Giessener Elektronische Bibliothek

GEB - Giessener Elektronische Bibliothek

The role of neutrophil extracellular traps in lung epithelial cell death

Die Rolle von "Neutrophil Extracellular Traps" (extrazelluläre DNA-Chromatin-Protein-Netze von Neutrophilen) beim Zelltod von Lungen-Epithelzellen

Saffarzadeh, Mona


Zum Volltext im pdf-Format: Dokument 1.pdf (4.691 KB)


Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-84842
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2011/8484/

Bookmark bei Connotea Bookmark bei del.icio.us


Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Biochemistry
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 06.12.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 07.12.2011
Kurzfassung auf Deutsch: Neutrophile erfüllen eine wichtige Rolle bei der angeborenen Immunabwehr, indem sie in
den Körper eindringende Mikroorganismen bekämpfen. Ihre antimikrobielle Aktivitität wird
durch Phagozytose, die Ausschüttung reaktiver Sauerstoffspezies ("reactive oxygen species",
ROS) und lytische Enzyme vermittelt. Eine alternative Bekämpfung der Pathogene kann über
die Ausbildung von sogenannten "Neutrophil Extracellular Traps" (NET) erfolgen, einer
speziellen Art des Zelltods, bei dem die Neutrophilen DNA, Histone, verschiedene granuläre
Proteine (wie z.B. Neutrophile Elastase), aber auch zytoplasmatische Komponenten netzartig
herausschleudern. Obwohl die Ausbildung von NET in verschiedenen Organismen und
pathophysiologischen Bedingungen und ihre bakterizide Wirkung dokumentiert wurde, ist
wenig bekannt über die Wirkung von NET auf körpereigene Zellen und im speziellen bei der
Pathogenese des akuten Lungenschadens (ALI). In dieser Arbeit wurde die Auswirkung der
NET-Bildung auf Endothel- und Epithelzellen studiert, vor allem im Bezug auf funktionelle
Veränderungen von alveolären Epithelzellen, die mit für den Gasaustausch in der Lunge
verantwortlich sind.
In einem Mausmodell des ALI konnte die Bildung von NET in Lungengewebe und Lavage
der erkrankten Tiere gezeigt werden. Direkte Interaktion von NET mit endothelialen und
epithelialen Zellen führte nicht nur zu Änderungen in der Permeabilität des Zellverbandes,
sondern auch zu einer erhöhten Synthese pro-apoptotischer Proteine und wirkte sich in
konzentrationsabhängiger Weise zytotoxisch auf die Zellen aus.
Da der DNase-Verdau von NET keinen Einfluss auf deren zytotoxischen Effekt hatte, können
NET-assoziierte Proteine dafür verantwortlich gemacht werden. Hier waren es vor allem
Histone, die auch in isolierter Form zytotoxisch wirkten, was durch verschiedene Antikörper
gegen Histone verhindert werden konnte. Da aktiviertes Protein C (APC) Histone degradiert,
wurde die Histon-induzierte Zytotoxizität in vitro reduziert, nicht aber die NET-induzierte
Zytotoxizität. Dies legt den Schluss nahe, dass Histone in NET gegen den Abbau durch APC
geschützt sind. Die Inhibierung von Neutrophiler Elastase, einem weiteren Proteinbestandteil
von NET, hatte keine Wirkung auf deren Zytotoxizität, allerdings konnte eine stärkere
Elastase-Aktivität nach DNase-Behandlung von NET festgestellt werden. Die Inhibierung
von Myeloperoxidase, einer weiteren Komponente der NET verningerte allerdings die NETinduzierte
Zytotoxizität. Die Proteomanalyse von mit NET inkubierten Epithelzellen zeigte
einen deutlichen Anstieg an Apoptose-relevanten Proteinen.
Diese Arbeit zeigt, dass bestimmte Proteine in den NET und hier vor allem die Histone, aber
auch Myeloperoxidase stark zytotoxisch auf Endothel- und Epithelzellen wirken. Damit
können NET einer der Auslöser für die Zerstörung von Geweben und Organen bei
entzündlichen Erkrankungen, wie beispielsweise des akuten Lungenversagens (ALI), sein.
Kurzfassung auf Englisch: Neutrophils play an important role in innate immunity by defending the host against invaded
microorganisms. Antimicrobial activity of neutrophils is mediated by phagocytosis, release of
reactive oxygen species and lytic enzymes as well as formation of neutrophil extracellular
traps (NET). These structures are composed of DNA, histones and certain granular proteins
such as neutrophil elastase as well as some cytoplasmic proteins. NET formation in different
organisms, its bactericidal activity, and its presence in several pathophysiological conditions
have been documented; however, little is known about the direct effect of NET on the host
cells and its potential role in the pathogenesis of acute lung injury (ALI). This study aims to
decipher the influence of NET on host cells, particularly alveolar epithelial cells as major
cells responsible for gas exchange in the lung.
Herein, NET formation was documented in the lung tissue and the bronchoalveolar lavage
fluid in a mouse model of ALI. Upon direct interaction with epithelial and endothelial cells,
NET induced cytotoxic effects in a dose-dependent manner, and digestion of DNA in NET
did not change NET-mediated cytotoxicity, indicating that NET associated proteins are
responsible for this effect. NET associated proteins were also identified by mass
spectrometry. Following treatment of epithelial cells with NET, different proteins with roles
in cell death processes were upregulated. Pre-incubation of NET with antibodies against
histones significantly reduced NET-mediated cytotoxicity, suggesting that the cell-destructive
activity of NET was at least in great part mediated by histones. Activated protein C (APC)
did decrease the histones-induced cytotoxicity in a purified system, but did not change NETinduced
cytotoxicity, indicating that histones in NET are protected against APC degradation.
Inhibition of neutrophil elastase, another abundant component of NET, did not decrease
NET-mediated cytotoxicity, although elastase activity increased after DNA digestion.
Inhibition of myeloperoxidase, another granular component of NET, decreased NETmediated
cytotoxicity. Moreover, in epithelial cells, NET induced a biphasic change in
cellular permeability; at earlier stages decrease and at the later stages increase was observed.
These data reveal the important role of protein components in NET, particularly histones and
partly myeloperoxidase, which may lead to host cell cytotoxicity and may be one of the
inducers of organ destruction associated with inflammatory diseases including ALI. Thus,
NET in a spatio-temporal manner can influence the cell functions.
Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand