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dc.contributor.advisorTrenczek, Tina
dc.contributor.advisorKummer, Wolfgang
dc.contributor.authorPerniss, Alexander
dc.date.accessioned2022-05-24T12:59:56Z
dc.date.available2022-05-24T12:59:56Z
dc.date.issued2022
dc.identifier.urihttps://jlupub.ub.uni-giessen.de//handle/jlupub/893
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.22029/jlupub-784
dc.description.abstractDie Mukoziliäre Clearance (MC) stellt den primären Abwehrmechanismus in den Atemwegen dar, welcher für den Abtransport von eingeatmeten Mikroorgansimen, Allergenen und Partikeln verantwortlich ist. Die MC wird durch den koordinierten Schlag der zilientragenden Zellen sowie durch die Produktion von Mucus gewährleistet. Störungen in der MC führen zu verschiedenen Krankheitsbildern, wie der cystischen Fibrose, und zeigen die Relevanz dieses Abwehrmechnismus auf. Die MC wird in erster Linie akut über die Schlaggeschwindigkeit der Zilien reguliert, bekannte Aktivatoren stellen verschiedene Signalmoleküle, wie NO, ATP oder Acetylcholin (ACh) dar. In den oberen Atemwegen sowie in der Trachea und den Hauptbronchien der Maus sind sogenannte solitäre chemosensorische Zellen (SCC) lokalisiert. Dieser Zelltyp exprimiert das ACh synthetisierende Enzym ChAT und wird daher auch als solitäre cholinerge chemosensorische Zelle (SCCC) bezeichnet. Zudem exprimieren SCC Komponenten der Geschmackstransduktionskaskade, wie TRPM5 und PLCβ2. Durch die Freisetzung von ACh könnten SCCC die MC direkt beeinflussen. SCC sind an verschiedenen Stellen des Körpers, an denen dieser gegenüber der Umwelt exponiert ist, lokalisiert, z.B. der Konjunktiva, dem Magen-Darm-Trakt und der Urethra. Dieser Zelltyp scheint im Allgemeinen eine Wächterfunktion einzunehmen. Je nach Organ bestehen Unterschiede in den Stimuli, die SCCC aktivieren können, z.B. im Darm Endoparasiten, in der Nase bakterielle Produkte oder Allergene, und den durch die SCCC freigesetzten Effektormolekülen, wie Leukotriene, IL-25 oder ACh. Die ACh-Freisetzung aus SCCC wurde bis dato nur indirekt über Versuche mit Inhibitoren für nAChR nachgewiesen. Ziel dieser Arbeit war es zum einen, die trachealen SCCC, im Besonderen deren postnatale Entwicklung, genauer zu untersuchen, zum anderen, neue Agonisten für SCCC zu identifizieren und zu untersuchen, ob diese oder bereits bekannte Aktivatoren zu einer Freisetzung von ACh aus SCCC führen, sowie ob diese die MC beeinflussen. In einem weiteren Abschnitt sollte untersucht werden, ob SCCC in den Atemwegen eine Wächterfunktion einnehmen und ob das Fehlen oder die Unterbrechung der Geschmackstransduktionskaskade innerhalb der SCCC zu einer erhöhten Anfälligkeit der Tiere gegenüber einer bakteriellen Atemwegsinfektion führt. Hierzu wurden verschiedene Mausstämme verwendet, in denen SCCC markiert, SCCC ablatiert oder einzelne Proteine deletiert wurden. Murine Tracheen wurden explantiert, der Zilienschlag (CBF) sowie die MC (PTS) gemessen und der ACh-Gehalt im Überstand bestimmt. Zudem wurde ein optogenetisches Modell verwendet, um die ACh-Freisetzung aus SCCC zu untersuchen. In finalen Experimenten wurden die Anfälligkeit für bakterielle Infekte in zwei Mausstämmen mit zwei verschiedenen Infektionsmodellen untersucht (B. pseudohinzii und S. pneumoniae). Es zeigte sich, dass tracheale SCCC bereits kurz vor der Geburt (E18) in geringer Zahl vorhanden sind und sich die Anzahl postnatal rapide erhöht. In adulten Tieren konnte eine verringerte SCCC-Anzahl in Tlr2/4- sowie Myd88-defizienten Tieren beobachtet werden, dies spricht für die Interaktion zwischen der bakteriellen Besiedlung der Versuchstiere und der Anzahl der SCCC. Mit Hilfe von PTS-Versuchen konnte mit formylierten Peptiden