Go to the content. | Move to the navigation | Go to the site search | Go to the menu | Contacts | Accessibility

| Create Account

Scattolini, Valentina (2017) In vitro and in vivo study of NETosis in diabetic wound healing. [Ph.D. thesis]

Full text disponibile come:

[img]
Preview
PDF Document - Accepted Version
6Mb

Abstract (english)

People with diabetes have an increased risk of developing several serious health problems. One of the most frequent complication is an impaired wound healing.
Neutrophils are recruited early to the wound bed and, upon activation, they undergo histone citrullination by protein arginine deiminase (PAD)4, exocytosis of chromatin and enzymes as neutrophil extracellular traps (NETs), and death. This process is called NETosis. In diabetes, neutrophils are primed to release NETs and die by NETosis. Although this process is a defense against infection, excessive NETosis can damage tissue.
The aim of this study was to examine the effect of NETosis on the healing of diabetic foot ulcers (DFUs). Using proteomics, we found that NET components were enriched in non-healing human DFUs. In an independent validation cohort, a high concentration of neutrophil elastase in the wound was associated with infection and a subsequent worsening of the ulcer. NET components were elevated in the blood of patients with DFUs. Neutrophils isolated from the blood of DFU patients showed an increased spontaneous NETosis, but an impaired inducible NETosis. We have set up a system of intravital microscopy to monitor the presence of neutrophils in a mouse model of ulcer; this imaging technique, in addition to FACS detection of histone citrullination, showed that (1) PAD4 activity was increased by diabetes and (2) NETosis occurred in the bed of excisional wounds.
PAD4 inhibition by Cl-amidine reduced NETting neutrophils and rescued wound healing in diabetic mice. Cumulatively, these data suggest that NETosis delays DFU healing and its modulation could be a therapeutic strategy to improve outcome of DFU in diabetic patients.

Abstract (italian)

La FID, Federazione Internazionale del Diabete, paragona questa patologia ad una vera e propria epidemia inarrestabile. Una delle gravi complicanze causata da questa malattia sono le ulcere nel piede del diabetico (DFU, Diabetic Foot Ulcer): infatti la guarigione delle ferite è compromessa in molti pazienti diabetici e ciò provoca un aumentato rischio di morbilità e mortalità.
I neutrofili sono le principali cellule coinvolte nelle prime fasi della guarigione delle ulcere, in quanto sono la principale componente cellulare reclutata in sede di danno tissutale. I neutrofili hanno un ruolo fondamentale nel sistema immunitario innato e rappresentano la prima difesa contro l’infezione da patogeni. Questa attività antimicrobica è resa possibile anche da un tipo di morte cellulare tipico dei neutrofili al quale è stato dato il nome di NETosi. La NETosi si differenzia da necrosi, apoptosi, necroptosi e autofagia. E’ innescata da PAD4 (Peptidil Arginine Deaminase 4) che è un enzima nucleare Ca2+-dipendente appartenente alla superfamiglia delle amidinotransferasi, coinvolto nella citrullinazione degli istoni. A questa fase seguono la decondensazione della cromatina, la migrazione dell’elastasi all’interno del nucleo e la rottura della membrana nucleare con il conseguente rilascio di DNA sottoforma di filamenti. Questi filamenti, chiamati NETs (Neutrophil Extracellular Traps), sono composti da enzimi e proteine granulari e da materiale nucleare, il cui compito è quello di intrappolare fisicamente i patogeni e le loro componenti, fino alla lisi cellulare. Questo processo è alterato nel diabete e può provocare danni ai tessuti, causando un ritardo nella guarigione delle ferite.
Lo scopo di questo progetto è stato quello di studiare gli effetti della NETosi sulla guarigione delle ulcere dei pazienti diabetici, avvalendoci anche dell’uso di un modello sperimentale animale. L’analisi proteomica iniziale ci ha permesso di identificare le proteine coinvolte in questo processo; inoltre, abbiamo osservato che nel sangue dei pazienti diabetici vi è una sovra-espressione di alcuni di questi componenti. I neutrofili isolati da questi pazienti mostrano:
1- un incremento della NETosi spontanea;
2- un’alterata NETosi indotta;
3- un’aumentata attività dell’enzima PAD4.
Per studiare meglio questo processo abbiamo messo a punto una tecnica di imaging intravitale nell’ulcera di modello murino, che parallelamente all’analisi citofluorimetrica degli istoni citrullinati, ha messo in risalto il coinvolgimento della NETosi nel processo di guarigione delle ulcere diabetiche. Inoltre l’inibizione di PAD4 nel topo, ha dato evidenze sperimentali di un miglioramento nella guarigione delle ulcere.
In futuro questo protocollo sperimentale potrebbe essere utilizzato come strategia terapeutica di modulazione della NETosi per migliorare le DFU nei pazienti diabetici.

