Authors:	Bauer, Martina
Title:	DNA-Reparatur und Zelltod nach gentoxischem Stress in Monozyten, dendritischen Zellen und Makrophagen
Online publication date:	28-Feb-2013
Year of first publication:	2013
Language:	german
Abstract:	Monozyten wie auch dendritische Zellen (DCs) und Makrophagen sind ein wichtiger Bestandteil des angeborenenen unspezifischen Immunsystems. Ein Kennzeichen dieser Zellen ist die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) zur Abtötung von Pathogenen. Im Fall von chronischen Entzündungen oder Infekten kann es zu einer explosionsartigen Freisetzung freier Radikale kommen ('Oxidative Burst'). Aus vorangegangenen Untersuchungen war bekannt, dass die Expression der beiden Basen Exziosions Reparatur (BER)-Proteine XRCC1 und Ligase III während der Ausreifung humaner Monozyten zu DCs induziert wird (Briegert and Kaina, 2007). Dies lies vermuten, dass Monozyten aufgrund einer defekten BER eine hohe Sensitivität gegenüber ROS aufweisen. Um diese Hypothese zu überprüfen, wurde die Wirkung von ROS auf humane Monozyten und daraus abgeleiteten DCs und Makrophagen untersucht. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass Monozyten eine hohe Sensitivität gegenüber oxidativem Stress aufweisen, was auf eine höhere Einzelstrangbruch-Rate zurückzuführen war. Ursache hierfür ist das Fehlen der BER-Proteine XRCC1, Ligase III und PARP-1. Die fehlende Expression dieser Proteine resultierte letztendlich in Monozyten in einem Defekt der BER und DNA-Einzelstrangbruchreparatur. rnDie Proteine XRCC1, Ligase III und PARP-1 sind auch Bestandteil des Apparats des B-NHEJ ('backup-non homologous end joining'), was auf eine Beeinträchtigung der Monozyten hinsichtlich der Prozessierung von Doppelstrangbrüchen (DSBs) schließen lässt. Zur Untersuchung dieser Vermutung, wurde die Wirkung von Ionisierender Strahlung ('ionizing radiation'; IR) auf Monozyten, DCs und Makrophagen bestimmt. Monozyten zeigten eine signifikant höhere Sensitivität gegenüber IR als DCs und Makrophagen, was auf eine erhöhte DSB-Rate in den Monozyten nach IR zurückzuführen war. Expressionsanalysen und ein DNA-PK-Aktivitäts-Assay zeigten zusätzlich, dass Monozyten keine DNA-PKcs, ein bedeutender Faktor des C-NHEJ, exprimieren. Somit haben Monozyten sowohl einen Defekt im B-NHEJ als auch im C-NHEJ und sind demnach nicht in der Lage, DSBs zu reparieren.rnAuch gegenüber dem Alkylanz und Chemotherapeutikum Temozolomid bewirken die Reparaturdefekte eine hohe Sensitivität der Monozyten. Zur Therapie von Hirntumoren werden neben der Operation, die Bestrahlung und Chemotherapie mit Temozolomid angewendet. Die hohe Sensitivität von Monozyten gegenüber IR und Temozolomid könnte eine Erklärung für die starke Immunsuppression bei einer derartigen Therapie sein.rn Monocytes are key players of the innate immune system. Crossing the blood barrier, they infiltrate tissues and differentiate into i) macrophages which fight off pathogens and ii) dendritic cells (DCs) which stimulate the adaptive immune response. A hallmark of monocytes and macrophages is to generate a burst of reactive oxygen species (ROS) as a defense against invading microorganisms ("Oxidative Burst"). Former studies showed that the expression of the two base excision repair (BER) proteins, XRCC1 and Ligase III are upregulated during the maturation of human monocytes into DCs (Briegert and Kaina, 2007). This suggested that monocytes should be impaired in BER and sensitive to ROS. To test this hypothesis, we investigated how human monocytes, as well as DCs and macrophages derived from them, respond to genotoxic stress that generates oxidative DNA damage. We demonstrated that monocytes are hypersensitive to oxidative stress, which is due to higher single strand break (SSB) formation in monocytes compared to DCs and macrophages. This is due to the lack of expression of the BER proteins XRCC1, Ligase III and PARP-1 in monocytes, causing a defect in BER and SSB repair. rnThe proteins XRCC1, Ligase III and PARP-1 are also part of the B-NHEJ (backup-NHEJ) pathway, which leads to the assumption that monocytes are also impaired in the repair of double strand breaks (DSB). To investigate this hypothesis, we studied the response of monocytes, DCs and macrophages to ionizing radiation (IR). Monocytes showed a significantly higher sensitivity to IR compared to DCs and macrophages. This was due to a higher DSB formation in monocytes after IR. Expression analysis and activity assays showed that monocytes lack the catalytic subunit of DNA-PK (DNA-PKcs), an important player of C-NHEJ (canonical NHEJ). Accordingly, monocytes have a defect in B-NHEJ as well as C-NHEJ and therefore are not able to repair DSBs.rnThese repair defects additionaly lead to a higher sensitivity of monocytes to the DNA alkylating anticancer drug temozolomide. Since temozolomide is applied concomitantly with IR in glioma therapy, hypersensitivity of monocytes to temozolomide and IR could be at least in part responsible for the immunosuppression in patients who undergo chemotherapy.rn
DDC:	610 Medizin 610 Medical sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-4388
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-33561
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	231 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen