Gewebsmakrophagen-Heterogenität in Drosophila melanogaster- Charakterisierung und Identifikation von Makrophagen-Subpopulationen in der gesunden und erkrankten Fliege
Zellbiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Gewebsansässige Makrophagen sind angeborene Immunzellen, die in allen Organen zu finden sind und zentrale Funktionen bei der Immunabwehr und der Aufrechterhaltung der Gewebshomöostase erfüllen. Jede Makrophagen-Population ist daher an die spezifischen Bedürfnisse des jeweiligen Wirtsorgans angepasst. Makrophagen-ähnliche Zellen sind konserviert über verschiedene Spezies bis zu Invertebraten, wie der Fruchtfliege (Drosophila melanogaster). Hemozyten, die Blut-ähnlichen Zellen von Drosophila, können in drei Zelltypen unterteilt werden, wobei die Plasmatozyten die Makrophagen-ähnlichen Zellen darstellen. Interessanterweise weisen Plasmatozyten viele konservierte Funktionen im Vergleich zu Makrophagen auf, sowie einen ähnlichen hematopoetischen Ursprung. Obwohl Plasmatozyten in ihrer Immunfunktion gut erforscht werden, ist bisher weniger über ihre Gewebespezifikation und den Beitrag ihrer Ontogenese zu ihren Funktionen in Entwicklung, Homöostase und Krankheit bekannt. Im Rahmen dieses Projekts wollten wir die Heterogenität der Plasmatozyten in adulten Fliegen im Hinblick auf Ontogenese, genexpression und Funktion in Homöostase und Krankheit untersuchen. Im Rahmen dieses Projekts haben wir zunächst eine zuverlässige Pipeline für die Erstellung von Einzelzell-Transkriptom-Profilen in adulten Drosophila etabliert, um die Heterogenität der Plasmozyten genauer zu analysieren und Wechselwirkungen zwischen Plasmatozyten und anderen Geweben zu untersuchen. Die gewonnenen Daten deuten darauf hin, dass der Verlust von Hemozyten, adulte Fliegen anfälliger für oxidativen Stress macht, der durch orale Paraquat-Behandlung modelliert werden kann. Daher wurde ein zentraler Fokus während des Förderzeitraums auf die Untersuchung der Heterogenität und Funktion von Plasmatozyten bei oxidativem Stress gesetzt. Unsere Daten haben gezeigt, dass Hämozyten eine wesentliche Rolle bei der Kontrolle der Anfälligkeit für oxidativen Stress spielen. Hemozyten orchestrieren die systemische Reaktion auf oxidativen Stress durch definierte zelluläre Zustände, die durch Einzelkern-RNA- Sequenzierung (snRNA-seq) identifiziert wurden. Plasmatozyten teilen sich in Subcluster auf, die entweder durch Immunaktivierung und zelluläre Stressreaktion gekennzeichnet sind, oder „Bystander“-Subcluster, die vor allem metabolische Regulierung zeigen. Mechanistisch konnten wir zeigen, dass eine durch DNA-Schäden gesteuerte Signalkaskade die Freisetzung proinflammatorischer Zytokine, wie z. B. unpaired-3, reguliert und somit die Anfälligkeit der Fliege für oxidativen Stress steuert. Unsere Daten weisen somit auf eine Schlüsselrolle der Plasmatozyten in der Regulation systemischer Zytokinspiegel bei oxidativem Stress hin. Insgesamt zeigen wir neue Erkenntnisse zur Heterogenität der Plasmatozyten bei oxidativem Stress und in der Homöostase, sowie zur Rolle der Makrophagen in der Regulation systemischer Stressreaktionen, um Gewebeverlust und Energiemobilisierung auszugleichen. Diese Prozesse könnten zentrale Rollen bei zahlreichen chronischen Krankheiten spielen, wie Krebs oder neurodegenerative Erkrankungen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Detection of G-Quadruplex DNA Structures in Macrophages. Methods in Molecular Biology, 453-462. Springer US.
Kastl, Melanie; Hersperger, Fabian; Kierdorf, Katrin & Paeschke, Katrin
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Hemocyte Nuclei Isolation from Adult Drosophila melanogaster for snRNA-seq. Methods in Molecular Biology, 71-79. Springer US.
Hersperger, Fabian; Kastl, Melanie; Paeschke, Katrin & Kierdorf, Katrin
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DNA damage signaling in Drosophila macrophages modulates systemic cytokine levels in response to oxidative stress. eLife, 12.
Hersperger, Fabian; Meyring, Tim; Weber, Pia; Chhatbar, Chintan; Monaco, Gianni; Dionne, Marc S.; Paeschke, Katrin; Prinz, Marco; Groß, Olaf; Classen, Anne-Kathrin & Kierdorf, Katrin
