Titel (eng)

Oxygen consumption of J774A.1 macrophages associated with mitochondrial respiration and production of reactive oxygen species

Autor*in

Nikola Knoll

Betreuer*in

Katrin Staniek

Begutachter*in

Rudolf Moldzio

Beschreibung (deu)

Bachelorarbeit - Veterinärmedizinische Universität Wien - 2020

Beschreibung (deu)

Makrophagen spielen als Zellen des angeborenen Immunsystems eine wichtige Rolle bei der Eliminierung eindringender Pathogene. Nach der Phagozytose der Mikroorganismen setzen Makrophagen pro-inflammatorische Mediatoren frei und können diese Pathogene in ihren Phagolysosomen abtöten. Einer dieser destruktiven Mechanismen ist der oxidative Burst, bei dem die NADPH-Oxidase (NOX2) reaktive Sauerstoffspezies (ROS), zum Beispiel Superoxidradikale oder Wasserstoffperoxid, bildet. Nichtsdestotrotz haben verschiedene Pathogene Strategien entwickelt, um in Makrophagen zu überleben und können sich sogar replizieren. Ein Beispiel sind die von Vektoren übertragenen Parasiten Leishmanien. Es wird angenommen, dass Leishmanien den oxidativen Burst von Makrophagen unterdrücken können, um ihr Überleben zu sichern. In dieser Bachelorarbeit wurden Messungen des Sauerstoffverbrauchs von Makrophagen der murinen Zelllinie J774A.1 im Zusammenhang mit ihrer mitochondrialen Atmung und Sauerstoffradikalbildung durchgeführt, um herauszufinden, wie verschiedene Substanzen, aber auch die nichtpathogenen Leishmania tarentolae Promastigoten (LtP), den Sauerstoffverbrauch der Makrophagen beeinflussen können. Neben der mitochondrialen Atmung verbraucht auch die aktivierte NOX2 Sauerstoff. Dieser verbrauchte Sauerstoff kann teilweise durch antioxidative Enzyme wie Superoxiddismutase oder Katalase, welche Makrophagen während des oxidativen Bursts vor ROS schützen, rückgewonnen werden. Phorbolmyristatacetat (PMA) wurde als Positivkontrolle zur NOX2-Stimulation von Makrophagen verwendet und Diphenyleneiodoniumchlorid (DPI) diente als NOX2-Inhibitor. Die Ergebnisse zeigen, dass KCN und Myxothiazol effektiv die mitochondriale Atmung hemmen, während PMA auch nach Hemmung der Mitochondrien noch NOX2 stimulieren kann. LtP erhöhten den Sauerstoffverbrauch der J774 Zellen ähnlich wie PMA durch eine Aktivierung der NOX2. Noch höhere Sauerstoffverbrauchsraten wurden in J774 Suspensionen beobachtet, die 30 Minuten mit LtP vorinkubiert wurden, um den LtP genug Zeit für eine Bindung oder eine Internalisierung zu geben. Das könnte auf eine LtP-induzierte NOX2-Stimulation hinweisen, weil DPI, Superoxiddismutase und Katalase diesen Anstieg des Sauerstoffverbrauchs teilweise wieder reduzieren konnten. Zusammenfassend geben die Sauerstoffverbrauchsmessungen an Makrophagen einen zusätzlichen Einblick in Prozesse, die während der frühen Infektionsphasen stattfinden, was von fundamentaler Bedeutung für die Entwicklung neuer Medikamente gegen Leishmanien ist.

Beschreibung (eng)

Bachelor thesis - University of Veterinary Medicine Vienna - 2020

Beschreibung (eng)

Macrophages are important innate immune cells playing a big role in eliminating intruding pathogens. By phagocytosing microorganisms, macrophages release pro-inflammatory mediators and are able to kill pathogens in their phagolysosomes. One of these destructive mechanisms is the oxidative burst, in which the NADPH oxidase (NOX2) produces reactive oxygen species (ROS) like superoxide radicals or hydrogen peroxide. However, several pathogens have evolved strategies to reside and even replicate within macrophages, for example the vector-borne parasites Leishmania. Leishmania are hypothesized to suppress the macrophagal oxidative burst to ensure their survival. In this bachelor thesis, measurements of oxygen consumption of macrophages of the murine cell line J774A.1 associated with their mitochondrial respiration and ROS production were performed to investigate how different substances but also the non-pathogenic Leishmania tarentolae promastigotes (LtP) influence macrophagal oxygen consumption. Apart from mitochondrial respiration, also the activated NOX2 is consuming oxygen. This consumed oxygen can be partially recovered by antioxidant enzymes like superoxide dismutase or catalase, protecting macrophages from ROS they produce during the oxidative burst. Phorbol myristate acetate (PMA) was used as positive control to artificially stimulate macrophagal NOX2 and diphenyleneiodonium chloride (DPI) served as an NOX2 inhibitor. Results show that KCN and myxothiazol effectively inhibited mitochondrial respiration, while PMA stimulated macrophagal oxygen consumption even after mitochondrial respiration was blocked. LtP increased oxygen consumption in J774 cell suspensions similar to PMA that activated the macrophagal NOX2. In J774 suspensions preincubated with LtP for 30 minutes, giving LtP enough time for attachment or internalization, even higher oxygen consumption rates were observed. This could suggest LtP-induced NOX2 stimulation, since DPI, superoxide dismutase and catalase partially decreased this rise in oxygen consumption. In conclusion, oxygen consumption measurements in macrophages give additional insights into processes taking place during early stages of Leishmania infections which is of fundamental importance for developing new antileishmanial drugs.

Sprache des Objekts

Englisch

Datum

2020

Rechte

© Alle Rechte vorbehalten

Mitglied in der/den Collection(s) (2)

o:72 Hochschulschriften / Veterinärmedizinische Universität Wien
o:2524 Bachelorarbeiten / Veterinärmedizinische Universität Wien

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