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AuthorKunze, Julia Franziskadc.contributor.author
Date of accession2020-10-14T14:16:06Zdc.date.accessioned
Available in OPARU since2020-10-14T14:16:06Zdc.date.available
Year of creation2019dc.date.created
Date of first publication2020-10-14dc.date.issued
AbstractPolytrauma (PT), defined as a combination of severe injuries, results in massive systemic immune activation, frequently cumulating in lethal multiple organ failure (MOF). The complement system, especially its anaphylatoxin C5a, thereby plays an important role. Given the function of the hypothalamus-pituitary-adrenal (HPA) axis, especially its effector hormone cortisol (humans) /corticosterone (CORT, rodents), to regulate immune responses and the vast interaction between the stress and the immune system, it is not surprising that many components of the immune system can vice versa activate the HPA axis, including the adrenal glands- the organs that synthesize cortisol/CORT. Thus, quantification of HPA axis activity, especially at the level of the adrenal glands, could potentially provide an indirect but meaningful approach to assess the extent of PT-induced, and C5a-mediated inflammatory processes. To strengthen this approach, the general purpose of this thesis is to investigate the influence of C5a on adrenal functionality in both polytraumatized but also in naïve mice. In detail, a first experiment aimed for whether treatment of polytraumatized mice with a C5a Spiegelmer (C5a SM), which is supposed to antagonize C5a, affects the functionality of the adrenal glands in PT vs. SHAM-treated animals. Moreover, another aim of this thesis was to investigate the topical influence of C5a or C5a SM on in vitro CORT production of naïve adrenal glands under basal conditions (experiment 2) as well as in response to ACTH stimulation (experiment 3). To achieve those aims, one set of mice (aim 1; experiment 1) was exposed to a 20-minute procedure of multiple traumatization (PT) or SHAM before being injected with either C5a SM or vehicle (VEH). Four hours after PT, animals were sacrificed and adrenals were removed. Right adrenals were used to determine the amount of steroid precursor molecules (cholesteryl esters) within the adrenal cortex employing Oil-Red-O (ORO) staining as well as to measure the adrenal CORT content via enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). In vitro adrenocorticotropic hormone (ACTH) responsiveness was assessed in left adrenals. Further on, adrenals of another set of untreated mice (aim 2) were incubated in vitro with C5a, C5a SM or the combination thereof to examine the topical influence of C5a or C5a SM on adrenal CORT production (experiment 2). Additionally, in the third experiment, adrenal glands of a third set of animals were stimulated in vitro with ACTH after being incubated with C5a, C5a SM or the combination of C5a and C5a SM. The results of experiment 1 revealed that PT increases ACTH responsiveness, an effect that was blocked by the systemic blockade of C5a via C5a SM. However, the assessment of adrenal weight, CE-stores and CORT content showed no significant difference between the groups. Although neither C5a nor C5a SM nor C5a+C5a SM changed basal adrenal CORT in vitro compared to VEH values in experiment 2, pre-incubation with C5a in vitro of adrenal explants significantly enhanced adrenal ACTH sensitivity in experiment 3. This finding, however, could not be seen in ACTH-stimulated adrenals having been pre-incubated with C5a SM or C5a+C5a SM. Although immune parameters were not directly determined in the present study and provided that PT goes along with a marked rise in C5a, the