| License: Publishing license for publications including print on demand (4MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-290009
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.29000
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 5 November 2014 |
| Referee: | Prof. Dr. Matthias Mack |
| Date of exam: | 11 October 2013 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Innere Medizin II |
| Keywords: | renale Fibrose, Fibrozyten, Monozyten |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 500 Natural sciences & mathematics |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 29000 |
Abstract (German)
Die renale Fibrose, die das Endstadium der meisten Nierenerkrankungen darstellt, ist durch eine exzessive Akkumulation von extrazellulären Matrixproteinen, z.B. Kollagen I, gekennzeichnet. Dieser Prozess kann zur irreversiblen Narbenbildung und Organversagen führen. Nierenersatztherapien stehen zwar zur Verfügung, verursachen jedoch enorme Kosten und führen zum Verlust von Lebensqualität bei den ...
Abstract (German)
Die renale Fibrose, die das Endstadium der meisten Nierenerkrankungen darstellt, ist durch eine exzessive Akkumulation von extrazellulären Matrixproteinen, z.B. Kollagen I, gekennzeichnet. Dieser Prozess kann zur irreversiblen Narbenbildung und Organversagen führen. Nierenersatztherapien stehen zwar zur Verfügung, verursachen jedoch enorme Kosten und führen zum Verlust von Lebensqualität bei den betroffenen Patienten. Die Aufklärung der für die Nierenfibrose und den Funktionsverlust verantwortlichen molekularen und zellulären Mechanismen ist für die Entwicklung neuer Therapieansätze von großer Bedeutung, stellt jedoch gleichzeitig eine große Herausforderung dar, da unterschiedlichste Zellpopulationen am Prozess der tubulointerstitiellen Fibrose beteiligt sind und möglicherweise miteinander interagieren. Kollagen-produzierende und aus dem Knochenmark-stammende Zellen, sogenannte Fibrozyten, wurden nicht nur mit renaler Fibrose, sondern mit vielen anderen Erkrankungen assoziiert. Zahlreiche in vitro Studien suggerierten stets Monozyten als zellulären Ursprung der Fibrozyten.
In dieser Dissertation wurde im Fibrose Modell der unilateralen Ureterobstruktion (UUO) erstmals gezeigt, dass Fibrozyten in vivo nicht aus den klassischen Monozyten entstehen, sondern als CD45+ CD11b+ Kollagen I+ Zellpopulation bereits in der Milz und im peripheren Blut von naiven Mäusen vorzufinden sind. Nach Induktion der renalen Fibrose durch einseitige Ureterligatur waren Kollagen I+ Fibrozyten bereits an Tag 3 mit einem 10-fachen Anstieg in der ligierten Niere vertreten und zeigten auch in der Milz und im peripheren Blut einen erheblichen Anstieg. Die nähere phänotypische Charakterisierung ergab, dass sich Fibrozyten in der Niere und der Milz stark ähneln und sich deutlich von Monozyten und Granulozyten unterscheiden.
Die Zahl zirkulierender Fibrozyten im peripheren Blut und in der Milz war weder nach Depletion von Monozyten mit dem monoklonalen Antikörper MC-21 noch in CCR2-/- Mäusen, die kaum Monozyten in der Peripherie aufweisen, reduziert. Im Gegensatz zu Monozyten emigrierten Fibrozyten CCR2-unabhängig aus dem Knochenmark in die Peripherie. Die Migration der Kollagen I+ Fibrozyten in die entzündete Niere war hingegen von dem Chemokinrezeptor CCR2 abhängig und mit einer signifikant niedrigeren Ausprägung der renalen Fibrose assoziiert. Zudem ermöglichte die Applikation von Diphtherie Toxin in Knochenmark-chimären CD11b-DTR Mäuse oder der Einsatz des monoklonalen Antikörpers anti-Gr-1 eine sehr effiziente Depletion der Kollagen I+ Fibrozyten aus der fibrotischen Niere. Die Abwesenheit der Fibrozyten in der ligierten Niere resultierte dabei stets in einer geringeren Akkumulation von Kollagen I und damit reduzierten Progression der renalen Fibrose.
