschnurblut und auf mesenchymale Stromazellen aus Nabelschnurblut und Knochenmark
| Titel: | Auswirkungen von durch MNU und Etoposid induziertem Stress auf hämatopoetische Stammzellen aus Nabelschnurblut und auf mesenchymale Stromazellen aus Nabelschnurblut und Knochenmark | |||||||
| Weiterer Titel: | Effects of Genotoxin-Induced Stress by MNU and Etoposide on Cord Blood Hematopoietic Stem Cells and on Mesenchymal Stromal Cells from Cord Blood and Bone Marrow | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=70684 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20250917-110634-9 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Ouzin, Meryem [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Dr. Kögler, Gesine [Gutachter] Wesselborg, Sebastian [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | Genotoxine spielen eine entscheidende Rolle bei der Entstehung und Entwicklung von hämatologischen Erkrankungen und bösartigen Tumoren, da sie DNA-Schäden verursachen und so die Zellfunktion und die Genomintegrität beeinträchtigen.
In dieser Arbeit wurden die genotoxischen Auswirkungen von N-Nitroso-Methyl-Harnstoff (MNU) und dem Chemotherapeutikum und Topoisomerase II Inhibitor Etoposid auf verschiedene Zelltypen untersucht, die unterschiedliche Entwicklungsstadien repräsentieren, darunter induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs), hämatopoetische Stammzellen (HSCs), mesenchymale Stromazellen (MSCs) und induzierte mesenchymale Stromazellen (iMSCs). Ziel dieser Studie war es, die zellulären Reaktionen nach genotoxin-induzierten Schäden zu bewerten, wobei der Schwerpunkt auf die Bewertung der DNA-Schäden, Zelllebensfähigkeit und Differenzierungspotential von Zellen mit unterschiedlichen Entwicklunsgsstadien lag. Durch eine Reihe von in vitro Experimenten konnten wir zeigen, dass iPSCs die höchste Empfindlichkeit gegenüber genotoxischem Stress aufweisen, der durch MNU oder Etoposid ausgelöst wurde. HSCs und MSCs zeigten eine robustere Resistenz gegenüber diesen Wirkstoffen, was wahrscheinlich auf ihre erhöhten intrinsischen DNA-Reparaturmechanismen zurückzuführen ist. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit war, die unterschiedliche Reaktion von zyklischen und ruhenden HSCs auf genotoxischen Stress zu erfassen. Zyklische HSCs wiesen eine höhere Resistenz gegenüber der Behandlung mit Etoposid auf. Hohe Konzentrationen an MNU führten jedoch zur Aktivierung der Apoptose in zyklischen HSCs. Ruhende HSCs wurden durch Etoposid nicht beeinträchtigt, während die Behandlung mit MNU zu einem Stopp des Zellzyklus und einem dosisabhängigen Anstieg der Apoptoserate führte. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen einer genotoxischen Exposition auf die Differenzierung von Stammzellen untersucht, indem das multipotente Differenzierungspotenzial von MSCs genutzt wurde. Differenzierungstests ergaben, dass genotoxin-induzierte Schäden die zelluläre Schicksalsentscheidung beeinträchtigten, da das osteogene Differenzierungspotenzial signifikant reduziert war, vor allem bei Exposition gegenüber dem Genotoxin vor dem Differenzierungsprozess. Die Behandlung 7 Tage nach Beginn der Differenzierung hatte jedoch keinen Einfluss auf die osteogene Differenzierung von MSCs aus verschiedenen Entwicklungsstadien. Das adipogene und chondrogene Differenzierungspotenzial von MSCs waren im Vergleich zum osteogenen Differenzierungspotenzial weniger stark beeinträchtigt. Diese Ergebnisse verdeutlichen die Anfälligkeit von MSCs aus unterschiedlichen Quellen und von verschiedenen Spendern und geben Anlass zur Sorge über die langfristigen Auswirkungen von Umweltgiften und chemotherapiebedingter Genotoxizität auch in Bezug auf das gesunde Gewebe. Darüber hinaus wurden iMSCs charakterisiert, um ihre Eignung als Alternative zu primären MSCs zu untersuchen. Dabei wurden Unterschiede in ihren Zytokinsekretionsprofilen, die herunterreguliert waren im Vergleich zu BM-MSCs, HOX-Genexpressionsmustern, die nicht exprimiert sind im Vergleich zu BM-MSCs und ihrem osteogenen und adipogenen Differenzierungspotenzial, welche deutlich schwächer sind, festgestellt. Diese Forschungsarbeit liefert wertvolle Erkenntnisse über die unterschiedlichen Reaktionen von Stamm- und Vorläuferzellen auf genotoxischen Stress und unterstreicht die Notwendigkeit gezielter Schutzstrategien im klinischen Umfeld. Das Verständnis der Mechanismen von