Statistiche Download - Aggiungi a RefWorks
EPrint type:Ph.D. thesis
Tutor:Avogaro, Angelo
Supervisor:Fadini, Gian Paolo
Ph.D. course:Ciclo 29 > Corsi 29 > SCIENZE MEDICHE, CLINICHE E SPERIMENTALI
Data di deposito della tesi:27 January 2017
Anno di Pubblicazione:27 January 2017
Key Words:diabete/diabetes, NETosi/NETosis, ulcere/ulcer, guarigione/healing, imaging/imaging
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 06 - Scienze mediche > MED/13 Endocrinologia
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Medicina
Codice ID:9972
Depositato il:24 Nov 2017 10:40
Simple Metadata
Full Metadata
EndNote Format

Bibliografia

I riferimenti della bibliografia possono essere cercati con Cerca la citazione di AIRE, copiando il titolo dell'articolo (o del libro) e la rivista (se presente) nei campi appositi di "Cerca la Citazione di AIRE".
Le url contenute in alcuni riferimenti sono raggiungibili cliccando sul link alla fine della citazione (Vai!) e tramite Google (Ricerca con Google). Il risultato dipende dalla formattazione della citazione.

1. Matough, F.A., et al., The role of oxidative stress and antioxidants in diabetic complications. Sultan Qaboos Univ Med J, 2012. 12(1): p. 5-18. Cerca con Google

2. Szablewski, L. and A. Sulima, The structural and functional changes of blood cells and molecular components in diabetes mellitus. Biol Chem, 2016. Cerca con Google

3. Obrebska, A. and J. Kowalski, [The prognostic value of hyperglycemia, leukocytosis and decreased glomerular filtration rate in acute coronary syndromes--pharmacological protection capabilities]. Pol Merkur Lekarski, 2014. 37(220): p. 240-3. Cerca con Google

4. Rahelic, D., [7th Edition of Idf Diabetes Atlas--Call for Immediate Action]. Lijec Vjesn, 2016. 138(1-2): p. 57-8. Cerca con Google

5. Morbach, S., et al., Long-term prognosis of diabetic foot patients and their limbs: amputation and death over the course of a decade. Diabetes Care, 2012. 35(10): p. 2021-7. Cerca con Google

6. Brem, H. and M. Tomic-Canic, Cellular and molecular basis of wound healing in diabetes. J Clin Invest, 2007. 117(5): p. 1219-22. Cerca con Google

7. Gonzalez, A.C., et al., Wound healing - A literature review. An Bras Dermatol, 2016. 91(5): p. 614-620. Cerca con Google

8. Medrado, A.R., et al., Influence of low level laser therapy on wound healing and its biological action upon myofibroblasts. Lasers Surg Med, 2003. 32(3): p. 239-44. Cerca con Google

9. Martin, P. and S.J. Leibovich, Inflammatory cells during wound repair: the good, the bad and the ugly. Trends Cell Biol, 2005. 15(11): p. 599-607. Cerca con Google

10. Brinkmann, V., et al., Neutrophil extracellular traps kill bacteria. Science, 2004. 303(5663): p. 1532-5. Cerca con Google

11. Mantovani, A., et al., Neutrophils in the activation and regulation of innate and adaptive immunity. Nat Rev Immunol, 2011. 11(8): p. 519-31. Cerca con Google

12. Lahoz-Beneytez, J., et al., Human neutrophil kinetics: modeling of stable isotope labeling data supports short blood neutrophil half-lives. Blood, 2016. 127(26): p. 3431-8. Cerca con Google

13. Fuchs, T.A., et al., Novel cell death program leads to neutrophil extracellular traps. J Cell Biol, 2007. 176(2): p. 231-41. Cerca con Google

14. Fadini, G.P., et al., A perspective on NETosis in diabetes and cardiometabolic disorders. Nutr Metab Cardiovasc Dis, 2016. 26(1): p. 1-8. Cerca con Google

