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- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-132466
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.13246
Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
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Open Access Art: | Primärpublikation |
Seitenanzahl: | 103 |
Datum: | 12 April 2010 |
Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Stephan Schneuwly und Prof. Dr. Gerd Schmitz |
Tag der Prüfung: | 23 Februar 2010 |
Institutionen: | Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Zoologie > Entwicklungsbiologie (Prof. Dr. Stephan Schneuwly) |
Stichwörter / Keywords: | Lipidomik, Lipide, Massenspektrometrie, Blutzellen |
Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin |
Status: | Veröffentlicht |
Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
Dokumenten-ID: | 13246 |
Zusammenfassung (Englisch)
The blood cells and plasma harbours a massive amount of information about the functioning of all tissues and organs in the body. Therefore an accurate, fast, and affordable analysis of the cellular components of blood is of prime interest for laboratory and transfusion medicine and clinical research. The field of lipidomics adds an additional layer of information to data derived from proteomics ...
Zusammenfassung (Englisch)
The blood cells and plasma harbours a massive amount of information about the functioning of all tissues and organs in the body. Therefore an accurate, fast, and affordable analysis of the cellular components of blood is of prime interest for laboratory and transfusion medicine and clinical research. The field of lipidomics adds an additional layer of information to data derived from proteomics and genomics providing additional knowledge of blood cell function. Therefore the aim of this thesis was to compare the individual blood cell lipid pattern of healthy donors and to highlight specific differences of the individual blood cells in relation to function.
In the first part of the study the different blood cells, monocytes, lymphocytes, granulocytes, platelets and red blood cells (RBC), of healthy human individuals were analyzed using electrospray ionization tandem mass spectrometry (ESI-MS/MS). Striking differences among the examined blood cells were detected. It was shown that the different blood cells were characterized by unique lipid class and species patterns. The predominant lipid classes were phosphatidylcholine (PC) and free cholesterol (FC) with cell type specific PC/FC ratios as markers of membrane fluidity which were 1.9 in monocytes, 1.3 in lymphocytes, 1.1 in granulocytes, 0.8 in platelets and 0.3 in RBC, respectively. Beside a 3-fold elevated ceramide (Cer) level of 2.6 mol%, granulocytes revealed the highest percentage of phosphatidylethanolamine- based plasmalogens and a decreased fraction of highly polyunsaturated (≥ 3 double bonds) species compared to other cell types. RBC also showed a remarkable shift of glycerophospholipid chain length. In platelets a nearly 4-fold increase of the cholesterol ester (CE) 18:2 (linoleic acid) fraction (55 mol% of total CE) together with the highest content of total CE in all analyzed blood cells was found. Furthermore a nearly identical distribution of CE lipid species pattern between platelets and plasma was observed.
For this reason platelets were chosen as the blood cell type to be analyzed in more detail in related, therapeutic blood products. In this second part of the work plasma and platelet lipids of 50 platelet apheresis concentrates stored under agitation for five days at 22°C were studied. This limit was chosen because legal regulations restrict the use of platelet concentrates older than five days in transfusion medicine. During storage time the lipid content decreased by 10% in platelets and increased by 5% in plasma. A more detailed analysis of additional sphingolipids revealed significant decreases of 63% for sphingosine, 78% for sphinganine, 68% for sphingosylphosphorylcholine, 55% for sphingosine-1-phosphate and 89% for sphinganine-1-phosphate and an increase of 69% for Cer between lipid fractions of fresh and five days aged platelets providing novel information about the sphingolipid metabolism in platelets in relation to senescence. In case of glycerophospholipids and sterols the following changes in lipid fractions relative to day of preparation were found: Increases of 32% lysophosphatidylcholine (LPC) and 49% CE and a decrease of 10% FC in platelets; elevation of 43% LPC and 14% CE and a decline of 20% PC and 24% FC in plasma. Significant lipid species shifts were also observed for phosphatidylserine, Cer and LPC. Really interesting results concerning lipid transfer between the plasma and the cell compartment arose from calculations of lipid correlations. The data provided clear evidence for lecithin-cholesterol acyltransferase (LCAT) mediated esterification of FC and generation of CE and LPC in the plasma of platelet concentrates. These lipid changes also correlated between plasma and platelets for LPC, FC and CE fractions. It could be concluded that plasma lipid changes impact the platelet lipids, in particular CE species, leading to the characteristic platelet lipid distribution observed in the first part of this work.
The whole study perfectly demonstrates that the application of ESI-MS/MS for lipidomic analysis leads to novel, interesting results useful for a better understanding of the blood cell compartment. The obtained results could serve as a reference for further studies with blood cell material of patient cohorts, opening new opportunities in drug and biomarker development for blood cells, in particular at the various stages in the preclinical and early clinical categories.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Blutzellen und Blutplasma beinhalten eine große Informationsfülle über die Funktionsweise aller Gewebe und Organe des menschlichen Körpers. Ein Hauptinteresse von Labor- und Transfusionsmedizin sowie der klinischen Forschung besteht deshalb darin, alle zellulären Blutbestandteile präzise, schnell und kostengünstig zu analysieren. Neben Daten, die in der Proteom- und Genomforschung generiert ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Blutzellen und Blutplasma beinhalten eine große Informationsfülle über die Funktionsweise aller Gewebe und Organe des menschlichen Körpers. Ein Hauptinteresse von Labor- und Transfusionsmedizin sowie der klinischen Forschung besteht deshalb darin, alle zellulären Blutbestandteile präzise, schnell und kostengünstig zu analysieren. Neben Daten, die in der Proteom- und Genomforschung generiert werden, erweitert die Lipidomik den bisherigen Wissensstand über die Funktion der Blutzellen. Das Ziel dieser Arbeit war es, das Lipidom der unterschiedlichen Blutzellen von humanen, gesunden Spendern zu untersuchen, spezifische Unterschiede der einzelnen Blutzelltypen herauszuarbeiten und in Beziehung zu ihrer Funktion zu stellen.
