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Title
Expression of the adherence junction marker protein caveolin-1 during daily fractionated irradiation in oral mucosa (mouse) - modulation by dermatan sulfate / eingereicht von Sebastian Fröschl
Additional Titles
Expression von Caveolin-1 während täglich fraktionierter Bestrahlung der oralen Mukosa (Maus) - Einfluss von Dermatansulfat
AuthorFröschl, Sebastian
Thesis advisorDörr, Wolfgang
Published2019
Description60 Blatt
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Diplomarb., 2019
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Date of SubmissionJanuary 2019
LanguageEnglish
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)Orale Mukositis / Strahlentherapie / Caveolin-1 / Adherens junctions / Dermatansulfat
Keywords (EN)Oral mucositis / Radiation therapy / Caveolin-1 / Adherens junctions / Dermatan sulfate
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Abstract (German)

Einführung: Die am häufigsten auftretende frühe Nebenwirkung der Radiotherapie von Kopf-Hals-Tumoren ist orale Mukositis. Diese wird als die unangenehmste Nebenwirkung der Therapie wahrgenommen. Orale Mukositis wird durch strahleninduzierte Sterilisation von Stammzellen ausgelöst, welche dadurch den fortlaufenden Zellverlust nicht mehr kompensieren können. Dies führt zu Hypoplasie und schließlich Ulzeration der Schleimhaut. Bis heute haben sich noch keine biologischen Behandlungsstrategien im klinischen Alltag etabliert. Daher ist es wichtig Behandlungsansätze zur Vorbeugung und Reduktion von oraler Mukositis zu entwickeln. Präklinische Studien haben gezeigt, dass die systemische Gabe von Dermatansulfat zu einer Reduktion der strahleninduzierten oralen Mukositis führt. Die vermehrte Bildung von Zellverbindungen scheint dabei eine wichtige Rolle zu spielen.

Ziel: Die vorliegende Studie untersucht die Expression von Caveolin-1 einem Adherens junction-stabilisierendem Protein während fraktionierter Bestrahlung sowie den Einfluss von Dermatansulfat auf dessen Expression.

Methoden: In dieser Studie wurde ein etabliertes Mausmodell für strahleninduzierte orale Mukositis verwendet. Dabei wurden 150 Mäuse vom Stamm C3H/Neu in zwei Gruppen eingeteilt. Eine Gruppe erhielt täglich fraktionierte Bestrahlung (5 x 3 Gy/Woche) über einen Zeitraum von zwei Wochen (an den Tagen 0-4 sowie 7-11). Die zweite Gruppe erhielt zusätzlich einmal täglich eine systemische Gabe von Dermatansulfat (4 mg/kg ab Tag -3). Jeden zweiten Versuchstag wurden pro Gruppe fünf Tiere getötet und deren Zungen entnommen. Die Expression von Caveolin-1 im Epithel der ventralen Zungen wurde durch immunhistochemische Färbung dargestellt.

Ergebnisse: Fraktionierte Bestrahlung führte zu einem deutlichen Rückgang der Zellzahlen. Dieser Effekt konnte durch Dermatansulfat signifikant abgeschwächt werden, wobei in beiden Gruppen keine Veränderung der Epitheldicke beobachtet wurde. Bestrahlung führte zu einem raschen Anstieg der Caveolin-1 positiven Zellen. In der funktionellen Schicht des Epithels führte Dermatansulfat zu einer deutlich höheren Anzahl an Caveolin-1 positiven Zellen.

Schlussfolgerung: Der mukoprotektive Effekt von Dermatansulfat könnte durch einen Caveolin-1 vermittelten Anstieg von Adherens junctions bedingt sein. Dieser würde zu einer verstärkten Verankerung von Zellen im Epithel und dadurch zu einem reduzierten Zellverlust führen.

Abstract (English)

Introduction: Oral mucositis is the most common early side-effect of radiation therapy in head-and-neck cancer and is experienced as the most bothersome side-effect. It is caused by radiation-induced sterilization of stem cells which subsequently loose their ability to compensate the ongoing cell loss at the epithelial surface. This leads to the breakdown of the epithelial barrier with consequent hypoplasia and finally ulceration. Since no biologically-based treatment has been implemented into clinical practice yet, treatment strategies for the reduction of oral mucositis are required. Preclinical studies demonstrated that systemic application of dermatan sulfate causes a significant reduction of oral mucositis during fractionated irradiation. The upregulation of cell junctions seems to play an important role in the mucositis-ameliorating effect.

Purpose: The aim of the present study was to analyze the expression of caveolin-1 - a protein that is associated with the formation and stabilization of adherens junctions - during fractionated irradiation and a potential modulating effect of dermatan sulfate.

Methods: For this study an established mouse model for radiation-induced oral mucositis was used. 150 mice of the strain C3H/Neu were distributed in two groups. Within the first group, percutaneous snout irradiation was performed daily with 5x3 Gy/week over two weeks (on days 0-4, 7-11). Animals in the second group additionally received dermatan sulfate (4 mg/kg, daily from day -3). Every second day of the experiment five mice were sacrificed. Caveolin-1 expression of the ventral tongue was quantified by immunohistochemical staining.

Results: This study showed a radiation-induced decrease in total epithelial cell numbers within the first week of the experiment. This decline was significantly reduced by dermatan sulfate. In both groups, no change of epithelial thickness was detected. Irradiation caused an early increase in caveolin-1 positive cells in the whole epithelium. Additional application of dermatan sulfate led to a significantly higher number of caveolin-1 positive cells in the functional layer.

Conclusion: The mucoprotective effect of dermatan sulfate might be mediated by a caveolin-1-associated increase in adherens junctions which strengthened epithelial integrity and reduced cell loss.