Molekulare Mechanismen der Wirkung dentaler Monomere in immunkompetenten Zellen: Inhibition der LPS- oder LTA-stimulierten Freisetzung pro- und anti-inflammatorischer Zytokine
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im vorliegenden Projekt wurde die Rolle von oxidativem Stress auf die LPS‐ oder LTA‐stimulierte Freisetzung pro‐ und anti‐inflammatorischer Zytokine unter dem Einfluss des Monomers HEMA in RAW264.7 Mausmakrophagen, humanen Odontoblasten, Pulpazellen und Monozyten untersucht. Dazu wurde die Freisetzung von TNFα (Tumornekrosefaktor α) IL‐6 (Interleukin 6) oder IL‐10 (Interleukin 10), die Bildung von ROS (reaktive Sauerstoffspezies) und RNS (reaktive Stickstoffspezies) und parallel dazu die Expression damit assoziierter Enzyme unter der Regulation der redoxsensitiven Transkriptionsfaktoren NF‐κB und Nrf2 bestimmt. Mit steigenden Konzentrationen von LPS oder LTA stieg die Sekretion von TNFα und IL‐6 in Mausmakrophagen und humanen Monozyten nach kurzen (1h) und langen (24h) Expositionszeiten. In primären humanen Odontoblasten und Pulpazellen war TNFα nicht nachzuweisen. Steigende Konzentrationen von HEMA inhibierten die Freisetzung von TNFα und IL‐6 in LTA‐ oder LPS‐ stimulierten Kulturen. Buthioninsulfoximin (BSO) als Prooxidans oder N‐Acetylcystein (NAC) als Antioxidans reduzierten ebenfalls die LTA‐ und die LPS‐stimulierte Freisetzung von TNFα und IL‐6 und beeinflussten die inhibitorische Wirkung von HEMA. Diese Beobachtungen zeigen, dass allein die Veränderung des physiologischen Redoxgleichgewichts unabhängig von der Richtung dieser Veränderung die Freisetzung von TNFα oder IL‐6 als physiologische Funktion immunkompetenter Zellen stört. LTA und LPS erzeugten oxidativen Stress in Mausmakrophagen aufgrund einer erhöhten Produktion von ROS und RNS. Die Ergebnisse zeigten insgesamt, dass LTA und LPS ein breites Spektrum an ROS und RNS einschließlich NO∙ und ONOO‐induzierten. Dieses vielschichtige Szenario von ROS und RNS wird von einem Netzwerk an Transkriptionsfaktoren und ausführenden Proteinen reguliert. Das wichtigste Ergebnis der Analyse der Proteinexpression war, dass die LTA‐ und LPS‐stimulierte Expression von p65 (NF‐κB) im Zellkern in Anwesenheit von HEMA, wahrscheinlich aufgrund der inhibierten Translokation aus dem Zytosol, reduziert wurde. Als Folge davon ist die NF‐κB‐vermittelte Produktion von Zytokinen inhibiert. Die Wechselwirkung zwischen den redoxsensitiven Transkriptionsfaktoren NF‐κB und Nrf2 ist die treibende Kraft hinter der Freisetzung von Zytokinen nach Stimulierung mit LPS oder LTA in Anwesenheit von HEMA. TNFα konnte in mit LPS oder LTA behandelten Odontoblasten oder Pulpazellen nach 1h oder 24h Exposition mit den hier verwendeten Mitteln nicht nachgewiesen werden. Die Menge an IL‐6 lag nach einer kurzen Expositionsdauer (1h) auch in LPS oder LTA exponierten Kulturen unter der Nachweisgrenze. Nach einer langen Exposition (24h) stieg jedoch die Menge an IL‐6 in den mit LPS oder LTA behandelten Kulturen sehr stark und HEMA, BSO oder NAC veränderten diese Effekte wie für RAW264.7 Mausmakrophagen beschrieben. Humanen Monozyten reagierten auf LPS, LTA, HEMA, BSO oder NAC wie Mausmakrophagen. Nach einer Vorinkubation der Mausmakrophagen mit HEMA für 1h oder 3h war auch nach der dann folgenden Stimulierung mit LPS die Menge an TNFα signifikant reduziert. Umgekehrt erhöhte die Vorinkubation mit LPS die Menge an TNFα bei nachfolgender Inkubation in Medium ohne LPS und noch mehr nach einer zusätzlichen Stimulation mit LPS. Diese Ergebnisse zeigen, dass die durch HEMA oder LPS aktivierten Enzymsystem unabhängig agieren, sich jedoch gegenseitig beeinflussen. Unerwartet waren die Unterschiede in den Reaktionen der verschiedenen Zelltypen. RAW264.7 Mausmakrophagen und humanen Monozyten reagierten gegen LPS und LTA nach kurzer (1h) und langer Exposition mit der Freisetzung von TNFα und IL‐6, in humanen Odontoblasten und Pulpazellen war nur IL‐6 nach 24h Exposition nachzuweisen. Sämtliche Zelltypen reagierten jedoch identisch auf die zusätzliche Anwesenheit von HEMA. Der HEMA‐induzierte oxidative Stress ist ursächlich für die Inhibition der LPS‐oder LTA‐induzierten Freisetzung von Zytokinen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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The resin monomer HEMA inhibits LPS‐stimulated cytokine release. J Dent Res, 2017
Schweikl H., M. Gallorini, M. Forstner, C. Petzel, K.‐A. Hiller, W. Buchalla
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Functions of transcription factors NF‐κB and Nrf2 in the inhibition of LPS‐stimulated cytokine release by the resin monomer HEMA. Dent Mater 2018; 34:1661‐1678
Schweikl H, Gallorini M, Pöschl G, Urmann V, Petzel C, Bolay C, Hiller KA, Cataldi A, Buchalla W
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A Human odontoblast phenotype isolated from the dentin‐pulp interface. IADR‐CED Madrid, J Dent Res, 2019
Schweikl H, Krifka S, Gallorini M, Ebensberger H, C. Brochhausen C, Cataldi A, Buchalla W
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NF‐κB and Nrf2 interfere in the inhibition of LPS‐stimulated cytokine release by the resin monomer HEMA. 11th World Biomaterials Congress (WBC), Poster number 2407‐ 2020; Glasgow, December 11‐14, 2020
Schweikl H, Buchalla W.
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HEMA‐induced oxidative stress inhibits NF‐kB nuclear translocation and TNF release from LTA‐ and LPS‐ stimulated immunocompetent cells. Dent Mater 2021;37:175‐190
Schweikl H, Birke M, Gallorini M, Petzel C, Bolay C, Waha C, Hiller KA, Buchalla W
