Universität zu Köln

Lala, Ronahi ORCID: 0009-0005-6301-0841 (2025). Untersuchungen zur Rolle von Peptidylarginin- Deiminase 4 für die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies in murinen neutrophilen Granulozyten. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Der akute Myokardinfarkt zählt zu den schwerwiegendsten medizinischen Notfällen und ist weltweit eine der häufigsten Todesursachen. Während eines solchen Infarktes führt die Minderversorgung des Myokardgewebes mit Sauerstoff zu einem irreversiblen Zelluntergang und der Freisetzung von sogenannten Danger/Damage-Associated Molecular Patterns (DAMP). Diese Moleküle aktivieren entzündliche Signalwege, die insbesondere die Rekrutierung von Leukozyten fördern. In diesem Kontext spielen polymorphkernige neutrophile Granulozyten (PMN) eine zentrale Rolle. PMN wirken dem pathologischen Geschehen entgegen, indem sie reaktive Sauerstoffspezies (ROS) produzieren, Granulaproteine freisetzen und Neutrophil Extracellular Traps (NETs) bilden. Die Freisetzung von NETs wird durch das kalziumabhängige Enzym Peptidylarginin-Deiminase 4 (PAD4) initiiert, das die Deiminierung von Histonen katalysiert. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von PAD4 auf die ROS-Produktion in PMN von Wildtyp- (WT) und PAD4-Knockout-Mäusen (PAD4-/-) untersucht. Die ROS-Bildung wurde durch die Stimulation mit Phorbol-12-Myristat-13-Acetat (PMA) und dem Kalzium-Ionophor Ionomycin angeregt. Während PMA die ROS-Produktion über die Aktivierung der NADPH (Nikotinamidadenindinukleotidphosphat)-Oxidase 2 (NOX2) durch Proteinkinase C (PKC) erhöht, bewirkt Ionomycin eine Erhöhung des intrazellulären Kalziumspiegels, wodurch die ROS-Bildung insgesamt gesteigert und PAD4 aktiviert wird. Die Ergebnisse zeigen, dass PAD4 weder die zelluläre noch die mitochondriale ROS-Produktion in PMN beeinflusst. Sowohl PMA als auch Ionomycin induzierten eine relevante ROS-Bildung in PMN, unabhängig von den Genotypen. Die Hemmung der NOX2 durch den unspezifischen Hemmer von Flavoproteinen Diphenyliodoniumchlorid (DPI) reduzierte die PMA-induzierte ROS-Produktion signifikant, jedoch nicht vollständig, was auf Mitochondrien als alternative ROS-Quelle zurückschießen lässt. Des Weiteren wurde die Rolle von ROS bei der PAD4-abhängigen Bildung von NETs ebenfalls untersucht. In WT-PMN führte die Stimulation mit Ionomycin zu einer signifikanten Zunahme der NETs-Bildung, bestätigt durch den Nachweis von citrulliniertem Histon H3 (CitH3) als Indikator der Chromatindekondensation. Die Hemmung von PAD4 durch den panPAD-Inhibitor Cl-Amidin sowie die Hemmung der NOX2 durch DPI führten in WT-PMN zur deutlichen Reduktion der NETs-Bildung. Diese Ergebnisse unterstreichen die zentrale Rolle von PAD4 und der NOX2 in der Regulation der NETose, wobei PAD4-defiziente PMN erwartungsgemäß keine Histoncitrullinierung bzw. NETs-Bildung vorwiesen. Die Lipidperoxidation dient als wichtiger Indikator zur Bewertung des oxidativen Stresses im Myokardgewebe. Die Induktion eines Myokardinfarktes in WT- und PAD4-/--Mäusen durch die permanente Ligatur eines Koronargefäßes führte zu einem signifikanten Anstieg der Lipidperoxidation im Myokardparenchym der WT-Mäuse, das den erhöhten oxidativen Stress im Gewebe zeigt. Obwohl in in vitro Untersuchungen kein Zusammenhang zwischen PAD4 und der ROS-Produktion festgestellt wurde, wiesen PAD4-/--Mäuse eine signifikant geringere Lipidperoxidation auf. Diese Diskrepanz könnte durch eine verringerte Infarktgröße und den damit verbundenen geringeren oxidativen Stress in PAD4-defizienten Mäusen erklärt werden, ebenso wie durch die Beteiligung weiterer ROS-Quellen, insbesondere von Makrophagen, an der Inflammationsreaktion. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass das Enzym PAD4 eine Schlüsselrolle in der kalziumabhängigen NET-Bildung spielt, jedoch keinen Einfluss auf die Bildung von ROS in PMN ausübt. Die reduzierten MDA-Konzentrationen im infarzierten Herzen von PAD4-/-- Mäusen sind demnach nicht auf eine eingeschränkte ROS-Produktion in PMN zurückzuführen.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Lala, Ronahi lala-ronahi@hotmail.de https://orcid.org/0009-0005-6301-0841 UNSPECIFIED
Corporate Creators:	Universität zu Köln, Medizinische Fakultät
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-792077
Date:	2025
Language:	German
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	Faculty of Medicine > Chirurgie > Klinik und Poliklinik für Herz- und Thoraxchirurgie
Subjects:	Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Lala UNSPECIFIED Peptidylarginin- Deiminase 4 UNSPECIFIED reaktiver Sauerstoffspezies UNSPECIFIED murinen neutrophilen Granulozyten UNSPECIFIED PAD4 UNSPECIFIED PMN UNSPECIFIED ROS UNSPECIFIED
Date of oral exam:	17 February 2025
Referee:	Name Academic Title Paunel-Görgülü, Adnana-Nicoleta Professorin Dr. rer. nat. Utermöhlen, Olaf Universitätsprofessor Dr. med.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/79207