T-Zellen spielen für die Entstehung einer Nierenfibrose eine wichtige Rolle. Basophile Granulozyten verschieben die T-Zelldifferenzierung zu einer TH2 vermittelten Entzündungsreaktion und könnten auch in renalen tubulointerstitiellen Erkrankungen eine wichtige Rolle einnehmen. Die Untersuchung von CD4+ T-Zellen und Basophilen Granulozyten für die Fibrozytenakkumulation in der ligierten Niere erfolgte durch Depletion dieser sogenannter „Helferzellen“ mithilfe monoklonaler Antikörper. Dabei wurde die wichtige Rolle CD4+ T-Lymphozyten nicht jedoch von Basophilen Granulozyten in der Fibrozytenrekrutierung sowie renaler Fibrose gezeigt. Darüber hinaus stellte sich das Zytokin IL-3 als wichtiger Regulator in der Fibrozytenentstehung heraus. IL-3 steigert die Hämatopoese von Granulozyten-Makrophagen Progenitoren (GMP). Hingegen verminderten sich durch die Injektion von IL-3 maßgeblich die Zahl der Kollagen I+ Fibrozyten und der damit einhergehende Grad der renalen Fibrose. Daraus ergibt sich die Vermutung, dass Fibrozyten und GMP aus einer gemeinsamen myeloiden Vorläuferzelle hervorgehen. Die Generierung der Fibrozyten wird dabei vermutlich durch Induktion der renalen Entzündung im Knochenmark reguliert, um die Wundheilung und Geweberegeneration zu fördern.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Fibrozyten nicht aus infiltrierenden Monozyten entstehen, sondern dass beide Zellpopulationen vermutlich aus einer gemeinsamen myeloiden Vorläuferzelle im Knochenmark hervorgehen und das Zytokin IL-3 dabei als wichtiger regulatorischer Faktor fungiert. Weiterhin ist es im Rahmen dieser Arbeit erstmals gelungen Fibrozyten nur mithilfe von extrazellulären Oberflächenantigenen zu charakterisieren und zu depletieren. Zudem konnte demonstriert werden, dass Fibrozyten einen signifikanten Beitrag zur Entstehung der renalen Fibrose leisten. Diese Ergebnisse dienen als Grundlage für weiterführende Studien und sind gleichzeitig die Grundlage für die Entwicklung neuer antifibrotischer Therapien.
Translation of the abstract (English)
Renal fibrosis represent the end-stage of most kidney diseases and is characterized by excessive accumulation of matrix proteins e.g. collagen type I. This process can result in irreversible scarring and organ failure. Though available, renal replacement therapy is expensive and leads to a low quality of life in the affected patients. Elucidating renal fibrosis as well as the molecular and ...
Translation of the abstract (English)
Renal fibrosis represent the end-stage of most kidney diseases and is characterized by excessive accumulation of matrix proteins e.g. collagen type I. This process can result in irreversible scarring and organ failure. Though available, renal replacement therapy is expensive and leads to a low quality of life in the affected patients. Elucidating renal fibrosis as well as the molecular and cellular mechanisms which are responsible for renal failure is of utmost importance for the development of new therapeutic approaches. Yet this remains a big challenge since different cell populations are involved in the process of tubolointerstitial fibrosis and they probably interact. Collagen-producing and bone marrow-derived fibrocytes have been associated not only with renal fibrosis but also with several other diseases. Numerous in vitro studies suggested monocytes as precursor cells of fibrocytes.
In this dissertation, using a model of renal fibrosis (unilateral ureteral obstruction, UUO) it was demonstrated that fibrocytes do not develop from classical monocytes but are already present as CD45+CD11b+collagen I+ cells in the spleen and the peripheral blood of naive mice. On day 3 after UUO the ligated kidney showed a 10-fold increase in collagen I+ fibrocytes. There was also a high increase of fibrocyte numbers in the peripheral blood and spleen. Further phenotypic characterization showed that fibrocytes in the kidneys and spleen shared strong similarities but were clearly distinguishable from monocytes and granulocytes.
Furthermore, the number of circulating fibrocytes in the peripheral blood and spleen was not reduced after depletion of monocytes with the monoclonal antibody MC-21. CCR2-/- mice which display low levels of monocytes in the peripheral blood and spleen showed no reduction of fibrocytes. Therefore, compared to monocytes fibrocytes migrated independent of CCR2 from the bone marrow into the periphery. However, the migration of collagen I+ fibrocytes into the inflamed kidney was dependent on the chemokine receptor CCR2 and was associated with a significantly lower levels of renal fibrosis. In addition, the treatment of bone marrow chimeric CD11b-DTR mice with diphtheria toxin or the application of the monoclonal antibody anti-Gr-1 enabled a very efficient depletion of collagen I+ fibrocytes from the fibrotic kidney. The absence of fibrocytes in the ligated kidney resulted always in a reduced accumulation of collagen I and thus a reduced progression of renal fibrosis.
During development of kidney fibrosis T-cells play also a relevant role. Basophils support T-cell differentiation towards Th2 inflammatory responses and as such could also play an important role in tubolointerstitial diseases. The analysis of CD4+ T-cells and basophils during fibrocyte accumulation in the ligated kidney was performed by depleting these so-called “helper cells” with monoclonal antibodies. However, CD4+ T-lymphocytes and not basophils were shown to play a crucial role in recruiting fibrocytes. Furthermore, the cytokine IL-3 emerged as a key regulator in fibrocyte development. IL-3 increases the hematopoiesis of granulocyte-macrophage progenitors (GMP). On the other hand, application of IL-3 significantly reduced the number of collagen I+ fibrocytes and the concomitant degree of renal fibrosis. This led to the assumption that fibrocytes and GMP could emerge from a common myeloid progenitor cell. The generation of fibrocytes in the bone marrow is probably regulated by the induction of renal fibrosis, thus promoting wound healing and tissue regeneration.
In summary it can be stated that fibrocytes do not originate from infiltrating monocytes but both cell populations probably develop from a common myeloid precursor cell in the bone marrow and the cytokine IL-3 functions as an important regulatory factor. Moreover, it was demonstrated for the first time that fibrocytes can be characterized and depleted only with the help of extracellular surface antigens. Additionally, it was demonstrated that fibrocytes contribute significantly to the development of renal fibrosis. These results serve as a basis for further studies and also built basic principles for the development of new antifibrotic therapies.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 01:41
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