Universität zu Köln

Metzger, Manuel (2018). Signalling pathways regulating re-epithelialisation and scar-free regeneration of cutaneoud wounds in Danio rerio. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Cutaneous wounds must be closed rapidly to avoid infection. Fish close their epidermal barrier by re-epithelialisation. This work shows that their wounds are closed independent of proliferation by both transforming growth factor beta (TGF-ß) and integrin dependent active cell migration of basal keratinocytes or rhoA associated kinase (ROCK) and jun N-terminal kinase (JNK) regulated cell elongation and intercalation, most likely initiated by the planar cell polarity pathway protein dishevelled. Further the results of this work show that the wounds are initially perceived by the influx of hypotonic medium, which leads to an activation of the phosphoinositide-3 kinase (PI3K) and protein kinase B (AKT) signalling axis that might contribute, possibly in conjunction with TGF-ß, to a relocation of integrins to the lamellipodia of leading-edge keratinocytes or a calcium-dependent activation of actin and myosin. The result of wound healing in mammals is very often the formation of a scar, which is composed of a collagen network that is not degraded completely during tissue repair and can have a detrimental influence on tissue stability and function. Interestingly, wound healing in teleosts rarely results in fibrosis or scarring. A new putative recruitment pathway of wound fibroblasts via fibroblast growth factor (FGF) was investigated in zebrafish. Thus far, FGF signalling was described to have a direct effect on other processes of wound healing but a direct fibroblast activation has not yet been described. Previously, it was demonstrated that both FGF signalling and immune suppression lead to a lack of granulation tissue and here it is demonstrated that constitutive FGF signalling can overcome simultaneous immune suppression. This supports the hypothesis that leukocytes in the wound secrete FGF to stimulate fibroblast migration and proliferation. In mammals it was shown that wound fibroblasts are stimulated by resistin-like molecule alpha (Relm-α) to express plod2 (Lysyl hydroxylase 2). This enzyme leads to a type of collagen crosslinking (dihydroxy-lysinonorleucin, DHLNL) usually found in harder tissues such as bone, cartilage and tendons. Zebrafish lack Relm-α in their genome and their granulation tissue shows no signs of DHLNL crosslinks. Wounding of fish with transient ectopic expression of plod2b showed a larger amount of remaining collagen fibrils compared to wild type siblings. These observations suggest a central role of wound fibroblasts in determining the character of the collagen matrix and thereby the decision between rapid tissue repair or regeneration.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Hautwunden müssen schnellstmöglich geschlossen werden, um Infektionen zu verhindern. Fische verschließen die epidermale Barriere durch Re-epithlialisierung. Diese Arbeit zeigt, dass ihre Wunden unabhängig von Zellteilung entweder durch TGF-ß- und Integrin-abhängige Zellwanderung von basalen Keratinozyten oder durch ROCK und JNK regulierte Zellstreckung und -Interkalation geschlossen werden. Letzteres wird wahrscheinlich durch das planare Zellpolaritäts-Signalwegsprotein Dishevelled initiiert. Weiterhin demonstrieren die Ergebnisse, dass die Wunden anfänglich durch das Einströmen von hypotonischem Medium wahrgenommen werden, welches zu einer Aktivierung des PI3K und AKT Signalweges führt. Dieser trägt womöglich (vielleicht sogar im Zusammenwirken mit TGF-ß) zu einer Verlagerung von Integrinen an die Lamellipodien der Keratinozyten an der Wundkante bei oder führt zu einer Calcium-abhängigen Aktivierung von Aktin und Myosin. Das Ergebnis der Wundheilung von Säugern ist häufig die Bildung von Narbengewebe, welches aus einem Kollagen-Netzwerk besteht das während der Gewebe-reparatur nicht abgebaut wurde. Narbengewebe kann drastische Auswirkungen auf die Stabilität und die Funktion von Geweben haben. Interessanterweise resultiert die Wundheilung von Fischen selten in Narben. Ein möglicher neuer Signalweg zur Rekrutierung von Fibroblasten durch FGF wurde in Zebrabärblingen untersucht. Bisher war lediglich bekannt, dass FGF andere Prozesse der Wundheilung direkt beeinflusst aber eine direkte Aktivierung von Fibroblasten konnte noch nicht beschrieben werden. Zuletzt wurde demonstriert, dass sowohl die Unterdrückung von FGF Signalen als auch des Immunsystems zum Fehlen von Granulationsgewebe führt und hier wird gezeigt, dass konstitutive FGF Signale die Auswirkungen von gleichzeitiger Immunsuppression überwinden können. Dies unterstützt die Hypothese, dass Leukozyten in der Wunde FGF sekretieren um Fibroblasten-Wanderung und -Teilung zu stimulieren. In Säugetieren wurde gezeigt, dass Wund-Fibroblasten durch Relm-α zur Expression von plod2 (Lysyl Hydroxylase 2) angeregt werden. Dieses Enzym führt zu einer Art von Kollagen-Vernetzung (Dihydroxy-Lysinonorleucin, DHLNL), die üblicherweise nur in härteren Geweben wie Knochen, Knorpel oder Sehnen zu finden sind. Zebrabärblinge tragen kein Relm-α in ihrem Genom und ihr Granulationsgewebe zeigt keine Anzeichen für DHLNL-Vernetzung. Wundheilungs-Experimente mit Fischen, die transient und ektopisch plod2b exprimieren, zeigen eine höhere Menge von übrigem Kollagen im Vergleich zu Wildtypen. Diese Beobachtung legt eine zentrale Rolle der Fibroblasten bei der Festlegung der Kollagen-Matrix Eigenschaften und daher der Entscheidung zwischen schnellstmöglicher Gewebereparatur oder Regeneration nahe. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Metzger, Manuel manuelsvenmetzger@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-85279
Date:	15 March 2018
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Zoologisches Institut
Subjects:	Natural sciences and mathematics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Wound healing English Regeneration English Danio rerio English
Date of oral exam:	7 May 2018
Referee:	Name Academic Title Hammerschmidt, Matthias Prof. Dr. Paulsson, Mats Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/8527