genotoxisch induzierten Schäden in Stammzellen ist für die Entwicklung verbesserter therapeutischer Maßnahmen für Patienten, die sich einer Chemotherapie unterziehen oder Umweltkarzinogenen ausgesetzt sind, von wesentlicher Bedeutung. Die in vitro Experimente wurden durchgeführt, um Methoden zu entwickeln, die dem 3R-Prinzip entsprechen und darauf abzielen, Tierversuche bei toxikologischen Bewertungen zu reduzieren, zu verfeinern und zu ersetzen.Genotoxic agents play a crucial role in the onset and development of hematological disorders and malignancies by inducing DNA damage thus disrupting cellular function and genomic integrity. This thesis analyzed the genotoxic effects of the methylating agent N-methyl-N-nitrosourea (MNU) and the topoisomerase II chemotherapeutic agent etoposide on various cell types representing different developmental origins. The aim was to reflect the age-related considerations essential in toxicological assessments, including embryotoxicity, fetal toxicity, teratogenicity and age-specific sensitivity in children and adults, in vitro. To this end, induced pluripotent stem cells from CD34+ HSCs (iPSCs), neonatal hematopoietic stem cells (HSCs) and mesenchymal stromal cells (MSCs) isolated from umbilical cord blood, as well as adult-derived MSCs isolated from bone marrow and induced MSCs from iPSCs (iMSCs) were used. The purpose was to assess the cellular responses following genotoxin-induced damage with a focus on DNA damage, cell viability and differentiation capacity of cells with different developmental ages. Through a series of in vitro experiments, our experiments showed that iPSCs exhibited the highest sensitivity to genotoxic stress induced by MNU or etoposide. HSCs and MSCs demonstrated a more robust resistance to these agents likely due to their increased intrinsic DNA repair mechanisms. A key focus of this thesis was the differential response of cycling and quiescent HSCs to genotoxic stress. Cycling HSCs exhibited a higher resistance to etoposide treatment. High MNU doses, however, resulted in the activation of apoptosis in cycling HSCs. Quiescent HSCs were not affected by etoposide, whereas MNU treatment resulted in a cell cycle stop and a dose-dependent increase of cell death. Additionally, the study explored the impact of genotoxic exposure on stem cell differentiation by taking advantage of the multipotent differentiation potential of MSCs. Differentiation assays revealed that genotoxin-induced damage impaired lineage commitment since the osteogenic differentiation potential was significantly impaired mainly upon exposure to the genotoxin prior to the differentiation process. Treatment 7 days post differentiation start however, did not have an impact on osteogenic differentiation of MSCs from different developmental ages. The adipogenic and chondrogenic differentiation potentials of MSCs were less impacted upon genotoxic damage. These findings highlight the vulnerability of MSCs from different sources and donors and raise concerns regarding the long-term effects of environment toxins and chemotherapy-induced genotoxicity. Furthermore, the iMSCs were characterized to evaluate their suitability as an alternative to primary MSCs and identified notable differences in their cytokine secretion profiles, which were more downregulated compared to BM-MSCs, HOX gene expression patterns, which were not expressed in contrast to BM-MSCs and a weak differentiation capacity into the osteogenic and adipogenic lineages. This work provides valuable insights into the differential responses of stem and progenitor cells to genotoxic stress and underscores the need for targeted protective strategies in clinical settings. Understanding the mechanisms of genotoxic-induced damage in stem cells is essential for developing improved therapeutic interventions for patients undergoing chemotherapy or exposed to environmental carcinogens. The in vitro experiments were conducted to develop methods in compliance with the 3R principle, aiming to reduce, refine and replace animal experiments in toxicological assessments. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Transplantationsdiagnostik und Zelltherapeutika (ITZ) | |||||||
| Dokument erstellt am: | 17.09.2025 | |||||||
| Dateien geändert am: | 17.09.2025 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 15.05.2025 | |||||||
| Datum der Promotion: | 04.09.2025 |
