MedUni Wien Autor:
Beer, Lucian, Dr.med.univ. PhD.
Universitätsklinik für Radiologie und Nuklearmedizin
The effects of high dose ionizing radiation on
transcriptional regulation and paracrine signaling in
human peripheral blood mononuclear cells
Zusammenfassung
Parakrine Signalwege treten zunehmend in Focus des wissenschaftlichen Interesses im Feld der regenerativen Medizin. Während ursprünglich angenommen wurde, dass direkte Zell-Zell Interaktion und die Integration von injizierten Stammzellen ausschlaggebend für die Induktion von regenerativen Prozessen sind, zeigen neue Daten, dass es die von diesen Zellen freigesetzten parakrine Faktoren sind, welche zytoprotektiv und regeneratorisch wirken.
Die Zellen werden heutzutage als Bioreaktoren gesehen, welche lösliche Faktoren freisetzen die als Therapeutikum eingesetzt werden können. Um die parakrine Kapazität dieser Zellen zu verstärken, sind so genannte Konditionierungsstrategien beschrieben. Unsere Arbeitsgruppe konnte in mehreren Publikationen zeigen, dass periphere mononukleäre Blutzellen eine Vielzahl an parakrinen Faktoren freisetzen, welche die Wundheilung beschleunigen, den Herzmuskel im Zuge eines akuten Infarktes schützen, die Verlegung der Mikrovaskulatur verhindern, das neurologische Outcome nach einem ischämischen Schlaganfall und traumatischer Rückenmarksverletzung verbessern und die Entwicklung einer autoimmun meditierten Myokarditis in der Maus verhindern. Obwohl diese Studien die gesehenen Effekte detailliert beschrieben haben, wissen wir derzeit nicht, welche biologischen Prozesse in den weißen Blutkörperchen im Zuge der ionisierenden Bestrahlung aktiviert oder supprimiert werden. Weiters ist unbekannt, welche parakrine Faktoren von den weißen Blutkörperchen freigesetzt werden. Im Zuge dieser Doktorarbeit untersuchten wir die induzierten oder supprimierten zellulären Vorgänge in bestrahlen (60 Gray) weißen Blutkörperchen (25*10^6 Zellen/ml) als auch deren Sekretome. Durch Zuhilfenahme von bioinformatischen Auswertealgorithmen konnten wir komplexe mRNA und microRNA Interaktionsnetzwerke generieren, welche im Zuge der Bestrahlung vermehrt aktiviert werden. Es zeigte sich, dass der Transkriptionsfaktor hepatic leukemia factor (HLF) eine Schlüsselfunktion in der Regulation der mRNA und microRNA Netzwerke in irradiierten Zellen einnimmt. Weiters konnten wir feststellen, dass Bestrahlung zu einer vermehrten Freisetzung von Proteinen führt, welche die Zellmigration und Wundheilung induzieren. Bestrahlte weiße Blutkörperchen setzten oxidierte Phosphatidylcholine frei, welche bekannte entzündungsmodulierende und proangiogenetische Eigenschaften aufweisen. Weiters führte eine Bestrahlung der Zellen zu einer gesteigerten Ausschüttung von Mikropartikeln und Exosomen.
In vitro Versuche identifizierten Proteine und Exosomen als die zwei Hauptkomponenten, welche zu einer gesteigerten Zellmigration und Zellaktivierung von Fibroblasten und Keratinozyten führten. In vivo Versuchen im Großtiermodel des akuten Herzinfarkts konnten wir erstmals zeigen, dass das Sekretome von weißen Blutkörperchen seine biologische Aktivität nicht verliert wenn es nach den Richtlinien des good manufacturing process hergestellt wird. Die herzmuskelschützende Wirkung war vergleichbar mit dem Zellsekretome, welches auf konventionelle Art hergestellt worden war. Aus diesen Daten lässt sich schließen, dass die biologisch wirksamen Komponenten stabil gegenüber einer externen Herstellung und den Lagerungsbedingungen sind. In dieser Arbeit konnten wir zeigen, dass ionisierende Bestrahlung weißer Blutkörperchen zu einer Änderung der Genexpression, als auch der Freisetzung einer Vielzahl unterschiedlicher molekularer parakrine Faktoren führt. Diese Daten sollen die Grundlage für zukünftige Studien darstellen, welche die Rolle von Exosomen und Proteinen als Therapeutikum im Felde der regenerativen Medizin evaluieren.
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Komplexer „Cocktail“ in weißen Blutkörperchen hat regenerative Wirkung