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dc.contributor.authorQuantius, Jennifer
dc.date.accessioned2023-03-16T20:15:54Z
dc.date.available2016-09-27T12:15:32Z
dc.date.available2023-03-16T20:15:54Z
dc.date.issued2015
dc.identifier.urihttp://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:26-opus-122802
dc.identifier.urihttps://jlupub.ub.uni-giessen.de//handle/jlupub/14967
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.22029/jlupub-14349
dc.description.abstractInfluenza virus pneumonia causes apoptosis of alveolar epithelial cells, disruption of the epithelial barrier and edema formation that affects gas exchange dramatically, resulting in the acute respiratory distress syndrome with poor outcome. The pathology of influenza virus-induced injury is well studied, but repair mechanisms of the distal lung epithelium, which may influence the outcome are not well understood. It has been demonstrated that epithelial progenitor cells in the adult murine lung can repopulate injured tracheobronchial or alveolar regions. Therefore, this project investigated repair mechanisms of distal epithelial stem/progenitor cell (EpiSPC) after severe influenza virus pneumonia. The EpiSPC express the surface markers EpCam high alpha6 high CD24 low beta4+ Sca-1+. They highly proliferate after influenza virus injury, but show low apoptosis rates after infection as compared to other epithelial subsets. Characterization of their phenotype in ex vivo 3D cultures revealed that flow sorted EpiSPC clonally expand in presence of growth factors, including Fgf10, and upregulate markers associated with terminally differentiated bronchiolar and alveolar cells. Lung resident mesenchymal cells defined as CD45 neg CD31 neg EpCam neg Sca-1 high revealed to be the primary source of Fgf10, and supported lung-like outgrowth in the absence of further growth factors. During influenza virus infection, the Fgf10 receptor Fgfr2b was highly upregulated on non-infected EpiSPC, whereas the infected population poorly upregulated the Fgfr2b, resulting in severe limitation of their proliferative response. Interestingly, the pathogenicity of different influenza virus strains correlated with infection rates of EpiSPC in vivo, suggesting a causal relation between the extent of EpiSPC infection and their capacity to restore lung function. Targeting the Fgf10/Fgfr2b axis by induction of dominant negative soluble Fgfr2b in transgenic mice resulted in increased alveolar permeability, weight loss, and decreased proliferative capacity of EpiSPC. Application of recombinant Fgf10 (rFgf10) as a therapeutic approach in the acute phase of influenza virus infection enhanced the proliferative response of EpiSPC, decreased alveolar leakage and improved survival rates. Additionally, lung sections revealed better resolution of inflammation and restoration of lung structure after rFgf10 application. In accordance with decreased alveolar leakage, staining of lung sections revealed improved cell to cell connections in the alveolar compartment. With respect to the human lung, a population similar to EpiSPC, expressing EpCam high a6 high CD24 low-neg lgr6+ was identified, which similarly depended on growth factors, including Fgf10 and formed cystic spheres in 3D culture. As demonstrated in murine organoid cultures, co-cultures of human EpiSPC with primary human lung fibroblasts promoted outgrowth without addition of growth factors, whereas infection with pandemic influenza virus resulted in a reduced proliferative response. In conclusion, this work identifies Fgf10/Fgfr2b-dependent EpiSPC as primary drivers of lung regeneration after influenza virus-induced lung injury. Influenza virus-induced inhibition of Fgf10-mediated repair caused by influenza virus infection could be overcome by therapeutic application of Fgf10, highlighting this approach as putative therapy for patients with influenza virus-induced ARDS.en