eine neue Klasse von bakteriellen Produkten identifiziert werden, welche die MC steigern, wobei festzuhalten ist, dass ein bestimmtes Kernmotiv (f-MKKFR) an Aminosäuren notwendig ist, um die MC zu erhöhen. So führte das Peptid f-MKKFRW zu einem Anstieg der CBF um ~70 % und der PTS um ~83 %. Diese Peptide werden hoch konserviert von typischen Atemwegserregern, wie S. pneumoniae und K. pneumoniae, produziert und konnten zudem in Patientenproben nachgewiesen werden. In weiteren Versuchen wurde gezeigt, dass SCCC und Komponenten der Geschmackstransduktionskaskade essentiell für die Wahrnehmung dieser Peptide sind und diese zu einer ACh-Freisetzung aus SCCC führen. Dieses erhöht direkt den Zilienschlag über den muskarinischen ACh-Rezeptor 3 auf zilientragenden Zellen. Eine Beteiligung von sensorischen Nervenfasern wurde dagegen ausgeschlossen. Die ACh-Freisetzung aus SCCC wurde mit Hilfe von drei Versuchsansätzen bestätigt. Erstens, führte die Applikation von f-MKKFRW zu einer TRPM5-abhängigen ACh-Freisetzung aus SCCC, welche mittels HPLC bestimmt wurde. Zweitens, führte die zelltypspezifische Ablation der ChAT zu einer Verringerung der PTS-steigernden Wirkung von f-MKKFRW. Drittens, führte die optogenetische Stimulation von SCCC ebenfalls zu einer ACh-Freisetzung. Bekannte Aktivatoren von SCCC, sogenannte Bitterstoffe (Denatonium, Cycloheximid), führten jedoch zu keiner ACh-Freisetzung aus SCCC. Durch eine retrospektive und randomisierte Studie an Tieren, welche mit B. pseudohinzii infiziert waren, konnte nachgewiesen werden, dass Trpm5-defiziente Tiere eine höhere Bakterienlast in der Trachea und eine höhere Infektionsrate der Lunge aufwiesen. Dagegen unterschieden sich Tiere, in denen SCCC ablatiert wurden, nach einer Infektion mit S. pneumoniae in verschiedenen Parametern wie der Ausprägung der Pneumonie, nicht von den Kontrolltieren, es konnte jedoch eine Zunahme der trachealen SCCC beobachtet werden. Aus den gewonnenen Daten lässt sich schlussfolgern, dass tracheale SCCC als Wächterzellen fungieren und bakterielle Produkte, insbesondere formylierte Peptide mit dem Kernmotiv f-MKKFR wahrnehmen können. Erstmals konnte nachgewiesen werden, dass diese Peptide die MC steigern und dass dies durch die Freisetzung von ACh aus SCCC geschieht. Zudem konnte erstmals die direkte ACh-Freisetzung aus SCCC nachgewiesen werden. Das Vorkommen der MC-steigernden Peptide in mehr als 13 typischen Atemwegspathogenen und die Präsenz dieser Peptide in Patientenproben sprechen für eine mögliche klinische Relevanz der neu identifizierten Peptide. Zudem deutet die beobachtete erhöhte Infektanfälligkeit in den Atemwegen von Trpm5-defizienten Tieren auf eine Beteiligung dieses Zelltyps an der Früherkennung und Vermeidung von bakteriellen Atemwegsinfektionen hin.de_DE
dc.description.sponsorshipDeutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); ROR-ID:018mejw64de_DE
dc.language.isodede_DE
dc.rightsIn Copyright*
dc.rights.urihttp://rightsstatements.org/page/InC/1.0/*
dc.subjectChemosensorikde_DE
dc.subjectAtemwegede_DE
dc.subjectTracheade_DE
dc.subjectPathogenerkennungde_DE
dc.subjectMucoziliäre clearancede_DE
dc.subjectBürstenzellende_DE
dc.subjectTuft cellsde_DE
dc.subject.ddcddc:500de_DE
dc.subject.ddcddc:570de_DE
dc.subject.ddcddc:610de_DE
dc.titlePathogenerkennung durch solitäre chemosensorische Zellen und Koppelung an die mukoziliäre Clearancede_DE
dc.title.alternativePathogen recognition by solitary chemosensory cells and coupling to mucociliary clearancede_DE
dc.typedoctoralThesisde_DE
dcterms.dateAccepted2022-05-19
local.affiliationFB 08 - Biologie und Chemiede_DE
local.projectSFB-TR 84 A6de_DE
thesis.levelthesis.doctoralde_DE


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