Angiopoietin-like 4 als Mediator der reaktiven Hämatopoese

Schumacher, Anne; Schirawski, Jan; Brümmendorf, Tim Henrik

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-50913

Angiopoietin-like 4 als Mediator der reaktiven Hämatopoese = Angiopoietin-like 4 as mediator of inflammatory hematopoiesis

Schumacher, Anne (Author)^RWTH*

2014

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Anne Schumacher

ImpressumAachen 2014

UmfangVIII, 126 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Brümmendorf, Tim Henrik (Thesis advisor)^RWTH* ; Schirawski, Jan (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-05-21

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-50913
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/444872/files/5091.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Hämatopoese (Genormte SW) ; Entzündung (Genormte SW) ; Zytokine (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; Inflammation (frei) ; hematopoiesis (frei) ; inflammation (frei) ; cytokines (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570
rvk: YC 1600 - YC 2999 * WF 9800 - WF 9920

Kurzfassung
Im Rahmen der Hämatopoese garantieren die multipotenten hämatopoetischen Stammzellen (HSC), durch Selbsterneuerung einerseits und schrittweise Differenzierung in festgelegte Progenitoren andererseits, die kontinuierliche lebenslange Produktion aller Blutzellen eines Individuums. Dieser Prozess unterliegt der stringenten Kontrolle einer Vielzahl von Zytokinen, welche die Hämatopoese unter „steady state“ Bedingungen sowie deren Anpassung an unterschiedliche physiologische Herausforderungen gewährleisten. So kommt es während einer systemischen Inflammation zur gesteigerten Produktion myelomonozytärer Zellen im Knochenmark und deren Mobilisierung in die Zirkulation. Die Mechanismen, welche diesen als „Emergency Myelopoese“ bezeichneten Prozess steuern sowie die Identität der beteiligten Zytokine sind bisher nur unzureichend aufgeklärt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Rolle von Angiopoietin-like 4 (Angptl 4) als neuem Mediator der inflammatorischen Hämatopoese evaluiert. Es konnte zunächst gezeigt werden, dass Angptl 4 im murinen Knochenmark in Abhängigkeit Gram-negativer und Gram-positiver pathogener Signale exprimiert und sekretiert wird. Als Kandidatenzellen für diese pathogen-vermittelte Angptl 4-Sekretion wurden mesenchymale Stammzellen (MSC) aus humanem und murinem Knochenmark isoliert und charakterisiert. Auf Lipopolysaccharid (LPS)-Stimulation reagierten die MSC-Isolate mit gesteigerter Expression und Sekretion von Angptl 4 und weiterer promyeloischer Zytokine. Die Untersuchung der Wirkung von Angptl 4 auf die Hämatopoese zeigte Effekte des Proteins auf die granulo-monozytäre sowie die megakaryozytäre Differenzierung. Es wurde eine erhöhte Rekrutierung granulo-monozytärer Progenitoren in vitro und in vivo sowie eine vermehrte Bildung reifer Granulozyten im Knochenmark in vivo durch Angptl 4 verzeichnet. Eine gesteigerte Mobilisierung der gebildeten Granulozyten ins periphere Blut fand nicht statt. Darüber hinaus unterstützt Angptl 4 die in vitro Differenzierung von Megakaryozyten aus hämatopoetischen Stamm- und Progenitorzellen (HSPC). So konnte die Angptl 4-induzierte Expression von CD61 und Transkriptionsfaktoren der frühen Megakaryopoese nachgewiesen werden. In vivo führt Angptl 4 zu einer akzelerierten Thrombopoese, sowohl nach Applikation in gesunde unbehandelte Mäuse, als auch bei Anwendung nach lethaler Bestrahlung und allogener Transplantation. Anhand der Ergebnisse kann folgendes Modell für die Angptl 4-abhängige reaktive Hämatopoese postuliert werden. Infolge einer systemischen Infektion gelangen pathogene Signale ins Knochenmark. Hier werden diese von Toll-like Rezeptor (TLR)-exprimierenden MSC detektiert, welche mit der Sekretion von Angptl 4 und anderen inflammatorischen Zytokinen reagieren. Angptl 4 stimuliert die Bildung granulo-monozytärer Progenitoren. Diese werden unter dem Einfluss weiterer Mediatoren ausdifferenziert sowie mobilisiert und können schließlich in der Peripherie die Infektion bekämpfen. Zugleich kommt es zu einer Angptl 4-abhängigen Stimulation der frühen Megakaryopoese, um dem vermehrten Thrombozytenverbrauch in einem schweren septischen Geschehen entgegenzuwirken.

Blood cell production (hematopoiesis) is hierarchically organized with hematopoietic stem cells at the top, which ensure via both self-renewal and differentiation to multipotent and stepwise blood lineage-committed progenitors the continuous production of all different blood cells throughout the life time of an individual. This process is tightly controlled by the concerted action of hematopoiesis supporting cytokines such as G-CSF, GM-CSF or IL-6, which regulate hematopoiesis during steady state and emergency situations. During inflammatory conditions like sepsis when innate immune system cells are in high demand, these cytokines are upregulated, bone marrow myelopoiesis is enhanced and myeloid colony-forming progenitor cells and granulocytes increase in circulation. However, alternative pathways are likely to exist as mice with single or combined deficiencies for G-CSF, GM-CSF and IL-6 or G-CSF and GM-CSF are still able to mount reactive neutrophilia responses during inflammatory conditions. The topic of this work is the evaluation of the candidate-protein Angiopoietin-like 4 (Angptl 4) as a potential new mediator of inflammatory myelopoiesis. Among known candidates Angptl-4 is predominantly upregulated in the bone marrow (BM) of lipopolysaccharid (LPS)-treated mice and mice with generalized infection with Gram-positive Streptococcus pneumoniae. Moreover human and murine bone marrow derived mesenchymal stem cells (MSC), which are known to support hematopoiesis via secretion of promyeloic cytokines, respond to LPS stimulation with Angptl 4 production. Recombinant murine Angptl 4 (rmAngptl 4) stimulates the proliferation of myeloid colony-forming units (CFU) in vitro and in vivo. Repeated intravenous injections of rmAngptl 4 increase BM progenitor cell frequency and result in an expansion of phenotypically defined granulocyte-macrophage progenitors (GMPs) in mouse BM. Furthermore Angptl 4 accelerates early megakaryopoiesis. rmAngptl4 improved the in vitro differentiation of immature MKs from hematopoietic stem and progenitor cells and leads to increased expression of transcription factors of megakaryopoiesis and the surface antigene CD61 but not CD41. In vivo treatment with rmAngptl 4 results in elevated platelet counts both in untreated animals and after myelosuppressive therapy. In summary, these data suggest that Angptl 4 plays a complementary role on hematopoiesis during emergency situations like sepsis. In a model for Angptl 4-dependent inflammatory hematopoiesis MSC sense conserved pathogenic signals like LPS during the course of an extended infection and respond by secretion of Angptl 4 and other promyeloic cytokines. Angptl 4 then increases the production of GMPs which develop into mature immune cells and fight pathogens at the sites of infections.On the other hand Angptl 4 supports megakaryopoiesis in order to overcome thrombocytopenia during severe sepsis.

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