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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002789-6

Veränderung der Proteinstruktur von respiratorischem Epithel nach intranasaler Phototherapie

  • Hintergrund: Die Phototherapie hat sich bereits in den Leitlinien zur Therapie entzündlicher und immunvermittelter dermatologischer Erkrankungen wie Psoriasis oder dem atopischen Ekzem etabliert. Eine neuere Anwendung ist die intranasale Phototherapie mit mUV/VIS (70 % sichtbares Licht, 25 % UVA, 5 % UVB) zur Behandlung der allergischen Rhinitis. Verschiedene Arbeiten zeigen eine Reduktion der Symptome der allergischen Rhinitis durch mUV/VIS. In der vorliegenden Arbeit wurden die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen und Veränderungen auf Proteomebene in humanen respiratorische S9-Epithelzellen untersucht. Methoden: Respiratorische S9-Epithelzellen wurden mit mUV/VIS für 4 min bestrahlt und nach 0, 30 und 60 min (Kurzzeitbereich) sowie nach 24, 48 und 72 h (Langzeitbereich) geerntet. Zum Vergleich unterschiedlicher Dosen wurden zusätzlich Zellen für 2 und 6 min bestrahlt und nach 24, 48 und 72 h geerntet. Die Proteine der Proben wurden extrahiert und mittels 2D-DIGE aufgetrennt. Die resultierenden Gel-Bilder wurden mittels Delta2D-Software analysiert, die detektierten Spots ausgestanzt und mit Trypsin proteolytisch verdaut. Anschließend konnten sie mittels Massenspektrometrie (MALDI-TOF-MS) und dem Datenbankvergleich mit virtuell verdauten Proteinen identifiziert werden. Ergebnisse: Von 1665 detektierten Spots wurden 897 identifiziert und weiter statistisch analysiert. Für die weiteren Analysen wurden nur die im Vergleich zur Kontrolle signifikant veränderten Proteine berücksichtigt (p ≤ 0,05 und Fold Change ≥ 1,5). Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Induktion von oxidativem Stress nach mUV/VIS. Dies konnte dosisabhängig mit der Induktion des Nrf2-Pathways, der Hitzeschockproteine und der Induktion der Thioredoxinreduktase 1 nachgewiesen werden. Proteinschäden und Proteinreparatur konnten anhand der Induktion von Hitzeschockproteinen und der Induktion von Proteinen, die mit der Ubiquitin-vermittelten proteasomalen Degradation fehlgefalteter Proteine assoziiert sind, gezeigt werden. Dosisabhängig werden direkt und indirekt durch oxidativen Stress DNA-Schäden induziert. Dies bestätigte sich anhand der dosisabhängigen Induktion von DNA-Reparaturmechanismen (NER). Die Induktion der Apoptose bei massiven Schäden wurde mittels Ingenuity Pathway Analyse (IPA) nachgewiesen. Die Induktion der Tumorgenese ist anhand der dosisabhängig induzierten Anzahl der Tumor-assoziierten Proteine und der induzierten Protoonkogene wie CRK oder des Tumorantigens p53 nachweisbar. In IPA zeigt sich eine dosisabhängige Beeinflussung immunologischer/inflammatorischer Prozesse wie der Psoriasis oder des atopischen Ekzems. Im Zeitverlauf kommt es zum Anstieg der Proteine, die mit solchen Erkrankungen assoziiert sind. Es zeigte sich auch eine dosisabhängige Induktion von Proteinen, die mit Mechanismen der Virusfreisetzung aus der Wirtszelle assoziiert sind. Dies könnte einige klinische Berichte über eine Herpes simplex Virusreaktivierung nach einer mUV/VIS-Bestrahlung erklären. Fazit: Eine Beeinflussung immunologisch/inflammatorischer Prozesse konnte bestätigt werden. Somit ist mUV/VIS zur Therapie der allergischen Rhinitis einsetzbar. Nach aktueller Literatur scheint die Rhinophototherapie nicht für die Karzinogenese zu prädisponieren. Aber es fehlen bisher Langzeit-Studien, die dies bestätigen. Aufgrund der genannten Veränderungen sollte eine mUV/VIS-Behandlung nur nach sorgfältiger Nutzen- und Risikoanalyse erfolgen.
  • Background: Phototherapy of inflammatory and immune-mediated skin diseases such as psoriasis vulgaris and atopic dermatitis is a well established treatment option in routine dermatological practice. Rhinophototherapy is a new treatment option for allergic rhinitis. Considering that high energy radiations induce DNA and protein damages, it is of outstanding importance for the safety of this therapy to evaluate the damage and repair process in human tissues. As proteins are the final products of genes, comparing the protein structure of upper airway epithelial cells in large scale may enable us to detect the processes leading the transformation of epithelial cells during radiation processes. In this study we investigated the protein profile of untreated epithelial cells compared by epithelial cells treated with a combination of UV-A (25%), UV-B (5%) and visible light (70%). Methods: Epithelial cells from upper human airway (S9 epithelial cells) were cultivated and treated with a combination of UV-A (25%), UV-B (5%) and visible light (70%) for different time periods. Proteins from these samples were extracted and separated by immobilized pH gradient-based two-dimensional difference gel electrophoresis (2-D DIGE). Resulting 2D-gel images were statistically analyzed using Delta2D software and differently expressed protein spots were analyzed and identified by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF-MS). Results: 897 out of 1665 detected protein spots have been identified by MALDI-TOF-MS. Several proteins were significantly changed (1,5-fold, P < 0.05) in mUV/VIS-treated epithelial cells compared to untreated cells. Ingenuity Pathway Analysis showed massive activation of massive oxidative stress response in S9 epithelial cells after mUV/VIS treatment. IPA Analysis also highlights the important role of the global regulator protein NRF2 in reaction oxidative stress caused by mUV/VIS. Oxidative stress was confirmed by induction of heat shock proteins and thioredoxin reductase 1. Ingenuity Pathway Analysis also revealed dose dependent induction of proteins associated with cancer such as CRK protooncogene or p53. Dose dependent induction of DNA damage has been shown by decrease of cytosolic DDB1 protein and activation of nucleotide excision repair (NER). Protein damage and protein repair has been confirmed by induction of heat shock proteins and proteins associated with ubiquitin-mediated protein degradation pathway. Elevated levels of several proteins related to viral exit from host cells might explain some clinical reports that after mUV/VIS treatment a Herpes viral infection was induced. Conclusion: In this work immunomodulatory effects of mUV/VIS-rhinophototherapy have been confirmed by Ingenuity Pathway Anlysis. Therefore it can be used as a treatment option for allergic rhinitis. Because of the risk of carcinogenesis and virus reactivation mUV/VIS should only be used after careful risk-benefit analysis. More detailed analysis especially prospective long-term study should be done.

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Metadaten
Author: Martin Münchhoff
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002789-6
Title Additional (English):The molecular response to phototherapy on upper airway epithelial cells: a proteomics study
Advisor:Dr. Christian Scharf
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2017/06/02
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Universitätsmedizin (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2017/06/02
Release Date:2017/06/02
Tag:2D-DIGE, Allergische Rhinitis, Proteinschäden, mUV/VIS, respiratorisches Epithel
2D-DIGE, allergic rhinitis, mUV/VIS, protein damage, respiratory epithelial cells
GND Keyword:Apoptosis, Carcinogenese, Differentielle Gelelektrophorese, Herpes simplex, Heuschnupfen, Lichttherapie, Oxidativer Stress, Proteomanalyse
Faculties:Universitätsmedizin / Klinik und Poliklinik für Hals-, Nasen-, Ohrenkrankheiten
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit