| dc.contributor.advisor | Andreas, Stefan Prof. Dr. | |
| dc.contributor.author | Scharte, Jan Michael | |
| dc.date.accessioned | 2021-11-02T14:04:01Z | |
| dc.date.available | 2021-11-18T00:50:08Z | |
| dc.date.issued | 2021-11-02 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0008-5961-7 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8911 | |
| dc.language.iso | deu | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 610 | de |
| dc.title | Funktionen von Trp53 in der Homöostase des Bronchialepithels und der Kontrolle pulmonaler Entzündungsreaktionen als modellhafte Perspektive auf die COPD | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.title.translated | Functions of Trp53 in the homoeostasis of the bronchial epithelium and the control of pulmonary inflammation as an exemplary perspective of the COPD | de |
| dc.contributor.referee | Andreas, Stefan Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2021-11-10 | |
| dc.description.abstractger | Die pulmonalen Epithelien weisen bei der chonisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD) eine verstärkte Expression des Transkriptionsfaktors TP53 auf und zeigen sowohl eine verstärkte Proliferation als auch eine verstärkte Apoptose. Gleichzeitig zeigen Trp53- defiziente Mauslungen eine verstärkte entzündliche Aktivität und der spezifische Knock- out von Trp53 in den Keulenzellen verursacht eine Hyperplasie eben diesen Zelltyps. Damit stehen epidemiologische Befunde einer P53-bedingten dysfunktionellen Veränderung des Bronchial- und Alveolarepithels bei der COPD den tierexperimentellen Ergebnissen einer protektiven Funktion von Trp53 im Bronchialepithel und in den Makrophagen der Lunge gegenüber. Diese Arbeit untersucht deshalb die Lungen von Trp53-Nullmutanten im Vergleich zu Wildtypen unter der Fragestellung, ob ein konstitutiver Trp53-Knock-out ein adäquates genetisches Modell der COPD darstellt.
Die Lungen von Trp53-Nullmutanten weisen eine intakte Parenchymstruktur auf und zeigen auch im Alter keine relevante emphysematöse Aufweitung der Alveolarräume. Sie zeigen allerdings eine bisher nicht beschriebene spontane, peribronchiale Infiltration mit aktivierten, peripheren Makrophagen. Diese Beobachtung aggraviert in einem experimentellen Modell des Lungenemphysems. Trotz der verstärkten peribronchialen Makrophageninfiltration bei Trp53-Nullmutanten zeigen diese Tiere keine stärkere Mmp12- Expression als die Wildtypen, wie es für die COPD typisch ist. Sie weisen aber eine geringere Expression des Proteaseinhibitors TIMP1 auf, sodass eine stärkere enzymatische Aktivität von Matrix-Metalloproteinasen bei Trp53-Knock-out-Tieren postuliert werden kann. Diese Arbeit beschreibt damit erstmals, dass sowohl MMP12 als auch TIMP1 in den Keulenzellen des Bronchialepithels exprimiert werden und damit das Epithel selbst an der chronischen Entzündung teilnimmt. Damit phänokopiert der konstitutive Trp53-Knock- out die COPD insofern, als dass eine verstärkte peribronchiale entzündliche Aktivität und eine Imbalance aus Proteasen und Antiproteasen besteht. Eine COPD-typische Mmp12- Überexpression und eine emphysematöse Gewebedestruktion fehlen aber.
Das respiratorische Epithel von Trp53-Nullmutanten besteht aus signifikant weniger Flimmerzellen als bei den Wildtypen. Dieser reduzierte Anteil an Flimmerzellen führt zu einer hochsignifikant reduzierten mukoziliären Transportgeschwindigkeit über dem respiratorischen Epithel von Trp53-Knock-out-Mäusen. Der Anteil an Becher- und Keulenzellen divergiert hingegen nicht. Trp53-Nullmutanten können also inhalierte Partikel schlechter abtransportieren und sind so zusätzlich für bronchiale Infektionen und Entzündungen prädisponiert.
Damit sind Trp53-Nullmutanten auch hier ein partielles Modell der COPD, weil zwar der COPD-typische, frühe Mangel an zilierten Zellen sichtbar ist, die typische Becherzellhyperplasie aber ausbleibt. Die funktionellen Konsequenzen sind jedoch, wenn auch in reduzierter Ausprägung, gleich. Die Veränderungen der zellulären Zusammensetzung des Bronchailepithels sind bei Trp53-Nullmutanten nicht durch Alterationen bekannter Differenzierungspfade von Stammzellen (wie durch TAp73 oder Foxj1) oder Keulenzellen (wie durch Notch1) zu Flimmerzellen zu erklären. Der Basalzellfaktor Sox2 wird bei jungen Nullmutanten weniger stark exprimiert. Die Expression der Stammzellgene Krt5 und Nanog zeigt sich bei Nullmutanten zwar erhöht, diese Unterschiede sind jedoch statistisch nicht signifikant.
Die epitheliale Regeneration der Bronchien verläuft in einem Regenerationsmodell auch bei Trp53-Nullmutanten regelrecht, sodass die Differenzen der Zellverteilung auf einen veränderten homöostatischen Zellumsatzes zurückzuführen sind. Dieser veränderte Zellumsatz kann dabei nicht auf die reduzierte Expression des P53-Effektors miR-34a zurückgeführt werden, da Nullmutanten für diese zentrale Mikro-RNA ein hinsichtlich Parenchymstruktur, bronchialer Zellverteilung und entzündlicher Aktivität normale Lungen aufweisen. Die differenzierungsfördernde Funktion von P53 zu Flimmerzellen ist vermutlich durch CDKN1A vermittelt, auch wenn ein konstitutiver Cdkn1a-Knock-out den Trp53-Knock-out nicht vollständig phänokopiert.