results that (i) C5a SM downregulated adrenal ACTH responsiveness in vitro in response to PT and (ii) C5a per se enhanced adrenal ACTH responsiveness in vitro in naïve mice, quantifying HPA axis activity might indeed serve as an indirect but reliable measure for immune system activation. The observation that C5a and C5a SM, respectively, do not elicit any effect on in vitro CORT synthesis in not-PT (naïve) mice, indicates that there might be a bunch of other pathophysiological factors after PT that, except from C5a, affect adrenal functioning. The last experiment demonstrated that an additional in vitro stimulation with ACTH in not-PT animals results in an increase in CORT of C5a-preincubated adrenal explants, though. Conclusively, one can justify to assume a potential interrelation between adrenal C5a and ACTH signaling- a matter that certainly calls for further investigation in future studies.dc.description.abstract
AbstractEin Polytrauma (PT) wird per Definition durch über das Zusammenwirken mehrerer und/oder potentiell lebensbedrohlicher Verletzungen charakterisiert. Pathophysiologisch ist eine systemische Immun- und Entzündungsantwort, vor allem aber dessen Kontrolle, von entscheidender Bedeutung. Eine überschießende Inflammation im Organismus geht schließlich häufig mit einem erhöhten Risiko für ein Multiorganversagen und letztlich erhöhter Letalität einher. Hierfür wiederum ist der Komplementfaktor C5a im Wesentlichen mitverantwortlich. Andererseits ist bekannt, dass das neuroendokrine System, insbesondere die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden (HHN)- Achse über die Freisetzung von Cortisol (im Menschen) bzw. Corticosteron (CORT) (in Nagern) eine regulierende Funktion auf inflammatorische Prozesse einnimmt. So sind das Immun- und das Hormonsystem eng miteinander vernetzt und befinden sich im ständigen gegenseitigen Austausch. Auf Basis dieses Wissens, beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Funktionalität der HHN- Achse auf Ebene ihres periphersten Organs, der Nebenniere, also dem Ort der CORT Synthese und Freisetzung. Untersucht wird dessen Abhängigkeit bzw. Beinflussbarkeit von bzw. durch C5a zunächst in Zusammenhang eines PTs und im nächsten Schritt auch in nicht-polytraumatisieren Versuchstieren. Diesem Ansatz wurde mithilfe der Durchführung von folgenden drei Experimenten nachgegangen: In einem ersten Experiment wurde die Funktionalität von Nebennieren in einem etablierten murinen Modell für PT untersucht. Nach einer 20-minütigen PT Prozedur (versus SHAM-Behandlung als Kontrollgruppe) wurde der Hälfte der Tiere ein C5a Spiegelmer (C5a SM), eine neuartige C5a-antagonisierende Substanz, (versus Trägersubstanz (Vehicle) als Kontrollgruppe) injiziert und die Nebennieren der Tiere nach Ende des Experiments (nach 4 Stunden) entnommen. Die rechten Nebennieren wurden histologisch aufgearbeitet, um mit einer Ölrotfärbung Steroidvorläufermoleküle (Cholesterylester in Lipidvesikeln) zu quantifizieren, sowie mittels eines Enzyme-linked-immunosorbent- Assays (ELISA) den Gehalt an CORT zu bestimmen. Eine in vitro- Stimulation mit adrenocorticotrophem Hormon (ACTH) wurde mit den linken Nebennieren durchgeführt. Ein zweites Experiment verfolgte das Ziel, den direkten bzw. topischen Einfluss von C5a bzw. C5a SM auf die Nebennierenaktivität unabhängig von dem Einwirken eines PTs aufzuklären. Hierfür wurden explantierte Nebennieren nicht polytraumatisierter Tiere in vitro mit C5a, C5a SM oder der Kombination C5a +C5a SM inkubiert. Dieser Versuchsansatz wurde im dritten Experiment abschließend noch durch ein zusätzliche in vitro-Stimulation mit ACTH erweitert, um die adrenale ACTH- Sensitivität