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High resolution mass spectrometry based Molecular profiling of endometriosis epithelial cell line 12-Z and endometrial cell line THESC upon simulated macrophage derived inflammatory signaling reveals neurogenic activity of endometriotic cells
Marlene Leibetseder
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Biologische Chemie
Betreuer*in
Christopher Gerner
DOI
10.25365/thesis.63556
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24400.21445.419865-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Endometriose, eine östrogenabhängige chronisch entzündliche gynäkologische Erkrankung, betrifft Millionen von Frauen weltweit und beeinträchtigt ihre Lebensqualität erheblich und verursacht aufgrund chronischer neurogener Entzündungen enorme Schmerzen. Obwohl eine von zehn Frauen an Endometriose leidet, bleibt die Behandlung eine Herausforderung. Verschiedene pathogene Theorien wurden vorgeschlagen, aber der Ursprung der Endometriose bleibt unbekannt. Eine erhöhte entzündliche Zytokinproduktion von TNFα und Il1β, die durch Endometriose-assoziierte Makrophagen sekretiert wird, wurde als wichtiger Faktor bei dem Fortschreiten der Krankheit beschrieben. Die molekulare Funktion dieser entzündlichen Zytokine hinsichtlich der Endometriose-Pathogenese sowie die molekularen Merkmale, die die Wechselwirkung zwischen ektopischen Läsionen und der umgebenden Mikroumgebung definieren, sind noch unklar.Mit der Entwicklung von Omics-Techniken wie Proteomik stehen leistungsstarke Werkzeuge zur Verfügung, um ganzheitlichere Untersuchungen unbekannter Pathomechanismen zu ermöglichen und deren Verständnis zu fördern. Hier wurde ein massenspektrometrisches Bottom-Up-Proteomics-Profiling verwendet, um ein tieferes Verständnis der zugrunde liegenden molekularen Mechanismen während der von Makrophagen abgeleiteten Entzündungssignale in endometriotischen Läsionen zu schaffen. Zwei verschiedene Zelllinien, nämlich die Endometriose 12-Z-Epithelzelllinie und die endometriale Stroma-Fibroblasten-Zelllinie THESC, wurden mit IL1β und TNFα behandelt, um zwei kanonische entzündliche Signaltransduktionskaskaden zu simulieren, die für die Beteiligung von Makrophagen charakteristisch sind. Die stimulierten Zellen wurden mit nicht behandelten verglichen, wobei regulierte Proteine für eine auf Genontologie basierende Pathway-Netzwerkanalyse verwendet worden sind.Der Vergleich der EndometrioseZelllinie 12-Z und der Nicht-Endometriose-Zelllinie THESC ergab bereits tiefgreifende Unterschiede, insbesondere charakteristische Eigenschaften von Endometriose- Zellen. Beide Zelllinien zeigten bei Stimulation eine Entzündungsreaktion. Weiters ergab die Proteomanalyse einige Unterschiede zwischen der Reaktion der entzündlich aktivierten Endometriosezellinie im Vergleich zur Stromazellantwort. Interessanterweise, wurden zusätzlich zur kanonischen Entzündungsreaktion mit IL1β und TNFα verschiedene pathologische Merkmale beobachtet. Dementsprechend wurden Unterschiede zwischen der Nicht-Endometriose-Zelllinie THESC und der Endometriose-Zelllinie 12-Z festgestellt, was auf spezielle Endometriose typische pathologische Eigenschaften hinweist. Nur die endometriotische 12-Z Zellinie ergab bei der Analyse eine aberrante Regulation der Neurogenese, Epitheliale Mesenchymale Transition, Angiogenese und der Aktivierung der embryonalen Entwicklungstransduktion. Ebenso wurden entscheidende Proteine, welche wesentlich für die Semaphorin Signaltransduktion sind, bei Stimulation mit TNFα erhöht vorgefunden. Daher lässt sich daraus schließen, dass die von Makrophagen abgeleitete entzündliche Tumornekrosefaktor-αStimulation die Aktivierung der axonalen Wegfindung von endometriotischen Epithelzellen zur Folge hat. Im Gegensatz dazu zeigte die THESC-Zelllinie biologische Funktionen auf, die an der Implantation beteiligt sind. Ebenso wurden Proteine die an zellnervösen Interaktionen beteiligt sind, im Gegensatz zur Endometriose Zelllinie, durch die vorangegangene entzündliche Behandlung in verringter Anzahl vorgefunden. Hier beschreiben wir eine bisher unbekannte direkte Aktivierung der axonalen Leitsignale über das proinflammatorische Zytokin TNFα in einem Endometriose-Zellkulturmodell. Weitere Forschungen sind erforderlich, um die Wechselwirkungen zwischen Neuronen und Zellen unter Makrophagenstimulation zu untersuchen und diese Befunde in vivo zu validieren. Hormonelle und eikosadomische Analyse der Wechselwirkung zwischen Makrophagen und primären Material könnte tiefere Einblicke in Endometriose spezifische neurogene Merkmale geben.