Im ersten Teil der Arbeit wurden die Lipide der Blutzellen (Monozyten, Lymphozyten, Granulozyten, Thromboyzten und Erythrozyten) von gesunden Spendern mit Hilfe von Elektronenspray-Ionisations-Tandem-Massenspektrometrie (ESI-MS/MS) untersucht. Dabei konnten bemerkenswerte Unterschiede zwischen den einzelnen Blutzelltypen mit einer einzigartigen Lipidklassen- und Lipidspeziesverteilung ermittelt werden. Die beiden dominierenden Lipidklassen waren Phosphatidylcholin (PC) und freies Cholesterin (FC) mit zelltypischen PC/FC Verhältnissen als Marker für Membranfluidität (1.9 für Monozyten, 1.3 für Lymphozyten, 1.1 für Granulozyten, 0.8 für Thrombozyten und 0.3 für Erythrozyten). Neben einem 3-fach erhöhten Anteil von Ceramid (Cer) von 2.6 mol% konnte in Granulozyten ebenfalls der höchste Prozentsatz von Phosphatidylethanolamin-basierten Plasmalogenen sowie ein geringerer Gehalt von mehrfach ungesättigten Lipidspezies (≥ 3 Doppelbindungen) im Vergleich zu den anderen Blutzellen festgestellt werden. Erythrozyten dagegen wiesen eine auffallende Verschiebung der Glycerophospholipid-Kettenlänge auf. In Thrombozyten wurde ein starker Anstieg von Cholesterinestern (CE) detektiert, zusammen mit einem 4-fach erhöhten Anteil der CE Spezies 18:2 (Linolsäure), die insgesamt 55 mol% aller CE Spezies in Thrombozyten ausmacht. Darüber hinaus konnte dieselbe charakteristische CE Spezies Verteilung von Thrombozyten auch in Plasma und den dazugehörigen Lipoproteinen gefunden werden.
Im zweiten Teil der Arbeit wurden deshalb die Thrombozyten ausgewählt, um deren Lipidzusammensetzung und –entstehung noch genauer im Detail zu untersuchen. Als Studienobjekt wurden 50 Thrombozytenaphereseprodukten gesammelt, die für 5 Tage bei 22°C unter ständigem Schütteln gelagert wurden. Dieses Zeitlimit wurde deshalb gewählt, da die Gesetzeslage den Gebrauch von länger als 5 Tage gealterten Produkten in der Transfusionsmedizin untersagte. Während der Lagerungszeit ging der Gesamtlipidgehalt der Thrombozyten um 10 Prozent zurück während der des Plasmas um 5% anstieg. Bei einer genaueren Analyse der einzelnen Sphingolipide konnte ein signifikanter Rückgang von 63% Sphingosin, 78% Sphinganin, 68% Sphingosylphosphorylcholin, 55% Sphingosin-1-Phosphat und 89% Sphinganin-1-Phosphat zwischen einem frischen und 5 Tage gealtertem Thromboyztenpräperat festgestellt werden. Diese Ergebnisse liefern völlig neue Erkenntnisse über den Sphingolipid-Metabolismus im Blutplättchen, der während der Thrombozytenalterung hauptsächlich von einer verstärkten Cer-Bildung um 69% gekennzeichnet war. Im Fall von Glycerophospholipiden und Sterol konnten ebenfalls interessante Veränderungen während der Blutproduktlagerung nachgewiesen werden. In Thrombozyten wurde ein Anstieg von 32% Lysophosphatidylcholin (LPC) und 49% CE sowie ein Abfall von 10% FC detektiert, im dazugehörigen Plasma wurde ebenfalls ein Anstieg von 43% LPC und 14% CE gemessen, kombiniert mit einem Rückgang von 20% PC und 24% FC. Damit verbundene, signifikante Lipidspeziesveränderungen konnten für Phosphatidylserin, Cer und LPC in den Thrombozytenprodukten während der Alterung nachgewiesen werden. Des weiteren konnten interessante Zusammenhänge zwischen dem Plasma und dem Zellkompartiment herausgearbeitet werden. Die Daten lieferten einen klaren Beweis für eine stattfindende Veresterungsreaktion im Plasma der Thrombozytenkonzentrate, katalysiert von Lecithin-Cholesterin-Acyltransferase (LCAT). Korrelationsberechnungen und Lipidspeziesverteilungen wiesen darauf hin, dass die stattfindenden Lipidveränderungen im Plasma während der Lagerung einen Einfluss auf die Lipidkomposition der Thrombozyten hatten, insbesondere auf die CE Spezies, worauf die charakteristischen Lipidverteilungen in beiden Kompartimenten zurückzuführen sind.
Letztendlich konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die lipidomische Analyse der menschlichen Blutzellen durch Anwendung von ESI-MS/MS zu zahlreichen, neuen, interessanten Ergebnissen führt, die helfen, die Blutbestandteile in Zukunft besser zu verstehen. Darüber hinaus können die erzielten Ergebnisse als Referenz für weitere Blutzellstudien bei verschiedenen Patientenkohorten dienen und damit neue Möglichkeiten für die Arznei- und Biomarkerentwicklung bei Blutzellen, vor allem in den präklinischen und frühklinischen Stadien, eröffnen.
Metadaten zuletzt geändert: 26 Nov 2020 10:09