Role of malondialdehyde epitopes in sterile inflammation

Im Kontext einer entzündlichen Immunantwort tritt auch erhöhter oxidativer Stress auf, der zur Fragmentierung von Lipiden sowie zur Bildung von sogenannten oxidationsspezifischen Epitopen wie Malondialdehyd-(MDA)-Epitopen führen kann. Diese Epitope wurden nicht nur in zahlreichen entzündlichen Erkrankungen wie bei der Alzheimer-Krankheit, akuter Lungenschädigung, Multipler Sklerose und altersabhängiger Makuladegeneration festgestellt, sondern auch in ernährungsbedingten Krankheiten wie nicht-alkoholischen Fettleber- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Obwohl mehrere Hypothesen im Hinblick auf den Zusammenhang zwischen ernährungsbedingten Veränderungen wie beispielsweise Hyperlipidämie und den darauffolgenden entzündlichen Reaktionen existieren, herrscht bis heute keine Klarheit über die zugrunde liegenden Mechanismen. Während in vitro Untersuchungen bereits zeigen konnten, dass MDA-Epitope eine pro-inflammatorische Wirkung auf Zellen des angeborenen Immunsystems haben und dass wichtige Plasmaproteine wie natürliche Antikörper vom Isotyp IgM oder Komplementfaktor H eine bedeutende Rolle bei der Neutralisierung von MDA-Epitopen spielen, sind die funktionalen Konsequenzen einer solchen Interaktion weiterhin unbekannt. In meinem Dissertationsprojekt möchte ich MDA-vermittelte Entzündungsantworten im Detail charakterisieren, deren Signalwege und Rezeptoren auf Immunzellen identifizieren, und die Rolle von MDA-Epitopen als Gefahr-assoziiertes molekulares Muster, besser bekannt unter dem Begriff„"damage-associated molecular pattern“, im Rahmen von Entzündungen untersuchen. Zusammenfassend konnte ich anhand von RNA-Sequenzierungsanalysen zahlreiche Prozesse identifizieren, die sowohl charakteristisch für Signalwege des angeborenen Immunsystems als auch für oxidativen Stress sind, und die im Lebergewebe von LDLR-KO-Mäusen bei cholesterinhaltiger Diät verstärkt aktiviert werden. Des Weiteren konnte ich zeigen, dass MDA-Epitope in entzündetem Lebergewebe insbesondere auf apoptotischen Zellen auftreten und sowohl Zytokinsekretion als auch Infiltration von Leukozyten stimulieren. Für eine MDA-induzierte Zytokinsekretion in vitro waren die Scavenger-Rezeptoren CD36 und MSR-1 erforderlich. Außerdem konnten endogen gebildete MDA-Epitope in vivo durch intravenöse Gabe eines spezifischen MDA-Antikörpers neutralisiert werden, was eine verringerte Leberentzündung in LDLR-KO-Mäusen bei cholesterinhaltiger Diät zur Folge hatte. Abschließend habe ich experimentelle Daten für ein besseres Verständnis des Zusammenhangs zwischen einer cholesterinhaltigen Diät und der darauffolgenden Entzündung in der Leber geliefert, was einen potentiellen, neuen Anknüpfungspunkt für Therapien darstellt könnte.Increased oxidative stress during inflammatory responses leads to the generation of damaged lipids and proteins with oxidation-specific epitopes such as malondialdehyde (MDA) epitopes. These lipid peroxidation-derived moieties have been associated with many inflammatory diseases including Alzheimers disease, acute lung injury, multiple sclerosis and age-related macular degeneration. Importantly, malondialdehyde-epitope production is also observed in diet-induced inflammatory diseases such as nonalcoholic fatty liver disease and cardiovascular disorders. There have been many hypotheses trying to link the diet-induced changes such as hyperlipidemia with the subsequent inflammatory events but a clear insight into the underlying mechanism has remained elusive. Recently, natural IgM antibodies as well as complement factor H have been identified as major malondialdehyde-binding proteins in plasma. Additionally, malondialdehyde epitopes were demonstrated to be pro-inflammatory in vitro but the functional responses they induce in cells of innate immunity are not well understood. In my thesis project, I wanted to characterize the malondialdehyde-induced pro-inflammatory responses in more detail, identify signalling pathways and associated receptors on immune cells that sense the presence of malon- dialdehyde epitopes, and elucidate the functional role of malondialdehyde epitopes as danger-associated molecular pattern with the capacity to elicit sterile inflammation. Together, I could identify innate immunity and oxidative stress processes as major response pathways in livers of Ldlr / mice that were fed a Western-type diet using RNA sequenc- ing and in silico functional analyses of transcriptome data. Furthermore, I showed that malondialdehyde epitopes are detectable in hepatic inflammation predominantly on dying cells and stimulate cytokine secretion as well as leukocyte recruitment in vitro and in vivo. Malondialdehyde-induced cytokine secretion in vitro was dependent on the presence of the scavenger receptors CD36 and MSR1. Moreover, in vivo neutralization of endogenously generated malondialdehyde epitopes by intravenous injection of a specific malondialdehyde antibody resulted in decreased hepatic inflammation in Ldlr/ mice on a Western-type diet. In conclusion, I have provided evidence for a better understanding of the link between a lipid-rich diet and liver inflammation and suggested a putative novel point for therapeutic intervention.submitted by Mag. Clara Jana Lui BuschZusammenfassung in deutscher SpracheAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersMedizinische Universität, Dissertation, 2017OeB