Abstract
(Englisch)
Endometriosis, an estrogen-dependent chronic inflammatory gynecological disease, is affecting millions of women worldwide and profoundly effects their life quality and causes enormous pain due to chronic neurogenic inflammation. Although one in 10 women is suffering from endometriosis, treatment still remains a challenge. Various pathogenic theories have been proposed but the origin of endometriosis remains unknown and requires closer investigation. Increased inflammatory cytokine production of TNFα and Il1β, secreted by endometriosis associated macrophages have been described as important key players in the establishment and progression of the disease. The molecular function of these inflammatory cytokines concerning endometriosis pathogenesis, as well as the molecular features that define the interaction between ectopic lesions and the surrounding microenvironment is still unclear.
With the development of omics techniques like proteomics powerful tools are available to enable more holistic investigations of complex systems and promote their understanding. Here, a mass spectrometry-based bottom-up proteomics profiling was used. To create a deeper understanding of the underlying molecular mechanisms during macrophage derived inflammatory signaling in endometriotic lesions a cell culture model was employed. Two different cell lines, namely the 12-Z endometriotic epithelial cell line and the non-endometriosis endometrial stromal fibroblast cell line THESC were treated with IL1β and TNFα to simulate two canonical inflammatory signaling pathways characteristic for macrophage involvement. The treatments were compared to non-treated cell lines and the regulated proteins were used for gene ontology based pathway network analysis.
The comparison of the endometriosis cell line 12-Z and non-endometriosis cell line THESC already revealed profound differences especially characteristic properties of endometriosis derived cells. Both cell lines exhibited inflammatory response signature upon stimulation. Proteomic analysis disclosed various differences between endometriosis behavior featuring inflammatory activation in comparison to non-endometriosis stromal cell response. Most interestingly, additional to canonical inflammatory response various pathological features were observed upon stimulation with IL1β and TNFα. Accordingly, differences between non-endometriosis cell line THESC and endometriosis cell line 12-Z were detected, indicating special endometriosis linked pathologic qualities. The analysis revealed aberrant regulation of neurogenesis, epithelial-to-mesenchymal transition, angiogenesis and embryonic developmental signaling activation in 12-Z endometriotic cell line, only. Ultimately, crucial proteins involved in processes essential for semaphorin signaling were found to be increased upon stimulation with TNFα. Thus, indicating axonal guidance activation of endometriotic epithelial cells upon macrophage derived inflammatory Tumor necrosis-factor α stimulation. In contrary, THESC cell line featured biological function involved in implantation as well as downregulation of proteins essential for cell-nervous interactions.
Here, we describe a so far unknown direct activation of axonal guidance signaling via the proinflammatory cytokine TNFα in an endometriosis cell culture model. Further research is needed to investigate neuron-cell interactions upon macrophage stimulation and validate the findings in vivo. Primary cell culture and derived hormonal and eicosadomic analysis of macrophage – cell interaction could give further insight to specific neurogenic features.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Endometriosis
Schlagwörter
(Deutsch)
Endometriose
Autor*innen
Marlene Leibetseder
Haupttitel (Englisch)
High resolution mass spectrometry based Molecular profiling of endometriosis epithelial cell line 12-Z and endometrial cell line THESC upon simulated macrophage derived inflammatory signaling reveals neurogenic activity of endometriotic cells
Paralleltitel (Deutsch)
Hochauflösende massenspektrometrische molekulare Profilierung der Endometriose-Epithelzelllinie 12-Z und der Endometriumzelllinie THESC auf simulierten, von Makrophagen abgeleiteten Entzündungssign
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
90 Seiten
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Christopher Gerner
AC Nummer
AC16149646
Utheses ID
56379
Studienkennzahl
UA | 066 | 863 | |