Universität zu Köln

Petereit, Helena Franziska ORCID: 0000-0002-1447-9222 (2023). Die Funktion des hyperpolarisations-aktivierten zyklisch Nukleotid-modifizierten (HCN-) Kationenkanals in primären Astrozyten unterschiedlichen Aktivierungszustandes in vitro. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Astrozyten sind die häufigsten Gliazellen des Gehirns. Sie regulieren die Homöostase und können auf Schäden des Zentralnervensystems sowie auf neuroinflammatorische Prozesse durch Proliferation, Hypertrophie und Veränderungen ihrer Ionenkanalexpression reagieren. Bisherige Studien konnten eine erhöhte Expression von hyperpolarisationsaktivierten zyklischen Nukleotid-modifizierten Kationen (HCN-) Kanälen in postischämischen Astrozyten nachweisen, deren Rolle in der Aktivierung von Astrozyten aber bislang unverstanden ist.1, 2 Die dieser Arbeit zugrundeliegende Hypothese war, dass die HCN-Kanalaktivität von Astrozyten durch deren Aktivierungszustand reguliert wird und auf grundlegende Funktionen, wie die Proliferation, die Migration und die Immunkompetenz der Astrozyten Einfluss nimmt. Ziel dieser Arbeit war es daher, in primärer Zellkultur aktivierte Astrozyten zu etablieren und charakterisieren sowie in diesem System die Rolle von HCN-Kanälen zu untersuchen. Hierfür wurden Astrozyten aus der Ratte in primärer Zellkultur angezüchtet und mithilfe eines Zytokingemisches, bestehend aus TNF-α, IFN-γ und IL-1β, in einen aktivierten Zustand überführt. Um die Rolle des HCN-Kanals auf Astrozyten zu untersuchen, wurde dieser mit Ivabradin oder ZD7288 in verschiedenen Konzentrationen pharmakologisch inhibiert. Es schlossen sich Untersuchungen zur Astrozytenmorphologie, ihres Proliferations- und Migrationspotentials sowie ihrer Immunkompetenz an. Die Expression von HCN-Kanälen - überwiegend des HCN2-Kanals - wurde auf primären Astrozyten in vitro sowohl auf mRNA- als auch auf Proteinebene nachgewiesen. Die Stimulation mit dem proinflammatorischen Zytokingemisch führte zu einer deutlichen Aktivierung der Astrozyten, charakterisiert durch eine hypertrophierte Morphologie sowie eine Verschiebung der NF-kB-Proteinexpression vom Zytoplasma in den Zellkern. Die IL-6-Genexpression stieg in aktivierten Astrozyten auf das 2,7-fache, die IL-1β-Genexpression auf das 7,7-fache (p <0,05), und die iNOS-Genexpression auf das 40,8-fache an (p <0,05). Obwohl sich das Expressionsniveau der HCN-Kanäle nach Aktivierung der Astrozyten nicht änderte, verringerten nur die aktivierten Astrozyten ihre Proliferationsrate nach Behandlung mit ZD7288 (21,8 %) oder Ivabradin (26,8 %) signifikant im Vergleich zur Kontrolle, gemessen mittels Ki-67 RT-qPCR (p <0,01). Auch die Migrationsrate aktivierter Astrozyten, gemessen mittels Scratch-Tests, wurde durch die HCN-Kanalblockade mit ZD7288 (10 μM) sowie Ivabradin (30 μM) 32 Stunden nach Versuchsbeginn signifikant gehemmt (p 0.05). Auf die Immunkompetenz der aktivierten Astrozyten hatte die Behandlung mit ZD7288 oder Ivabradin nur einen geringen Effekt: Ausschließlich die IL-10 Expression sank nach HCN-Kanalblockade in aktivierten 11 Astrozyten auf das 0,24 fache (p <0,05) ab. Interessanterweise gab es in ruhenden Astrozyten keine nachweisbaren Veränderungen durch die Blockade von HCN-Kanälen. Zusammenfassend beeinflusste die Blockade von HCN-Kanälen das Proliferations- und Migrationspotential aktivierter Astrozyten relevant, während sie die Immunkompetenz nur geringfügig veränderte. Ruhende Astrozyten wurden durch die HCN-Kanalblockade nicht beeinflusst. Die vorliegende Studie legt damit nahe, dass wesentliche Funktionen aktivierter Astrozyten über HCN-Kanäle vermittelt werden. Allerdings sind weitere Untersuchungen zur Rolle von astrozytären HCN-Kanälen im Rahmen von ZNS- Pathologien erforderlich, um Astrozyten in Zukunft modulieren zu können und so neue therapeutische Ansätze für neurologische Erkrankungen zu entwickeln.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Petereit, Helena Franziska helena.petereit@gmx.de orcid.org/0000-0002-1447-9222 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-704977
Date:	2023
Language:	German
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	Faculty of Medicine > Neurologie > Klinik und Poliklinik für Neurologie
Subjects:	Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language hyperpolarisations-aktivierter zyklisch Nukleotid-modifizierter Kationenkanal German aktivierte Astrozyten German
Date of oral exam:	31 May 2023
Referee:	Name Academic Title Rüger, Maria Adele Professor Dr. med. Dr. nat. med. Isbrandt, Dirk Universitätsprofessor Dr. med.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/70497