microRNA-regulierte Prozesse in Keratinozyten nach Exposition mit S-Lost: Modulation durch Mimics und Anti-miRs
Zellbiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Senfgas (2,2´-Dichlor-Ethylsulfid), auch bekannt als Schwefel-Lost (S-Lost), ist ein hoch toxischer Kampfstoff. Eine Exposition mit S-Lost führt zu schwerwiegenden Schäden, primär an Lunge und Haut. Die akuten, kutanen Symptome sind Rötung, Blasenbildung und Pigmentstörungen. Längerfristig kommt es zu schweren Wundheilungsdefiziten. Trotz intensiver Forschung sind die molekularen Pathomechanismen S-Lost-bedingter Wundheilungsstörungen in Hautzellen noch nicht vollständig aufgeklärt. Eine spezifische Pharmakotherapie steht daher nicht zur Verfügung. Micro-RNAs (miRNAs) sind eine Gruppe kleiner RNA-Moleküle, die regulatorische Aufgaben in Zellen erfüllen. Wir vermuten, dass es nach Einwirkung von S-Lost zu Störungen in der Regulation der Bildung von miRNAs in der äußersten Hautschicht (Epidermis) kommt, die von Keratinozyten gebildet wird. Dadurch könnten zelluläre Funktionen wie Reifung (Differenzierung) und Teilung (Proliferation) beeinträchtigt sein. Diese Fähigkeiten jedoch sind essentiell für die Mitwirkung von Keratinozyten an einer effizienten Wundheilung. Ziel der vorliegenden Studie war die genomweite Analyse von Veränderungen, die S-Lost auf die Expression von mRNAs und miRNAs in Keratinozyten hat. Mit Hilfe der Next Generation Sequencing (NGS) Technologie konnten in den Zellen knapp 30.000 verschiedene RNA-Moleküle erfasst werden. Als Reaktion auf die Exposition mit S-Lost war die Bildung von 1.894 mRNAs und 25 miRNAs signifikant verändert. Die Analyse verändert gebildeter RNAs unter Verwendung spezieller Software (Gene Ontology Pathway Analysis) ließ erkennen, dass viele an zellulären Vorgängen beteiligt sind, die für die Differenzierung und Proliferation der Keratinozyten, und somit deren Funktion in der Wundheilung von Bedeutung sind. Experimente mit vier ausgewählten miRNAs, die nach Behandlung mit S-Lost hochreguliert waren, erbrachten den Nachweis, dass diese miRNA-Kandidaten unmittelbaren Einfluss auf die Prozesse von Differenzierung und Proliferation hatten. Schließlich gelang es durch Applikation RNA-basierter, selektiver Inhibitoren der miRNA-Kandidaten, die S-Lostinduzierten, funktionellen Defekte in den Keratinozyten aufzuheben. Diese Befunde sollen nun unter Verwendung von Wundheilungsassays wie auch humaner Echthaut-Biopsien bestätigt werden. Unsere Studien führten zur Entdeckung eines Pathomechanismus, der darauf beruht, dass es unter Einwirkung von S-Lost auf Keratinozyten zu Änderungen in der Bildung bestimmter miRNAs kommt, die einen Stopp der Zellteilung zur Folge haben und gleichzeitig eine vorzeitige Reifung der Zellen auslösen. Somit können Keratinozyten vermutlich nicht mehr adäquat zur Wundheilung beitragen. Diesen zellulären Defekten konnte durch Verabreichung selektiver miRNA-Inhibitoren in vitro erfolgreich begegnet werden. Unsere Resultate geben Grund zur Annahme, dass RNA-basierte Wirkstoffe einen vielversprechenden Ansatz für eine ursächliche Therapie S-Lost-bedingter Wundheilungsstörungen darstellen.