Diese Arbeit verdeutlicht, dass ein konstitutives Fehlen von P53 zu COPD-ähnlichen Veränderungen an der Lunge von Mäusen führt. Gleichzeitig zeigen andere Arbeiten, dass die P53-bedingte Apoptose und Seneszenz von bronchialen und alveolären Epithelzellen ebenso pathogenetisch relevant sind für die COPD. Entsprechend lässt sich konstatieren, dass physiologisch reguliertes P53 im gesunden Bronchialepithel durch die Induktion von Differenzierungsvorgängen und die Proliferationshemmung von Stammzellen und sekretorischen Zellen zu einem funktionellen Bronchialepithel beiträgt. Weiterhin kontrolliert und hemmt P53 epitheliale wie monozytäre Entzündungsreaktionen und schützt das Lungengewebe so vor entzündungsbedingten Schädigungen. Bei der COPD hingegen dominieren die proapoptotischen und Seneszenz-induzierenden Funktionen von P53, die zugleich einen Zellverlust und eine langfristige Stammzellerschöpfung bedingen. | de |
| dc.description.abstracteng | The pulmonary epithelia of patients with COPD show an increased expression of TP53 and have higher proliferation and apoptosis rates, compared to healthy individuals. Although, Trp53-deficient mouse lung have higher inflammatory activity and the specific knock-out of Trp53 in club cells in mice leads to an hyperplasia these cells. Taken together, epidemiological findings of dysfunctional changes in the bronchial and alveolar epithelium caused by P53 in COPD-specimen are facing experimental data that proofs a protective effect of Trp53 in the bronchial epithelium and the macrophages of mice. This study compares the lung of wild type and Trp53 knock out mice if a constitutive Trp53 knock out is an adequate model for COPD. Although the lung of Trp53 knock out mice have morphological unchanged lung, they display a spontaneous peribronchial inflammation by macrophages. This observation aggravates in a model of pulmonary emphysema. Despite this inflammation process, Trp53 knock out lung do not express higher rates of MMP12, which is typical for COPD. But the Trp53 knock out lungs express less TIMP1, which is an important protease inhibitor so that an increased enzymatic activity can be assumed. This study exclusively shows that MMP12 and TIMP1 is expressed in pulmonary club cells and that the bronchial epithelium is involved in chronic inflammation process. Thereby a constitutional Trp53 knock out mimics the chronic peribronchial inflammation and the imbalance of proteases and antiproteases of the COPD but does not mimics the typical over expression of MMP12 nor the development of a. pulmonary emphysema. The pulmonary epithelium of Trp53 knock out mice have significant less ciliated cells than wild type mice, which leads to a reduced mucociliary transportation speed. The amount of club cells or goblet cells is not affected by this changes. Trp53 null mutants have a poor ability of evacuation of inhaled particles and are thereby predisposed for bronchial infection. Also here, Trp53 knock out mice are a model for COPD because the early reduction of ciliated cells, which is typical for COPD, occurs in the null mutants, even though the hyperplasia of goblet cells does not. The changes in the composition of the bronchial epithelium in Trp53 knock out lung is not caused by alterations of known differentiation pathways of stem cells such as TAp73 or Foxj1 or of club cells (such as Notch1). The basal cell factor Sox2 is lower expressed in young Trp53 knock out mice. The stem cell factors Krt5 and Nanog are higher expressed in null mutants, but this difference is statistically not significant. The epithelial regeneration of the airways in mice occurs normal also in Trp53 knock out mice, so that the shifting of epithelial cell type distribution is due to an aberrant homoeostatic turnover of the epithelial cells. This aberrant cellular turnover is not caused by the reduced expression of the Trp53 effector micro-RNA miR-34a, because a constitutional knockout of miR-34a has normal epithelial cell distribution, parenchymal structure and inflammation. The differentiation function of Trp53 seems to be driven by CDKN1A, although a constitutional knock out of Cdkn1a does not phenocopy the features of Trp53 knock out airways completely. This study shows that the constitutive knock out of Trp53 leads to an COPD-like phenotype in the lung of mice. While other publications show the aggravated senescence and apoptosis caused by p53 is an important pathophysiological mechanism in COPD. Taken together, physiological regulated p53 can induce differentiation and suppress the proliferation of stem cells and secretory cells and maintain a functional composition of the epithelium. Furthermore, p53 controls and suppresses the monocytic inflammation process and thereby saves the parenchymal structure of the lung. In case of the COPD, the proapoptotic and senescence inducing features of p53 are dominant, which also leads to an aggravated stem cell exhaustion. | de |
| dc.contributor.coReferee | Dobbelstein, Matthias Prof. Dr. | |
| dc.contributor.thirdReferee | Schön, Margarete Prof. Dr. | |
| dc.subject.ger | COPD | de |
| dc.subject.eng | p53 | de |
| dc.subject.eng | COPD | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0008-5961-7-1 | |
| dc.affiliation.institute | Medizinische Fakultät | de |
| dc.subject.gokfull | GOK-MEDIZIN | de |
| dc.description.embargoed | 2021-11-18 | |
| dc.identifier.ppn | 1775948412 | |