NF-κB in dermaler Homöostase in vitro

NF-κB in dermal homeostasis in vitro

by Lara-Carolina Micus
Doctoral thesis
Date of Examination:2024-10-16
Date of issue:2024-09-11
Advisor:Prof. Dr. Michael P. Schön
Referee:Prof. Dr. Michael P. Schön
Referee:Prof. Dr. Wolfram-Hubertus Zimmermann
Referee:Prof. Dr. Margarete Schön
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-10724

 

 

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Abstract

English

Although systemic sclerosis is considered a rare disease, there are no curative therapeutic approaches to date and patients develop fibrotic remodeling processes throughout the body over time in addition to skin fibrosis, which ultimately leads to death. The pathophysiology of the disease has not been conclusively clarified. The transcription factor NF-κB and in particular the subunit c-Rel has already been identified several times as a central effector in connection with fibrotic diseases. How exactly c-Rel is involved in fibrotic processes and which target structures are involved has not yet been fully clarified. In order to better understand c-Rel as an important factor in the context of dermal fibrosis, especially systemic sclerosis, the role of the NF-κB subunit c-Rel in homeostasis was the first aim of this study. Under homeostatic conditions, a reduced directional migration of dermal fibroblasts after c-Rel suppression was shown. With regard to the contractility of c-Rel suppressed dermal fibroblasts, tendencies towards lower contractility could be recognized. Thus, the c-Rel subunit appears to be involved in central motility processes of fibroblasts. In further investigations to identify target structures that could be involved in the altered cell motility, no specific mediators could be identified in this work. Adhesion proteins, including various integrins, the dynamics of the actin cytoskeleton and the motor protein myosin IIa were investigated. Further analyses in a 3D fibrosis model in the form of a collagen matrix colonized with fibroblasts under TGF-β1 stimulation showed no change in contractility due to c-Rel suppression. The results under homeostatic and fibrotic conditions suggested a pre-fibrotic c-Rel function even before the process of myofibroblast differentiation. Subsequent activity assays of NF-κB showed increased TGF-β1 induced activity in a luciferase assay and a tendency towards increased activity in specific c-Rel immunofluorescence staining. Overall, the results of this work suggest a prefibrotic function of the NF-κB subunit c-Rel in relation to migratory and contractile processes of dermal fibroblasts and an increase in c-Rel activity in the fibrotic state. Accordingly, c-Rel could represent a central target for future therapeutic approaches both in the prevention of systemic sclerosis and in the reduction of disease activity and progression of skin fibrosis.
Keywords: NF-κB; Fibrosis; Skin; c-Rel; Dermal homeostasis; tumour necrosis factor-alpha

German

Die Systemische Sklerose gilt zwar als seltene Erkrankung, doch gibt es bisher keine kurativen Therapieansätze und die Patienten entwickeln mit der Zeit neben der Hautfibrose auch fibrotische Umbauprozesse im gesamten Körper, die letztlich zum Tode führen. Die Pathophysiologie der Erkrankung ist nicht abschließend geklärt. Der Transkriptionsfaktor NF-κB und vor allem die Untereinheit c-Rel wurde bereits mehrfach im Zusammenhang mit fibrotischen Erkrankungen als zentraler Effektor identifiziert. Wie genau c-Rel an fibrotischen Prozessen beteiligt ist und welche Zielstrukturen involviert sind, blieb bisher nicht gänzlich geklärt. Um c-Rel als wichtigen Faktor im Kontext der dermalen Fibrose, speziell der Systemischen Sklerose, besser verstehen zu können, sollte in dieser Arbeit zunächst die Rolle der NF-κB Untereinheit c-Rel in der Homöostase näher identifiziert werden. Unter homöostatischen Bedingungen zeigte sich eine reduziert gerichtete Migration dermaler Fibroblasten nach c-Rel Suppression. Bezüglich der Kontraktionsfähigkeit c-Rel supprimierter dermaler Fibroblasten ließen sich Tendenzen zur geringeren Kontraktionskraft erkennen. Die Untereinheit c-Rel scheint demnach in zentralen Motilitätsprozessen der Fibroblasten beteiligt zu sein. In weiteren Untersuchungen zur Identifikation von Zielstrukturen, welche in der veränderten Zellmotilität beteiligt sein könnten, konnten in dieser Arbeit keine spezifischen Vermittler identifiziert werden. Es wurden Adhäsionsproteine, darunter verschiedene Integrine, die Dynamiken des Aktinzytoskeletts und das Motorprotein Myosin IIa untersucht. Weitere Analysen in einem 3D Fibrose Modell in Form einer mit Fibroblasten besiedelten Kollagen Matrix unter TGF-β1 Stimulation zeigten durch die c-Rel Suppression keine veränderte Kontraktionsfähigkeit. Die Ergebnisse unter homöostatischen und fibrotischen Bedingungen legten eine präfibrotische c-Rel Funktion bereits vor dem Prozess der Myofibroblastendifferenzierung nahe. Anschließende Aktivitätsuntersuchungen von NF-κB zeigten in einem Luciferase Assay eine gesteigerte TGF-β1 induzierte Aktivität und in speziellen c-Rel Immunfluoreszenzfärbungen eine Tendenz zur Aktivitätssteigerung. Insgesamt legen die Ergebnisse dieser Arbeit eine präfibrotische Funktion der NF-κB Untereinheit c-Rel in Bezug auf migratorische und kontraktile Prozesse dermaler Fibroblasten und eine Aktivitätssteigerung c-Rels im fibrotischen Zustand nahe. Dementsprechend könnte c-Rel sowohl in der Prävention der Systemischen Sklerose als auch in der Reduktion der Krankheitsaktivität und des Fortschreitens der Hautfibrose einen zentralen Angriffspunkt für künftige Therapieansätze darstellen.
 
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