Cellular response and clearance mechanisms triggered by protein-mineral complexes

Koeppert, Sina; Jahnen-Dechent, Wilhelm (Thesis advisor); Elling, Lothar (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Das in der Leber synthetisierte Plasmaprotein Fetuin-A ist ein systemischer Inhibitor von ektopen Verkalkungen. Fetuin-A stabilisiert gesättigte Minerallösungen zunächst als Ionencluster durch Bildung von Calciproteinmonomeren (CPM) und dann als größere multimere Verdichtungen, die amorphes Calciumphosphat enthalten und als primäre Calciproteinpartikel (CPP) bezeichnet werden. In Abhängigkeit von Zeit, Temperatur, pH-Wert und Mineralsättigung, reifen primäre CPP spontan zu sekundären CPP, welche größer, länglicher, kristalliner und weniger löslich sind. CPM und CPP vermitteln die Stabilisierung, den Transport und die Clearance überschüssiger Mineralien aus dem Blutkreislauf. Das Hauptziel dieser Arbeit bestand darin, die Clearance-Mechanismen von CPM und CPP zu bestimmen und die daraus resultierenden zellulären Reaktionen zu untersuchen. Die Mehrzahl der Experimente wurde mit synthetischen CPM/CPP durchgeführt, die mit gereinigtem, bovinem Fetuin-A hergestellt wurden. Synthetische CPP erwiesen sich als ein gutes Modell für die CPP-Forschung, da die Ergebnisse auf CPP übertragbar waren, die mit artspezifischem Plasma hergestellt wurden. Die Clearance von primären versus sekundären CPP und CPM wurde in vivo und in vitro untersucht, wobei sinusoidale Endothelzellen der Leber (LSEC) als wichtigster Clearing-Zelltyp von primären CPP identifiziert wurden, während der Großteil der sekundären CPP durch Kupfferzellen der Leber (Makrophagen) gecleared wurde. Die CPP-Endozytose durch LSEC und Makrophagen war rezeptorvermittelt. CPM hingegen wurden durch die Nieren gecleared, und das CPM-assoziierte Fetuin-A- Protein wurde durch proximale Epithelzellen aus dem Primärurin rückresorbiert. CPP lösten in isolierten Makrophagen eine TLR4-abhängige TNFα und IL-1 β-Sekretion aus, die mit einer erhöhten, calciumabhängigen Aktivierung des Inflammasoms assoziiert war, was darauf hindeutet, dass Entzündung und Verkalkung als Folgen einer verlängerten CPP-Zirkulation und Clearance angesehen werden können. Darüber hinaus ergab die Zytotoxizitätsanalyse eine erhöhte CPP-Zytotoxizität. Im Gegensatz zu CPP, lösten CPM keine Aktivierung des Inflammasoms aus, zeigten keine zytotoxische Wirkung und wurden leicht durch die Nieren gecleared, was auf CPM als einen physiologischen Transporter von überschüssigem Calcium und Phosphat schließen lässt und die Rolle von Fetuin-A als mineralisches Chaperon bestätigt. Bei längerer Zirkulation, z.B. bei chronischer Nierenerkrankung, koaleszieren CPM und bilden CPP, welche nicht in den schnellen Clearance-Pfad durch die Nieren gelangen können, aber dennoch von der Leber gecleared werden. Eine chronische Verzögerung der Clearance kann eine Verkalkung verursachen, die durch Ablagerung von CPP in Blutgefäßen und Weichteilen beginnt und wiederum eine lokale Entzündung auslöst.

Einrichtungen

• Lehrstuhl für Biotechnologie [162610]
• Fachgruppe Biologie [160000]
• [529000-2]