Universität zu Köln

Röck, Bernhard (2025). Ferroptosis spreads to neighboring cells via plasma membrane contacts. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Ferroptosis is a regulated cell death modality dependent on iron and characterized by excessive lipid peroxidation, which is affiliated with the spread of necrosis in diseased tissue by undetermined mechanisms. Through the exploitation of the temporal and spatial properties of a novel optogenetic approach that triggers ferroptosis by degrading the anti-ferroptotic enzyme GPX4, we showed that lipid peroxidation and ferroptotic cell death can spread to neighboring cells via their closely connected plasma membranes. We found that ferroptosis propagation depends on the proximity of cells that can be entirely halted by either disrupting α-catenin-dependent intercellular junctions or chelating extracellular iron. Strikingly, linking cells through a lipid bilayer or enhancing the contact area between adjacent cells facilitates ferroptosis spread. We uncovered that iron-dependent lipid peroxidation could be transmitted between directly contacting liposomes, revealing the involvement of a physicochemical mechanism. Our findings indicate that iron-dependent lipid peroxidation propagation occurs across adjacent plasma membranes of neighboring cells, contributing to ferroptotic cell death and subsequent necrosis spread in diseased tissues.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Ferroptose ist eine regulierte Zelltodart, welche von Eisen abhängig ist und durch exzessive Lipidperoxidation gekennzeichnet ist. Sie steht im Zusammenhang mit der Nekroseausbreitung in erkranktem Gewebe durch noch unbekannte Mechanismen. Durch die Nutzung der zeitlichen und räumlichen Eigenschaften eines neuartigen optogenetischen Ansatzes, der Ferroptose durch den Abbau des anti-ferroptotischen Enzyms GPX4 auslöst, konnten wir zeigen, dass sich Lipidperoxidation und ferroptotischer Zelltod über Plasmamembrankontaktflächen auf benachbarte Zellen ausbreiten können. Wir fanden heraus, dass die Ferroptoseausbreitung von der Distanz zwischen Zellen abhängt, welche vollständig gestoppt werden kann, indem entweder α-Catenin-abhängige Zellverbindungen unterbunden oder extrazelluläres Eisen chelatisiert wird. Bemerkenswerterweise erleichtert das Verbinden von Zellen durch eine Lipiddoppelschicht oder die Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen benachbarten Zellen die Ferroptoseausbreitung. Wir entdeckten, dass eisenabhängige Lipidperoxidation zwischen direkt in Kontakt stehenden Liposomen übertragen werden kann, was auf einen physikochemischen Mechanismus hinweist. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Ausbreitung der eisenabhängigen Lipidperoxidation über benachbarte Plasmamembranen erfolgt, was zum ferroptotischen Zelltod und zur anschließenden Nekroseausbreitung in erkranktem Gewebe beiträgt. UNSPECIFIED
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Röck, Bernhard broeck@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-755493
Date:	2025
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	CECAD - Cluster of Excellence Cellular Stress Responses in Aging-Associated Diseases
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language ferroptosis English ferroptosis propagation English optogenetics English
Date of oral exam:	31 October 2024
Referee:	Name Academic Title Garcia-Saez, Ana Prof. Dr. Kashkar, Hamid Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/75549