dc.description.abstractInfluenzaviren infizieren vorwiegend die Epithelzellen der oberen Atemwege. Dennoch kann das Virus in den distalen Bereich der Lunge vordringen und Pneumonien verursachen, die schließlich zum akuten Lungenversagen führen. Die Reparatur und Wiederherstellung eines funktionstüchtigen Epithels ist deshalb für die Genesung des Patienten von besonderer Bedeutung. Dabei spielen epitheliale Progenitorzellen eine zentrale Rolle. Diese können nach einer Schädigung des Epithels proliferieren und zu alveolärem und/oder bronchialem Epithel differenzieren und somit die alveoläre Schrankenfunktion wieder herstellen und die Sauerstoffversorgung gewährleisten.In dieser Arbeit wurde eine Progenitorzellpopulation mit der Oberflächensignatur EpCam high alpha6 high CD24 low beta4+ Sca-1+ untersucht, die maßgeblich an der Regeneration des Lungenepithels nach einer Influenzavirus-induzierten Pneumonie beteiligt ist. Diese epithelialen Stamm/Progenitorzellen (EpiSPC) sind im Gegensatz zu terminal ausdifferenzierten Epithelzellen Apoptose-resistent. Durchflusszytometrisch separierte und in Matrix kultivierte EpiSPC bilden organoide Strukturen in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit des Wachstumsfaktors Fgf10. Die Fgf10-abhängige Proliferation der EpiSPC konnte auch in vivo in verschiedenen transgenen murinen Infektionsmodellen gezeigt werden. Eine gezielte Inhibierung des Fgf10/Fgfr2b Signalweges führte in diesen Tieren zu verringerten EpiSPC Proliferationsraten, wohingegen eine Aktivierung des Signalweges die Proliferationsraten erhöhte. Dabei stellte sich heraus, dass der Ligand Fgf7, der wie Fgf10 den Rezeptor Fgfr2b aktivieren kann, keinen Einfluss auf die Proliferationsraten der EpiSPC ausübt. Desweiteren wurde der Rezeptor Fgfr2b durch eine Influenzavirusinfektion verstärkt auf den EpiSPC exprimiert, wohingegen die Expression seines Liganden Fgf10 nicht massgeblich beeinflusst wurde. Die erhöhte Expression des Rezeptors wurde insbesondere auf nicht infizierten EpiSPC nachgewiesen, deren Proliferationsrate, im Gegensatz zu infizierten EpiSPC, erheblich verstärkt ist. Desweiteren weisen die EpiSPC in vivo eine hohe Infektionsrate auf, wobei diese mit der Pathogenität verschiedener Influenzavirus Stämme korreliert. In in vitro Ko-Kulturen mit primären, Fgf10-exprimierenden mesenchymalen Zellen der Lunge konnte ein verstärktes Wachstum der EpiSPC beobachtet werden, das in Abhängigkeit von Fgf10 zur Ausbildung von Lungenorganoiden führte. Eine gezielte Inhibierung des Fgf10/Fgfr2b Signalweges in vivo führte zu einer höheren alveolären Permeabilität sowie Mortalität. Behandlung mit intratracheal appliziertem rekombinantem Fgf10 resultierte in erhöhten EpiSPC Proliferationsraten, sowie geringerer Mortalität. Desweiteren konnte die alveoläre Schrankenstörung verringert, und die Regeneration des distalen Lungengewebes verbessert werden. Im distalen humanen Lungengewebe konnte eine, den murinen EpiSPC entsprechende Progenitorzellpopulation mit der Oberflächensignatur EpCam high a6 high CD24 low-neg nachgewiesen werden, deren Wachstum ebenfalls Fgf10-abhängig war.Zusammenfassend wurde gezeigt, dass der Fgf10/Fgfr2b Signalweg nach einer Influenzavirusinfektion eine wesentliche Rolle in der EpiSPC abhängigen Regeneration des distalen Lungengewebes spielt. Eine durch Influenzaviren hervorgerufene Inhibierung der Regeneration konnte durch eine gezielte Behandlung mit rekombinantem Fgf10 kompensiert werden. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass eine Behandlung mit rekombinantem Fgf10 zu einem Therapieerfolg bei Influenzavirus-induziertem ARDS-Patienten führen könnte.de_DE
dc.language.isoende_DE
dc.rightsIn Copyright*
dc.rights.urihttp://rightsstatements.org/page/InC/1.0/*
dc.subject.ddcddc:610de_DE
dc.titleStem cell mediated lung repair after influenza-induced injury: role of the Fgf10/Fgfr2b axisen
dc.typedoctoralThesisde_DE
dcterms.dateAccepted2016-06-09
local.affiliationFB 11 - Medizinde_DE
thesis.levelthesis.doctoralde_DE
local.opus.id12280
local.opus.instituteDepartment of Internal Medicinede_DE
local.opus.fachgebietMedizin fachübergreifendde_DE


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