Titelaufnahme

Titel
Osteopontin effects on monocyte survival and macrophage polarization / submitted by Karina Schuch, MSc
Weitere Titel
Osteopontin Effekte auf Monozytenüberleben und Makrophagenpolarisation
VerfasserSchuch, Karina
Begutachter / BegutachterinStulnig, Thomas M.
ErschienenWien, 2016
Umfang96 Blätter : Illustrationen
HochschulschriftMedizinische Universität Wien, Univ., Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Osteopontin / Fettgewebsentzündung / Fettgewebsmakrophagen / Polarisation von Makrophagen
Schlagwörter (EN)Osteopontin / adipose tissue inflammation / adipose tissue macrophages / macrophage polarization
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-7556 Persistent Identifier (URN)
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Osteopontin effects on monocyte survival and macrophage polarization [2.56 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Hintergrund: Makrophagen sind die treibende Kraft in der Entwicklung von durch Adipositas induzierter Fettgewebsentzündung. Diese geht mit Hypertrophie und in Folge Zelltod von Adipozyten einher und führt durch Verursachung von Insulinresistenz zu schweren gesundheitlichen Beeinträchtigungen. Beim Eintritt ins Gewebe differenzieren Monozyten zu Makrophagen und können in Abhängigkeit von den Stimuli in ihrer Umgebung zu unterschiedlichen Phänotypen polarisieren. Im Fettgewebe von schlanken Mäusen dominieren anti-inflammatorische M2 Makrophagen, während im adipösen Zustand der Phänotyp von Makrophagen durch noch unbekannte Mechanismen in einen pro-inflammatorischen M1 Polarisationstyp wechselt. In humanem Fettgewebe wurde ein spezieller Makrophagen-Phänotyp mit gemischten Polarisationseigenschaften beschrieben. Osteopontin (OPN) ist ein Zytokin, welches im Fettgewebe von Adipösen stark exprimiert wird und zur Adipositas-assoziierten Fettgewebsentzündung und Insulinresistenz beiträgt. Meine Hypothese war, dass das Vorhandensein von OPN Auswirkungen auf das Überleben von Monozyten und die Polarisation von Makrophagen hat. Methoden: Es wurden Phänotypisierungen von Fettgewebsmakrophagen (ATMs) von fettleibigen OPN-defizienten (Spp1-/-) und Wildtyp C57BL/6 (WT) Mäusen durchgeführt. Des Weiteren wurden Monozyten aus dem Knochenmark von Spp1-/- und WT Mäusen (BMDMs) sowie humane Monozyten aus Blut (MDMs) isoliert, zu Makrophagen differenziert und in Gegenwart von OPN und Thrombin gespalten OPN polarisiert. Es wurden Überleben, Apoptose, sowie Polarisationsmarker auf Genexpressions- und Proteinebene und Phagozytose untersucht. Ergebnisse: Obwohl OPN-defiziente ATMs überraschenderweise den M1 Oberflächenmarker CD11c höher exprimierten, wurde in den Zellen die Genexpression von inflammatorischen Zytokinen nicht hochreguliert. Umgekehrt wurde der M2 Marker Mannose-Rezeptor (CD206) weniger exprimiert. Die Polarisierung von murinen BMDMs wurde nicht durch genetische OPN-Defizienz oder Vorhandensein von exogenem OPN beeinflusst. OPN förderte das Überleben und verhinderte Apoptose von humanen Monozyten und dieser Effekt wurde durch Spaltung durch Thrombin geschwächt. Im Gegensatz zu murinen BMDMs, induzierte OPN eine Änderung von M1/M2-bezogener Genexpression in humanen MDMs und verminderte die inflammatorische Zytokin-Produktion, während Oberflächenmarker einen gemischten Phänotyp angezeigten. Die Spaltung von OPN durch Thrombin, welche bekannt ist OPN Funktionen vermittelt durch Integrin-Bindung zu verstärken, schwächte diese Effekte. Bemerkenswerterweise wurde sowohl in menschlichen MDMs als auch in murinen BMDMs während der Polarisation durch die Anwesenheit von OPN die phagozytotische Aktivität erhöht. Schlussfolgerungen: Meine Daten weisen darauf hin, dass OPN ein Überlebenssignal für Makrophagen in adipösen Fettgewebe sein könnte und Makrophagen stimuliert, zum Beispiel freigewordene Lipide und Zelltrümmer aufzunehmen. Dies könnte auf Grund des durch Hypertrophie induzierten Adipozytentod notwendig sein. Diese Funktion steht jedoch nicht eindeutig mit einem prototypischen M1 oder M2 Phänotyp im Zusammenhang.

Zusammenfassung (Englisch)

Objective: Macrophages are the main drivers of obesity-induced adipose tissue inflammation that is related to hypertrophy-induced adipocyte death and leads to major health impairments due to induction of insulin resistance. Upon entry into a tissue, monocytes differentiate to macrophages and polarize into various phenotypes depending on the stimuli in their environment. In adipose tissue of lean mice, anti-inflammatory M2 macrophages dominate, while in the obese state the phenotype of macrophages changes into a pro-inflammatory M1 polarization type by yet unknown mechanisms. In human adipose tissue, a peculiar macrophage phenotype with mixed polarization characteristics has been described.

Osteopontin (OPN) is a cytokine shown to be highly expressed in adipose tissue in obesity and to contribute to obesity-induced adipose tissue inflammation and insulin resistance. I hypothesized an impact of presence of OPN on the survival of monocytes and the polarization of macrophages.

Methods: I phenotyped adipose tissue macrophages (ATMs) from obese OPN-deficient (Spp1-/-) and wild type C57BL/6 (WT) mice. I further investigated human monocytes, bone marrow derived macrophages (BMDMs) from Spp1-/- and WT mice as well as human monocyte-derived macrophages (MDM), which were in vitro polarized in presence of OPN and thrombin cleaved OPN. I assessed survival, apoptosis, polarization markers on gene expression and on protein level and phagocytic activity.

Results: Although OPN-deficient ATMs surprisingly expressed more M1 surface marker CD11c they did not up-regulate inflammatory cytokine gene expression. Conversely, M2 marker mannose receptor (CD206) was less expressed. Polarization of murine BMDMs was not affected by genetic OPN-deficiency or presence of exogenous OPN. OPN promoted survival and prevented apoptosis of human monocytes and this effect was weakened by thrombin cleavage. In contrast to murine BMDM, OPN induced skewing of M1/M2-related gene expression in human MDMs and diminished inflammatory cytokine production, while surface markers indicated a mixed phenotype. Thrombin cleavage of OPN, which is known to enhance OPN actions mediated by integrin-binding, abrogated these effects. Strikingly, phagocytic activity was elevated by presence of OPN during polarization in both human MDMs and in murine BMDMs.

Conclusions: My data indicate that OPN may be a macrophage survival signal in obese adipose tissue and promotes macrophages to take up, e.g., liberated lipids and cell debris as required due to hypertrophy-induced adipocyte death. This function, however, is not clearly related to a prototypic M1 or M2 phenotype.