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Crosstalk zwischen murinen myeloiden Zellen und fremdstoffmetabolisierenden Hepatomzellen durch Liganden des AhR-Signalweges

  • Der Arylhydrocarbon Rezeptor (AhR) ist ein Liganden-abhängiger Transkriptionsfaktor, der zur Familie der basic helix-loop-helix-Per-Arnt-Sim (bHLH-PAS) Proteine gehört. Am besten bekannt durch seine Rolle bei der Toxizität und Kanzerogenität von polychlorier-ten/polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, wurde er in diesem Zusammenhang weitestgehend untersucht. Auch wenn seine physiologische Rolle noch nicht eindeutig geklärt wurde, zeigen aktuelle Studien, dass der AhR in vielen anderen Bereichen wie Zellwachstum, –differenzierung und Apoptose, aber auch bei der Regulation des Immunsystems eine wichti-ge Rolle spielt. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden Knochenmarkzellen adulter C57BL/6 Mäu-se isoliert und in Gegenwart von GM-CSF in vitro ausdifferenziert. Die adhärente Population konnte antigenpräsentierenden MHCII+ Zellen, mit dem Charakter CD11c+ dendritischer Zel-len und F4/80+ Makrophagen, zugeordnet werden. Nach Behandlung myeloider Zellen mit LPS, zeigten die gewonnenen Mediumüberstände in HepG2-Zellen eine signifikante und teil-weise AhR-abhängige CYP1A1-Induktion im EROD-Assay, aber auch eine signifikant erhöh-te CYP1A1-Genexpression. Gleichzeitig konnte durch die konditionierten Mediumüberstände myeloider Zellen eine Inhibition der TCDD-induzierten CYP1A1-Aktivität festgestellt wer-den. Ein Teil der inhibitorischen Wirkung konnte auf hohe Gehalte inflammatorischer Zyto-kine IL-1α, IL-1β, IL-6 und TNF-α in Mediumüberständen zurückgeführt werden. Diese Er-gebnisse deuten darauf hin, dass bei einer Infektion/Inflammation Immunzellen Substanzen sezernieren, welche die Aktivität des Arylhydrocarbon Rezeptors beeinflussen. Welche Ver-bindung(en) in Mediumüberständen LPS-stimulierter Zellen für die induktive Wirkung des CYP1A1 auf Enzym- und mRNA-Ebene verantwortlich ist/sind, bedarf weiterer Untersu-chungen. Weiterhin wurde die Wirkung des bekannten AhR-Agonisten 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD), sowie des biologisch aktiven Vitamin D3-Metaboliten und physiologischen VDR-Liganden Calcitriol untersucht. Beide Substanzen zeigten modulierende Effekte auf Viabilität/Proliferation sowie Ausschüttung und Genexpression inflammatorischer Zytokine in myeloiden Zellen. Es konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass beide Verbindungen die Expression der AhR und VDR Targetgene Cyp1a1 und Cyp24a1 induzierten. Die Expression des Cyp1a1 stieg durch Behandlung myeloider Zellen mit Calcitriol in gleichem Maße an, wie durch Inkubation mit TCDD. Für Cyp24a1 ergab sich eine stark erhöhte Expression durch Calcitriol und eine wesentlich geringere, aber dennoch statistisch signifikant gesteigerte Ex-pression durch Inkubation mit TCDD. Nach Co-Inkubation mit beiden Substanzen konnte ein zeitabhängiger Synergismus bezüglich der Cyp1a1-Expression ermittelt werden. Für Cyp24a1 wurde durch Co-Inkubation mit TCDD und Calcitriol eine signifikante Verringerung der Ex-pression beobachtet. Ferner zeigte sich nach „Blockierung“ des Ah-Rezeptors durch seinen Antagonisten CH223191, zusätzlich zur Inhibition der Cyp1a1-Expression, auch eine statis-tisch hoch signifikante Hemmung der Cyp24a1-Expression. Die Ergebnisse deuten stark dar-auf hin, dass die Transkriptionsfaktoren AhR und VDR in einer Beziehung zueinander stehen und für die adäquate Funktion des jeweils anderen Rezeptors notwendig sind. Dieser Zusam-menhang liefert einen interessanten Ansatz für weiterführende Forschung und würde einen besseren Einblick in die physiologische Rolle des „Dioxin-Rezeptors“ AhR liefern.
