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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-44492
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2010/4449/


Untersuchung der Expression, Lokalisation und Funktionalität von Tight Junctions in murinen und humanen Modellsystemen mit Barrieredefekten in der Haut

Kirschner, Nina

pdf-Format:
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Basisklassifikation: 42.15
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Burmester, Thorsten (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 27.11.2009
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 20.01.2010
Kurzfassung auf Deutsch: Die Rolle von Tight Junctions in der Barrierefunktion der Haut ist noch nicht abschließend geklärt, molekulare Mechanismen der Beeinflussung von kutanen TJs sind noch weitgehend unbekannt. In dieser Arbeit wurden deshalb die Expression und Lokalisation von TJ-Proteinen sowie die TJ-Funktionalität in zwei Modellen, die einen Barrieredefekt in der Haut aufweisen, die Hautkrankheit Psoriasis und ein CD44 k/o Mausmodell, untersucht. Psoriasis ist eine entzündliche Hautkrankheit, die charakterisiert ist durch die Hyperproliferation von Keratinozyten, eine gestörte Barrierefunktion des Stratum corneums und einer erhöhten Infiltration von Entzündungszellen. Eine veränderte Lokalisation von TJ-Proteinen tritt bereits in der frühen Phase der Psoriasis auf. In dieser Phase sind Occludin, ZO-1 und Cldn4 in mehr Zellschichten der Epidermis lokalisiert, während Cldn1 und Cldn7 in den oberen und unteren Schichten der Epidermis herunterreguliert sind. In der Plaque-Psoriasis findet man ebenfalls die verbreiterte Lokalisation von Occludin und ZO-1, während die Claudine zum Teil vergleichbar zur frühen Phase exprimiert sind, zum Teil aber auch weiter herunterreguliert sind. Die Veränderung von TJ-Proteinen ist somit ein frühes Ereignis in der Psoriasis und nicht die Konsequenz der weitreichenden Veränderungen in der Epidermis der Plaque-Psoriasis. Mittels PCR-Analysen konnte gezeigt werden, dass die Veränderungen für Occludin, ZO-1 und Cldn1 auch auf RNA-Ebene beobachtet werden können. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die verbreiterte Lokalisation der TJ-Proteine dazu führt, dass funktionelle TJs, d.h. TJs mit Barrierefunktion für einen molekularen Tracer, nicht wie in der normalen Haut in der obersten lebenden Schicht der Epidermis, sondern bereits in tieferen Schichten vorliegen. Dies deutet darauf hin, dass die verbreiterte Expression von TJ-Proteinen in Psoriasis ein Rettungssystem darstellen könnte für die eingeschränkte Barrierefunktion des Stratum corneums. Eine Behandlung von ex vivo Hautmodellen mit den Zytokinen IL-1beta und TNFalpha, die in erhöhten Konzentrationen in Psoriasis vorkommen, bewirken eine Hochregulation von Occludin und ZO-1, sowie teilweise eine Herrunterregulation von Cldn1, ähnlich den Veränderungen in der frühen Phase der Psoriasis. In kultivierten Keratinozyten resultiert die Behandlung mit den Zytokinen in Veränderungen der Lokalisation und Proteinexpression von TJ-Proteinen, die sich mit einer verstärkten TJ-Barrierefunktion zu frühen Zeitpunkten und einer Erniedrigung dieser zu späteren Zeitpunkten korrelieren lassen. Da diese Zytokine wichtig in Psoriasis sind und da ähnliche Veränderungen in der frühen Phase der Psoriasis und in Zytokin-injizierten Modellen beobachtet wurden, ist es wahrscheinlich, dass sie eine zentrale Rolle in der Regulation von TJs in der Psoriasis spielen. Die Untersuchungen des CD44 k/o Mausmodells zeigten, dass CD44 ein Regulator für die Formation und die Funktion von TJs in murinen Keratinozyten ist. Der Verlust von CD44 verändert die TJ-Proteinexpression und Lokalisation in embryonaler Epidermis und in kultivierten Keratinozyten. Dieser Verlust ist temporär, denn ausschließlich E17.5 Embryonen weisen eine epidermale Herrunterregulation der TJ-Proteine Cldn1, Cldn4, und ZO-1, sowie der für ihren Aufbau wichtigen Polaritätsproteine Par3 und die aktive Form von Rac1, auf. Die E18.5 k/o Mäuse zeigen demgegenüber eine vermehrte Expression von Cldn4, ZO-1, Par3 und keine Veränderungen in der aktiven Form von Rac1. Am Tag E17.5 ist die Barrierefunktion im Vergleich zum Wildtyp noch eingeschränkt, während sie am Tag E18.5 wiederhergestellt ist. Die Funktionalität von TJs in CD44 k/o Keratinozyten ist bezüglich der Barrierefunktion für Ionen eingeschränkt, wohingegen die Permeabilität für größere Moleküle weder in vitro noch in vivo verändert ist. Darüber hinaus führt die CD44-Defizienz zu einer Beeinträchtigung der Polarisierung in kultivierten Keratinozyten. Diese inkomplette Polarisierung ist vermutlich der Grund für den Verlust der apikalen Lokalisation der Lamellar Bodies in der Epidermis der CD44 k/o Mäuse, da kein gerichteter Vesikeltransport erfolgen kann. Zusätzlich wurde eine auffällig kurvige Anordnung der Proteine Cldn1, Occludin, ZO-1, ZO 2 und Par3 an den Zell-Zell-Kontakten der CD44 k/o Zellen gefunden. Es konnte somit in dieser Arbeit gezeigt werden, dass Tight Junctions an der Barrierefunktion der Haut beteiligt sind. Zum einen sind TJs bei der Psoriasis, einer Hautkrankheit, die einen schon vorhandenen Hautbarrieredefekt zeigt, mit ihrer verbreiterten Lokalisation und Expression als ein Rettungssystem zu sehen. Auf der anderen Seite trägt die Herunterregulation von TJ-Proteinen und Funktionalität aufgrund der Defizienz für CD44, vermutlich vermittelt über Par3 und Rac1, ursächlich zu der Barrierestörung der Haut von CD44 k/o Mäusen bei.

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