Universität zu Köln

Lucas, Tina (2011). Dynamics, regulation and function of macrophages in skin repair. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Tissue repair is a highly dynamic process comprising the sequential phases of inflammation, tissue formation, and maturation. The mechanisms that orchestrate the natural sequence of the wound healing response remain elusive. Influx of macrophages plays a crucial role in tissue repair. However, the precise function of macrophages during the healing response has remained a subject of debate due to their functional dichotomy as effectors of both, tissue injury and repair. In this study the hypothesis was examined whether macrophages recruited during the diverse phases of skin repair after mechanical injury exert specific functions to restore tissue integrity. For this purpose a mouse model was developed that allows conditional depletion of macrophages during the sequential stages of the repair response by using the inducible diphtheria toxin receptor mouse model in combination with a myeloid cell-specific Cre mouse line. Depletion of macrophages restricted to the early stage of the repair response (inflammatory phase) significantly reduced the formation of a vascularized granulation tissue and showed impaired re-epithelialization. However, recruitment of macrophages during the mid phase of repair, after macrophage depletion was stopped, rescued the impaired healing response and resulted in minimized scar formation. In contrast, depletion of macrophages restricted to the mid stage of the repair response (phase of tissue formation) resulted in severe hemorrhages within the wound tissue. Under these conditions, transition into the subsequent phase of tissue maturation and wound closure did not occur. Finally, macrophage depletion restricted to the late stage of repair (phase of tissue maturation) did not significantly impact the outcome of the repair response. Taken together, these results demonstrate that macrophages exert distinct functions during the different phases of skin repair, which are crucial to control the natural sequence of repair events. Furthermore, the effect of macrophages on endothelial cell function and wound angiogenesis appeared to be critical. Therefore the impact of macrophage-derived vascular endothelial growth factor-A (VEGF-A) on the outcome of the wound healing response was analyzed, by using conditional gene targeting to specifically deplete VEGF-A expression in myeloid cells. It could be shown that during the early phase of repair, myeloid cell-derived VEGF-A is essential to induce the angiogenic response, in contrast, at later stages of the wound healing response epidermal-derived VEGF-A controls vascular growth. We further showed that myeloid cell-derived VEGF-A is critical for tip cell formation, a process fundamental for vascular sprouting. Collectively, our findings propose novel mechanistic insights on macrophage-mediated repair events after skin injury and potentially might identify new therapeutic targets that can promote wound angiogenesis in impaired wound healing conditions.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Wundheilung ist ein komplexer und dynamischer Prozess, der mehrere Phasen umfasst: Entzündung, Gewebebildung und -reifung. Die Mechanismen, die diese Abfolge der Wundheilung kontrollieren sind bisher wenig verstanden. Auf der Grundlage bereits bekannter Untersuchungen ist davon auszugehen, dass Makrophagen eine wichtige Funktion im Heilungsprozess übernehmen. Dennoch ist ihre genaue Aufgabe noch ungeklärt. Zum einen sind Makrophagen bedeutend für die Immunabwehr in offenen kutanen Wunden, zum anderen spielen sie aber auch eine entscheidende Rolle bei der Gewebeheilung. In dieser Arbeit wurde der Hypothese nachgegangen, dass Makrophagen in den individuellen Phasen der Wundheilung unterschiedliche Funktionen ausüben. Um dieser Fragestellung nachgehen zu können, wurde ein Mausmodel entwickelt, in dem spezifisch und induzierbar Makrophagen depletiert werden können. Dazu wurde eine transgene Mauslinie verwendet in der der humane Diphterietoxinrezeptor nur in myeloiden Zellen exprimiert wird. Makrophagendepletion in der frühen Entzündungsphase der Wundheilung resultierte in einer signifikant verringerten Bildung von Granulationsgewebe und einer verzögerten Reepithelisierung. Dahingegen bewirkte eine Makrophagendepletion in der folgenden Phase der Gewebeneubildung massive Hämorrhagien im Wundgewebe, so dass eine Reifung der Wunde zu einem stabilen Narbengewebe nicht stattfinden konnte und es zu keinem Wundschluss kam. Eine Makrophagendepletion in der späten Phase der Wundheilung, der Phase der Gewebereifung, hatte keinen wesentlichen Effekt auf den Verlauf der Heilung. Die bisherigen Ergebnisse zeigen deutlich, dass Makrophagen unterschiedliche Funktionen in den individuellen Phasen der Wundheilung ausüben, welche für den physiologischen Ablauf der Heilung entscheidend sind. Darüber hinaus scheinen Makrophagen einen wichtigen Einfluss auf die Funktion von Endothelzellen auszuüben. Aus diesem Grund wurde die Bedeutung von Makrophagen-spezifischem vaskulären endothelialem Wachstumsfaktor-A (VEGF-A) in der Wundheilung analysiert, indem VEGF-A spezifisch in myeloiden Zellen deletiert wurde. Es konnte gezeigt werden, dass speziell von myeloiden Zellen sezerniertes VEGF-A in der frühen Phase der Wundheilung die Angiogenese stimuliert. Im Gegenzug gewinnt epidermales VEGF-A in den späteren Phasen der Wundheilung an Bedeutung. Darüber hinaus erscheint myeloid Zell-spezifisches VEGF-A wichtig für die Bildung von neusprießenden Gefäßen in der frühen Phase der Wundheilung zu sein, ein fundamentaler Prozess der Wundangiogenese. Zusammenfassend liefern diese Daten neue mechanistische Einblicke in die Makrophagen-vermittelte Wundheilung und bieten möglicherweise neue therapeutische Angriffspunkte zur Unterstützung der Wundangiogenese bei Ischämie und chronischen Wundheilungsstörungen. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Lucas, Tina tina.lucas@uk-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-46532
Date:	May 2011
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institut für Entwicklungsbiologie
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language wound healing, macrophages, VEGF-A, angiogenesis English
Date of oral exam:	5 July 2011
Referee:	Name Academic Title Hammerschmidt, Matthias Prof. Dr. rer. nat Nischt, Roswitha PD Dr. rer. nat
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4653