  • The arylhydrocarbon receptor (AhR) is a ligand-dependent transcription factor belonging to the family of basic helix-loop-helix-Per-Arnt-Sim (bHLH-PAS) proteins. Best known for its role in mediating toxicity and carcinogenicity of environmental chemicals like polychlorinated / polycyclic aromatic hydrocarbons, the AhR has been widely studied in this context for many decades, but its physiological role remains still unrevealed. Recent investigations show the involvement of AhR in many other areas including cell growth, differentiation, apoptosis as well as function in the immune system, indicating its role in many different physiological processes. Within the framework of this doctoral thesis bone marrow cells of adult C57BL/6 mice were isolated and differentiated in vitro in the presence of GM-CSF. Adherent cells turned out to be antigen presenting MHCII+ cells, showing the character of CD11c+ dendritic cells and F4/80+ macrophages. After treatment with bacterial endotoxin LPS, supernatants of bone marrow derived cells showed a significant and partially AhR-dependent induction of CYP1A1-activity in HepG2 cells. The inductive effect could also be observed on mRNA level. In addition, supernatants of LPS-treated bone marrow derived cells caused a significant suppression of TCDD-induced EROD activity in human hepatoma cells by co-treatment with TCDD and supernatants. Increased concentrations of inflammatory cytokines IL-1α, IL-1β, IL-6 and TNF-α in supernatants of bone marrow derived immune cells could be proven to relevantly contribute to the inhibitory effect on TCDD-induced EROD activity. These results indicate that during an infection/inflammation immune cells are producing different substances which affect the activity of the AhR and maybe result in a crosstalk between different cell types. The aspect regarding the induction of CYP1A1 activity and gene expression needs further investigation. Further, effects of the potent AhR agonist 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) and the physiological VDR ligand Calcitriol were investigated in murine bone marrow derived cells. Both compounds showed modulating effects on viability/proliferation of myeloid cells as well as on secretion and gene expression of inflammatory cytokines. It could be shown for the first time that both, Calcitriol and TCDD, have an influence on the expression of AhR and VDR target genes Cyp1a1 and Cyp24a1. After treatment of murine myeloid cells with Calci-triol expression of Cyp1a1 reached similarly increased values as after treatment with TCDD. Incubation with Calcitriol resulted in dramatically high gene expression of Cyp24a1. TCDD also led to a rise of Cyp24a1 gene expression, but on a significantly lower scale compared to Calcitriol. After co-treatment with both compounds a time-dependent synergistic effect was observed concerning Cyp1a1. No synergism could be determined after simultaneous treatment of bone marrow derived cells with TCDD and Calcitriol regarding the expression of Cyp24a1. The expression of Cyp24a1 even significantly decreased referred to treatment with Calcitriol alone. In addition, inhibition of AhR with its antagonist CH223191 resulted not only in a sig-nificant decrease of Cyp1a1 expression, but also in a significantly diminished gene expression of Cyp24a1. These data suggest a strong interaction between the two transcription factors AhR and VDR, maybe requiring each other for their proper function. This possible interaction provides an interesting approach for further research and would give a better insight into the physiological role of AhR.

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Metadaten
Author:Anastasia Messer
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-39093
Advisor:Dieter Schrenk
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2014/11/03
Year of Publication:2014
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2014/10/24
Date of the Publication (Server):2014/11/03
Tag:AhR-VDR-Crosstalk; Arylhydrocarbon-Rezeptor; Calcitriol; Cyp1a1 Genexpression; Cyp24a1 Genexpression; Dendritische Zellen; ELISA; Makrophagen; Murine Knochenmarkzellen; Tetrachlordibenzo-p-dioxin; Vitamin-D; Vitamin-D-Rezeptor; Zytokine
Number of page:XXI, 245
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Chemie
DDC-Cassification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 540 Chemie
Licence (German):Standard gemäß KLUEDO-Leitlinien vom 28.10.2014