nach Inkubation mit C5a bzw. C5a SM zu untersuchen bzw. die in vivo Situation aus Experiment 1 in vitro und unabhängig von einem PT nachzustellen. Die Ergebnisse des ersten Experiments zeigten, dass PT (im Vergleich zu SHAM) zu einem höheren Ansprechen der Nebennieren auf den Stimulus ACTH in vitro führt, was durch die Injektion des C5a SM abgeschwächt werden konnte. Die Parameter Nebennierengewicht, Cholesterylesterdichte im adrenalen Cortex sowie der adrenale CORT- Gehalt zeigten sich unverändert. Weiterhin offenbarte das zweite Experiment, dass weder C5a noch C5a SM oder C5a+C5a SM die CORT Produktion in vitro signifikant beeinflussen. Eine Prä-inkubation mit C5a im dritten Experiment brachte jedoch einen Anstieg der ACTH-Sensitivität in vitro hervor. Obwohl die vorliegende Arbeit Immunparameter nicht direkt bestimmt und die Annahme voraussetzt, dass ein PT eine deutliche Komplementantwort, ergo einen Anstieg von C5a mit sich führt, sprechen die Erkenntnisse, dass i) ein PT mit einem erhöhten Ansprechen der Nebenniere auf ACTH einhergeht und ii) C5a SM diesen Effekt abschwächt, dafür, dass die Untersuchung der Nebennierenaktivität einen indirekten Ansatz zur Bestimmung der Entzündungsantwort nach PT bieten könnte. Die Beobachtung, dass C5a bzw. C5a SM unabhängig von dem Einwirken eines PT keinen Einfluss auf die adrenale in vitro CORT Synthese nehmen, könnte darauf hinweisen, dass neben der Einwirkung von C5a auf die Nebenniere auch weitere systemische Faktoren im Zuge eines PT Einfluss auf die adrenale Aktivität ausüben. Nicht zuletzt lässt das Ergebnis, dass ein Anstieg der CORT Produktion in vitro durch C5a nur durch zusätzliche in vitro Stimulation mit ACTH erzielt werden konnte, einen möglichen Zusammenhang des C5a- und ACTH Signalwegs in der Nebenniere annehmen. Dies stellt definitiv einen weiteren Ansatzpunkt für zukünftige Untersuchungen dar, um Mechanismen hierfür aufzuklären.dc.description.abstract
Languageendc.language.iso
PublisherUniversität Ulmdc.publisher
LicenseStandarddc.rights
Link to license texthttps://oparu.uni-ulm.de/xmlui/license_v3dc.rights.uri
KeywordHPAdc.subject
KeywordAdrenaldc.subject
KeywordCORTdc.subject
KeywordACTH sensitivitydc.subject
KeywordComplement systemdc.subject
KeywordC5adc.subject
KeywordSpiegelmerdc.subject
KeywordStressdc.subject
Dewey Decimal GroupDDC 570 / Life sciencesdc.subject.ddc
Dewey Decimal GroupDDC 610 / Medicine & healthdc.subject.ddc
MeSHMultiple traumadc.subject.mesh
MeSHHypothalamo-hypophyseal systemdc.subject.mesh
MeSHCorticosteronedc.subject.mesh
MeSHAdrenocorticotropic hormonedc.subject.mesh
MeSHLipid dropletsdc.subject.mesh
TitleThe effect of C5a activity on adrenal functionality (following polytrauma) in male C57BL/6 micedc.title
Resource typeDissertationdc.type
Date of acceptance2020-07-03dcterms.dateAccepted
RefereeReber, Stefan Oskardc.contributor.referee
RefereeHuber-Lang, Markusdc.contributor.referee
DOIhttp://dx.doi.org/10.18725/OPARU-33352dc.identifier.doi
PPN1735707961dc.identifier.ppn
URNhttp://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:289-oparu-33414-2dc.identifier.urn
GNDPolytraumadc.subject.gnd
GNDNeuroendokrines Systemdc.subject.gnd
GNDCorticosterondc.subject.gnd
GNDSphärosomdc.subject.gnd
FacultyMedizinische Fakultätuulm.affiliationGeneral
InstitutionUKU. Klinik für Psychosomatische Medizin und Psychotherapieuulm.affiliationSpecific
InstitutionUKU. Institut für Klinische und Experimentelle Trauma-Immunologieuulm.affiliationSpecific
Grantor of degreeMedizinische Fakultätuulm.thesisGrantor
DCMI TypeTextuulm.typeDCMI
CategoryPublikationenuulm.category
Bibliographyuulmuulm.bibliographie


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