Universität zu Köln

Krüger, Tim (2022). Einfluss HIF-regulierter RNA-bindender Proteine sowie der H2S-Donatoren Mesna und Kala namak auf die Stressresistenz von Caenorhabditis elegans. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Das akute Nierenversagen (ANV) ist eine schwerwiegende renale Erkrankung, die mit einer erhöhten Mortalität und einer reduzierten Lebensqualität assoziiert ist. Sie tritt als Folge verschiedener Stressreize wie beispielsweise renaler Minderperfusion, tubulärer Zellschädigung oder Harnwegsobstruktion auf. Bislang konnten noch keine einheitlichen, effektiven Therapieoptionen klinisch etabliert werden. In tierexperimentellen Studien konnte aber bereits gezeigt werden, dass die Aktivierung des Transkriptionsfaktors Hypoxie-induzierter Faktor 1 (HIF-1) den Krankheitsverlauf aller Formen des ANV abmildern kann. Die verantwortlichen Mechanismen sind dagegen noch unklar. Als Modellorganismus zur Erforschung renaler Stressresistenz wurde der Fadenwurm Caenorhabditis elegans (C. elegans) verwendet, dessen Genom viele Orthologe renaler Proteine aufweist. Eine Analyse von Transkriptomdaten ergab, dass der HIF-1 unter anderem die Genexpression einer Vielzahl von RNA-bindenden Proteinen (RBPs) reguliert. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde deshalb der Einfluss von insgesamt vierzehn HIF-regulierten RBPs auf die Stressresistenz von C. elegans untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der Funktionsverlust einzelner Kandidaten die Thermotoleranz des Fadenwurms bidirektional beeinflussen kann. So waren aass-1(ok926) Loss-of-Function (LOF)-Mutanten anfälliger und cysl-2(ok3516), argk-1(ok2973), gst-4(ok2358) sowie zfp-3(gk3165) LOF-Mutanten resistenter gegenüber Hitzestress. Die Ergebnisse konnten mittels Vektor-basierter RNA-Interferenz (RNAi) erfolgreich validiert werden. Die hierfür verwendeten HT115 RNAi-Bakterien besitzen allerdings eine höhere Nährstoffdichte als das reguläre Futterbakterium OP50. Dies kann bekanntermaßen die Thermotoleranz von C. elegans beeinflussen und erschwert somit die Vergleichbarkeit beider Methoden. Deshalb wurde mit OP50(xu363) ein nährstoffäquivalenter RNAi-Bakterienstamm im Labor etabliert. Dessen Verfütterung hatte allerdings nicht den gleichen Effekt auf die Thermotoleranz von C. elegans wie die vorher untersuchten LOF-Mutationen. Zuletzt konnte gezeigt werden, dass ein Funktionsverlust verschiedener Kandidaten die Thermotoleranz und Lebensspanne von C. elegans unterschiedlich beeinflusst. So wiesen aass-1(ok926), gst-4(ok2358) und col-179(ok3010) LOF-Mutanten eine unveränderte und cysl-2(ok3516) LOF-Mutanten eine verminderte Lebensspanne auf. Schwefelwasserstoff (H2S) ist ein hochtoxisches Gas, welches auch endogen im Körper gebildet wird und dort als Gasotransmitter fungiert. Dieser ist über verschiedene Mechanismen, darunter der Aktivierung des HIF-1, an der Vermittlung renaler Stressresistenz beteiligt und kann so bekanntermaßen die Auswirkungen eines ANV abmildern. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde deshalb der Effekt von zwei vielversprechenden H2S-Donatoren, Mesna und Kala namak, auf die Stressresistenz von C. elegans untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Exposition mit beiden Substanzen dessen Thermotoleranz signifikant erhöht. Der protektive Effekt war dabei abhängig vom Vorhandensein der Transkriptionsfaktoren HIF-1 und/oder Dauerstadium-Faktor 16 (DAF-16). Darüber hinaus wurde die Funktionalität konventioneller H2S-Teststreifen in C. elegans evaluiert. Sie zeigten sich nicht dazu geeignet, den Einfluss von Mesna und Kala namak auf dessen intrazelluläre H2S-Konzentration abzubilden. Dagegen konnte eine Methode zur Messung der endogenen H2S-Produktion in C. elegans erfolgreich im Labor etabliert werden. Sie wurde dazu verwendet, den Einfluss von Mesna und Kala namak auf die endogene H2S-Produktion in WT-Würmern und daf-16(mu86);hif-1(ia4) LOF-Mutanten zu untersuchen. Die Ergebnisinterpretation wurde allerdings durch die Limitationen der Messmethode erschwert, sodass am Ende keine valide Aussagen getroffen werden konnten. Zusammenfassend konnten fünf HIF-regulierte RBPs und zwei H2S-Donatoren identifiziert werden, die an der Vermittlung von Stressresistenz in C. elegans beteiligt sind. Damit stellen sie auch potenzielle Kandidaten der Nephroprotektion dar. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit könnten somit perspektivisch zur Entwicklung neuer Therapieverfahren zur Behandlung des ANV beitragen.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language UNSPECIFIED German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Krüger, Tim tim.krueger349954@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-646253
Date:	16 November 2022
Language:	German
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	CECAD - Cluster of Excellence Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases
Subjects:	Life sciences Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Akutes Nierenversagen German RNA-bindende Proteine German H2S-Donatoren German Stressresistenz German
Date of oral exam:	16 November 2022
Referee:	Name Academic Title Müller, Roman-Ulrich Univ.-Prof. Dr. med. Prokosch, Verena Univ.-Prof. Dr. med.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/64625