Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Katharina Flück

Die Bedeutung des Hypoxie-induzierbaren Faktors 1 in dendritischen Zellen für die Pathophysiologie einer Dextrannatriumsulfat induzierten Colitis

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95- 105474

title (engl.)

The role of hypoxia-inducible factor 1 in dendritic cells in dextran sodium sulfate-induced colitis 

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2014

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/flueckk_ws14.pdf

abstract (deutsch)

Dendritische Zellen (DCs) vermitteln zwischen angeborener und erworbener Immunität und sind von entscheidender Bedeutung für die intestinale Homöostase. Für die Pathogenese chronisch entzündlicher Darmerkrankungen (CED) spielen sie eine große Rolle. In solch entzündeten Geweben sind DCs niedrigen Sauerstoffpartialdrücken ausgesetzt. Der Transkriptionsfaktor Hypoxie induzierbarer Faktor (HIF)-1 reguliert die zelluläre Adaptation an eine sauerstoffarme Umgebung. Um den Einfluss der regulierenden Untereinheit HIF-1α in DCs auf die Ausprägung einer experimentellen Colitis zu untersuchen, wurde in Kontroll- (HIF‑1α+f/+f) und Knock-out Mäusen, welche einen Verlust von HIF-1α in DCs aufwiesen (CD11cCre/HIF‑1α+f/+f), durch siebentägige Gabe von 3 % Dextrannatriumsulfat (DSS, engl. dextran sodium sulfate) eine Colitis induziert. Die Knock‑out Tiere zeigten einen signifikant größeren Gewichtsverlust an Tag 6 und 7 des Experimentes. Zudem war die mRNA Expression proinflammatorischer Zytokine, wie Interleukin (IL)-6 und IL-23, in den Knock-out Tieren signifikant erhöht. Kontrolltiere mit funktionellem dendritischen HIF‑1α wiesen hingegen eine deutlich erhöhte Interferon (IFN)-α Produktion sowie einen tolerogenen DC-Phänotyp (Expression von TSLP Rezeptor) durch die DSS induzierte Colitis auf. Des Weiteren konnte eine signifikant erhöhte Anzahl an Foxp3+ regulatorischen T-Zellen (Tregs) in den erkrankten Kontrolltieren festgestellt werden. Tregs können von bestimmten intestinalen DCs durch Produktion von IL-10, TGF-β (engl. transforming growth factor-β) und Retinsäure induziert werden. Expressionen von IL‑10 und TGF‑β waren in DSS behandelten HIF‑1α+f/+f Tieren signifikant erhöht im Vergleich zu DSS behandelten CD11cCre/HIF‑1α+f/+f Tieren. Retinsäure entsteht in DCs durch den Abbau von Vitamin A, wozu unter anderem die Aldehyd Dehydrogenase Aldh1a2 benötigt wird. Die Expression von Aldh1a2 in Kontrolltieren war im Vergleich zu den Knock-out Tieren durch die Colitis signifikant erhöht. Zudem konnte in den Kontrolltieren ein deutlicher Anstieg des Retinsäurerezeptors α (RARα) festgestellt werden. Retinsäure beeinflusst die Expression der darmspezifischen Adhäsionsmoleküle α4β7-Integrin und CCR9 (CC Chemokin Rezeptor 9). In den DSS behandelten Kontrolltieren konnte ein signifikanter Anstieg für das β7-Integrin und CCR9 nachgewiesen werden. In den Knock-out Tieren zeigte der Verlust von HIF-1α in DCs Auswirkungen auf das Epithel. Durch die DSS induzierte Colitis konnte in diesen Tieren eine deutlich gesteigerte Mucinproduktion festgestellt werden. Diese lässt sich am wahrscheinlichsten als kompensatorischer Schutzversuch durch geschädigte intestinale Epithelzellen interpretieren.

Insgesamt konnte durch diese Arbeit verdeutlicht werden, dass dendritisches HIF-1α einen positiven Einfluss auf eine experimentelle Colitis hat, da die Aktivierung regulatorischer T‑Zellen und die Eindämmung der Colitis von funktionellem HIF-1α in DCs abhängig war.

 

abstract (englisch)

Dendritic cells (DCs) play a crucial role in connecting innate and adaptive immunity and in maintaining intestinal homeostasis. They are highly involved in the pathogenesis of inflammatory bowel disease (IBD). IBD is associated with hypoxic inflammation where gene expression in DCs is regulated by the transcriptions factor hypoxia inducible factor (HIF)-1. To investigate how dendritic HIF-1α in DCs influences the development of an experimental colitis, control mice (HIF‑1α+f/+f) and knock‑out mice, which had a deficiency of dendritic HIF-1α (CD11cCre/HIF‑1α+f/+f), were treated with 3 % dextran sodium sulfate (DSS) for 7 days to induce colitis. Knock-out mice showed significantly higher weight loss at day 6 and 7 of the experiment. mRNA expression of proinflammatory cytokines as interleukin (IL)-6 and IL-23 was significantly increased in knock-out mice. Control mice with functional dendritic HIF‑1α showed significantly enhanced interferon (IFN)-α production and a tolerogenic phenotype of DCs (expression of TSLP receptor) due to DSS-induced colitis as well as increased amounts of Foxp3+ regulatory T cells (Tregs). Tregs are induced through production of IL-10, TGF-β (transforming growth factor) and retinoic acid (RA) by DCs. Expressions of IL-10 and TGF-β were significantly enhanced in DSS‑treated HIF‑1α+f/+f mice compared to DSS treated CD11cCre/HIF‑1α+f/+f mice. RA is generated through degradation of vitamin A catalyzed by the aldehyde dehydrogenase Aldh1a2. Expression of Aldh1a2 in control mice was significantly increased through colitis compared to knock-out mice as well as expression of the retinoic acid receptor α (RARα). RA also has influence on expression of the gut‑homing molecules α4β7-integrin and CCR9 (CC chemokine receptor 9). DSS‑treated control mice showed significantly increased levels of β7‑integrin and CCR9 compared to DSS‑treated knock-out mice. In addition, the loss of dendritic HIF-1α influenced intestinal epithelial cells (IECs). Mucin production by IECs was significantly enhanced in DSS‑treated CD11cCre/HIF‑1α+f/+f mice which might represent a compensatory effect mediated by extensively damaged intestinal epithelial cells.

Collectively, these data demonstrated a positive effect of dendritic HIF-1α in an experimental model of colitis since activation of regulatory T cells and control of colitis were dependent on functional HIF-1α in DCs.

 

keywords

HIF-1α; dendritic cells; DSS, HIF-1α; dendritische Zellen; DSS 

kb

2.560