Endoplasmatischer Retikulum-Stress im Zellkulturmodel für chronische Muskelentzündungen
Endoplasmic reticulum stress in a cell culture model for chronic muscle inflammation
by Christina Haas
Date of Examination:2025-05-08
Date of issue:2025-04-23
Advisor:Prof. Dr. Jens Schmidt
Referee:Prof. Dr. Jens Schmidt
Referee:PD Dr. Ihtzaz Ahmed Malik
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-11216
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Abstract
English
Background: Inclusion body myositis (IBM) is an acquired myopathy in individuals over the age of fifty. It is characterized by progressive muscle atrophy and weakness that leads to severe disability. Currently there is no effective treatment available. Histopathological findings include inflammatory changes and deposits of degeneration-associated proteins. There is evidence to suggest that oxidative and nitrosative stress play a pathophysiological role. The exact relationship between degenerative and inflammatory mechanisms is so far not fully understood. The aim of this study was to explore endoplasmic reticulum (ER) stress and its role in the pathogenesis of IBM. Molecular mechanisms of ER stress and their relevance to inflammation and cellular stress were studied. In a further step, methylene blue (MB), which has shown anti-aggregation properties in Alzheimer's disease models, was tested as a potential ER stress modulator. Methods: In an established in vitro model, human myoblasts and primary muscle cell cultures were exposed to the proinflammatory cytokines interleukin (IL)-1β and interferon (IFN)-γ and received in parallel different concentrations of MB. Analysis was performed by real-time PCR, immunocytochemical staining, and Western blotting. Results: Cytokine stimulation led to activation of the ER stress markers ATF4 and Grp94, accumulation of misfolded proteins, and induction of nitrosative stress. Methylene blue significantly reduced thioflavin S-positive protein aggregates and MHC-I expression, especially at lower concentrations. At the mRNA level, MB decreased the expression of ATF4, but had no effect on XBP1 or Grp94. APP expression remained unchanged. Concerning nitrosative stress, a tendency to decrease was observed at lower MB concentrations. Conclusions: The data demonstrate that, under inflammatory conditions, MB can reduce the aggregation of misfolded proteins and modulate immunological cellular responses, probably via selective modulation of the PERK/ATF4 branch of the unfolded protein response. There is also evidence of a partial attenuation of nitrosative stress at lower concentrations of MB. MB may therefore represent a potential agent for the targeted modulation of degenerative and inflammatory mechanisms in IBM.
Keywords: Inclusion Body Myositis; Endoplasmic Reticulum Stress; Amyloid-β; methylene blue; Unfolded Protein Response (UPR); Nitrosative Stress
German
Hintergrund: Die Einschlusskörpermyositis (IBM) ist eine erworbene Myopathie bei Personen über fünfzig Jahre. Sie ist durch eine fortschreitende Muskelatrophie und -schwäche gekennzeichnet, die zu schweren Beeinträchtigungen führen. Derzeit gibt es keine wirksame Behandlung. Zu den histopathologischen Befunden gehören entzündliche Veränderungen und Ablagerungen von degenerationsassoziierten Proteinen. Es gibt Hinweise darauf, dass oxidativer und nitrosativer Stress eine pathophysiologische Rolle spielen. Der genaue Zusammenhang zwischen degenerativen und entzündlichen Mechanismen ist bisher noch nicht vollständig geklärt. Ziel dieser Studie war es, Endoplasmatischen Retikulums (ER)-Stress und seine Rolle in der Pathogenese der IBM zu untersuchen. Die molekularen Mechanismen des ER-Stresses und ihre Bedeutung für Entzündungen und zellulären Stress wurden untersucht. In einem weiteren Schritt wurde Methylenblau (MB), das in Alzheimer-Modellen eine Anti-Aggregationswirkung gezeigt hat, als potenzieller ER-Stress-Modulator getestet. Methoden: In einem etablierten in vitro Modell wurden menschliche Myoblasten und primäre Muskelzellkulturen den proinflammatorischen Zytokinen Interleukin (IL)-1β und Interferon (IFN)-γ ausgesetzt und erhielten parallel dazu verschiedene Konzentrationen von MB. Die Analyse erfolgte durch Echtzeit-PCR, immunzytochemische Färbung und Western Blotting. Ergebnisse: Die Zytokinstimulation führte zur Aktivierung der ER-Stressmarker ATF4 und Grp94, zur Akkumulation fehlgefalteter Proteine und zur Induktion von nitrosativem Stress. Methylenblau reduzierte signifikant die Thioflavin S-positiven Proteinaggregate und die MHC-I-Expression, insbesondere bei niedrigeren Konzentrationen. Auf der mRNA-Ebene verringerte MB die Expression von ATF4, hatte aber keine Auswirkungen auf XBP1 oder Grp94. Die APP-Expression blieb unverändert. Was den nitrosativen Stress betrifft, so wurde bei niedrigeren MB-Konzentrationen eine Tendenz zur Abnahme beobachtet. Schlussfolgerungen: Die Daten zeigen, dass MB unter entzündlichen Bedingungen die Aggregation fehlgefalteter Proteine reduzieren und immunologische zelluläre Reaktionen modulieren kann, wahrscheinlich über eine selektive Modulation des PERK/ATF4-Zweigs der Reaktion auf ungefaltete Proteine. Es gibt auch Hinweise auf eine teilweise Abschwächung des nitrosativen Stresses bei niedrigeren Konzentrationen von MB. MB könnte daher ein potenzieller Wirkstoff für eine gezielte Modulation von degenerativen und entzündlichen Mechanismen bei IBM sein.
Schlagwörter: Einschlusskörpermyositis; Endoplasmatischer Retikulum Stress; Amyloid-β; Methylenblau; Unfolded Protein Response (UPR); Nitrosativer Stress
