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Potential activation of the inflammasome induced by mineral oils
Angelika Johanna Kny
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Betreuer*in
Thomas Decker
DOI
10.25365/thesis.19946
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29893.94292.178062-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Inflammasom ist ein zytosolischer Proteinkomplex, welcher als Teil des angeborenen Immunsystems in myeoliden Zellen exprimiert wird. Nach Stimulierung durch Infektionen oder intrazellulären Stress kommt es zur Aktivierung einer inflammatorischen Kaskade. Im Zuge dessen werden inflammatorische Caspasen angeregt welche die inaktive Vorstufen von den proinflammatorischen Zytokine Interleukin (IL)-β, IL-18, oder IL-33 spalten und diese damit aktiviert.
Eine Dysregulation dieses Signalweges ist assoziiert mit auto-inflammatorischen Krankheiten wie etwa Gicht oder dem Cryopyrin-assoziierte periodisches Syndrom welches durch wiederkehrende Fieberschübe gekennzeichnet ist. Ungeklärt ist jedoch bis heute die Rolle des Inflammasoms in Autoimmunerkrankungen wie der rheumatoiden Arthritis (RA) oder dem systemischen Lupus erythematosus (SLE).
Tiermodelle sind hilfreich um Krankheitsentstehung und -verlauf von Autoimmunerkrankungen in vivo zu untersuchen. Durch einmalige Injektionen von Pristan oder anderen Mineralölen wie etwa inkomplettem Freund’schem Adjuvans (IFA) oder Hexadecan, werden Arthritis und Lupus-ähnliche Erkrankungen im Tiermodell hervorgerufen. Trotz der häufigen Verwendung dieser Modelle in der Praxis, um autoimmune Erkrankungen in vivo zu untersuchen konnte der zu Grunde liegende molekulare Mechanismus noch nicht eindeutig erklärt werden.
Diese Diplomarbeit hatte deshalb das Ziel, die Auswirkungen von arthritogenen Mineralölen wie Pristan und Hexadecan und dem nicht arthritogenen Öl Hexadecen ex vivo an Milzzellen, isoliert von Ratten, und in vitro an der humanen monozytischen Zelllinie THP-1 zu testen.
Aufgrund der schlechten Löslichkeit von Ölen im wässrigem Medium wurden die Öle mit dem Zucker β-Cyclodextrin komplexiert. Zusätzlich wurde versucht die Öle direkt zu applizieren. Die Überstände der behandelten Zellen wurden hinsichtlich der Zytokine IL-1β, IL-1α und TNF-α analysiert. Morphologische Untersuchungen mit Hilfe von Durchflusszytometrie wurden durchgeführt, und weiters die Auswirkung der Öle auf den Zelltod getestet.
Die Stimulation der Zellen mit Mineralölen führte im allgemeinen zu einer erhöhten IL-1β Produktion und Sekretion. Pristan induzierte, im Vergleich zu Hexadecan, einen höheren Anstieg von IL-1β. Im Gegensatz dazu hatte eine Stimulierung mit Hexadecen keine Wirkung auf die IL-1β Sekretion. Weiters konnte gezeigt werden, dass sowohl Pristan als auch Hexadecan einen Anstieg der Caspase-1 unabhängigen Zytokine IL-1α und TNF-α induzieren.
Morphologisch betrachtet wiesen Zellen nach Behandlung mit den Ölen Pristan und Hexadecan eine Zunahme des side scatter auf, welches mit einer höheren Granularität der Zelle korreliert. Im Zuge dieser Arbeit wurde auch ein Zusammenhang zwischen Zelltod und Pristan hergestellt.
Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass die Mineralöle Pristan und Hexadecan sowohl Inflammasom-abhängige als auch Inflammasom-unabhängige Produktion von IL-1β induzieren. Gleichzeitig führt die Applikation von Pristan zu erhöhtem Zelltod, wobei der stärkere Effekt von Pristan in vivo im Vergleich zu anderen Mineralölen auch in vitro beobachtet werden konnte. In Verbindung mit anderen Zytokinen könnten diese Mechanismen zur Entstehung und Aufrechterhaltung von Autoimmunerkrankungen beitragen.
Abstract
(Englisch)
The inflammasome is a cytosolic, multiprotein platform activated upon cellular infection or stress. It is a component of the innate immune system, expressed in myeloid cells and activates an inflammatory cascade, triggering inflammatory caspases and subsequently leading to maturation of proinflammatory cytokines such as interleukin (IL)-1β, IL-18, or IL-33. Dysregulation of these pathways is associated with various autoinflammatory diseases like gout or cryopyrin-associated syndromes that are characterized by episodes of recurrent fever. However, the role of the inflammasome in autoimmune diseases like rheumatoid arthritis (RA) and systemic lupus erythematosus (SLE) is so far not clear.
Animal models have been useful for defining possible mechanisms in the pathogenesis of human autoimmune diseases. Pristane and other mineral oils like incomplete Freund’s adjuvant (IFA) and hexadecane are well known adjuvants to induce autoimmune phenotypes, mostly arthritis and lupus-like disease after injection in experimental animals. Although these animal models are often used to study autoimmune diseases in vivo, their way of action is incompletely understood.
It was therefore the aim of this thesis to study the impact of the arthritogenic mineral oils pristane and hexadecane as well as the non-autoimmunogenic control oil hexadecene ex vivo on isolated rat splenocytes as well as in vitro using the human monocytic cell line THP-1. To circumvent the problem of the poor immiscibility of the oils in aqueous cell culture medium, molecular encapsulation into β-cyclodextrin was done. Alternatively, oils were applied to cells directly. Supernatants were analyzed for the cytokines IL-1β, IL-1α, and TNF-α. Moreover, cells were analyzed by flow cytometry to study morphological changes as well as cell death induced by mineral oils.
Stimulation of cells with mineral oil elevated IL-1β levels, with pristane oil inducing a higher increase in IL-1β secretion than hexadecane. In contrast, hexadecene caused almost no induction of IL-1β. Pristane as well as hexadecane and hexadecene also triggered the production of the caspase-1 independent cytokines IL-1α and TNF-α.
Morphologically, cells showed increased side scatter indicative of a more granular phenotype upon stimulation with pristane and hexadecane. Furthermore, cell death was accelerated in cells treated with pristane compared to hexadecane or hexadecene.
In conclusion, autoimmunogenic mineral oils such as pristane or hexadecane trigger inflammasome-dependent and -independent IL-1β production and induce cell death, with pristane that is more effective for disease induction in vivo also having bigger effects in vitro. In combination with other cytokines, these mechanisms might contribute to the development and maintenance of systemic inflammation in autoimmune diseases.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
inflammasome Pristane mineral oils rheumatoide arthritis autoimmune diseases
Schlagwörter
(Deutsch)
Inflammasome Pristan Mineraloele Rheumatoide Arthritis Autoimunerkrankungen
Autor*innen
Angelika Johanna Kny
Haupttitel (Englisch)
Potential activation of the inflammasome induced by mineral oils
Paralleltitel (Deutsch)
Potentielle Aktivierung des Inflammasoms induziert durch Mineralöle
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
93 S. : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Thomas Decker
AC Nummer
AC10856702
Utheses ID
17820
Studienkennzahl
UA | 490 | | |