15. Yang, H., et al., New Insights into Neutrophil Extracellular Traps: Mechanisms of Formation and Role in Inflammation. Front Immunol, 2016. 7: p. 302. Cerca con Google

16. Abi Abdallah, D.S. and E.Y. Denkers, Neutrophils cast extracellular traps in response to protozoan parasites. Front Immunol, 2012. 3: p. 382. Cerca con Google

17. Remijsen, Q., et al., Dying for a cause: NETosis, mechanisms behind an antimicrobial cell death modality. Cell Death Differ, 2011. 18(4): p. 581-8. Cerca con Google

18. Nauseef, W.M., et al., Assembly of the neutrophil respiratory burst oxidase. Protein kinase C promotes cytoskeletal and membrane association of cytosolic oxidase components. J Biol Chem, 1991. 266(9): p. 5911-7. Cerca con Google

19. Douda, D.N., et al., SK3 channel and mitochondrial ROS mediate NADPH oxidase-independent NETosis induced by calcium influx. Proc Natl Acad Sci U S A, 2015. 112(9): p. 2817-22. Cerca con Google

20. Wong, S.L., et al., Diabetes primes neutrophils to undergo NETosis, which impairs wound healing. Nat Med, 2015. 21(7): p. 815-9. Cerca con Google

21. Gupta, A.K., et al., Efficient neutrophil extracellular trap induction requires mobilization of both intracellular and extracellular calcium pools and is modulated by cyclosporine A. PLoS One, 2014. 9(5): p. e97088. Cerca con Google

22. Remijsen, Q., et al., Neutrophil extracellular trap cell death requires both autophagy and superoxide generation. Cell Res, 2011. 21(2): p. 290-304. Cerca con Google

23. Vanden Berghe, T., et al., Regulated necrosis: the expanding network of non-apoptotic cell death pathways. Nat Rev Mol Cell Biol, 2014. 15(2): p. 135-47. Cerca con Google

24. Vandenabeele, P., et al., Molecular mechanisms of necroptosis: an ordered cellular explosion. Nat Rev Mol Cell Biol, 2010. 11(10): p. 700-14. Cerca con Google

25. Takei, H., et al., Rapid killing of human neutrophils by the potent activator phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) accompanied by changes different from typical apoptosis or necrosis. J Leukoc Biol, 1996. 59(2): p. 229-40. Cerca con Google

26. Yipp, B.G. and P. Kubes, NETosis: how vital is it? Blood, 2013. 122(16): p. 2784-94. Cerca con Google

27. Joshi, M.B., et al., Elevated homocysteine levels in type 2 diabetes induce constitutive neutrophil extracellular traps. Sci Rep, 2016. 6: p. 36362. Cerca con Google

28. Alexandraki, K.I., et al., Cytokine secretion in long-standing diabetes mellitus type 1 and 2: associations with low-grade systemic inflammation. J Clin Immunol, 2008. 28(4): p. 314-21. Cerca con Google

29. Menegazzo, L., et al., NETosis is induced by high glucose and associated with type 2 diabetes. Acta Diabetol, 2015. 52(3): p. 497-503. Cerca con Google

30. Vladymyrov, M., et al., Real-time tissue offset correction system for intravital multiphoton microscopy. J Immunol Methods, 2016. 438: p. 35-41. Cerca con Google

31. Denk, W., J.H. Strickler, and W.W. Webb, Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science, 1990. 248(4951): p. 73-6. Cerca con Google

32. Fadini, G.P., et al., The molecular signature of impaired diabetic wound healing identifies serpinB3 as a healing biomarker. Diabetologia, 2014. 57(9): p. 1947-56. Cerca con Google

33. Spengler, J., et al., Release of Active Peptidyl Arginine Deiminases by Neutrophils Can Explain Production of Extracellular Citrullinated Autoantigens in Rheumatoid Arthritis Synovial Fluid. Arthritis Rheumatol, 2015. 67(12): p. 3135-45. Cerca con Google

34. Brinkmann, V. and A. Zychlinsky, Neutrophil extracellular traps: is immunity the second function of chromatin? J Cell Biol, 2012. 198(5): p. 773-83. Cerca con Google

35. Li, J.X., et al., The B-Raf(V600E) inhibitor dabrafenib selectively inhibits RIP3 and alleviates acetaminophen-induced liver injury. Cell Death Dis, 2014. 5: p. e1278. Cerca con Google

36. Parker, H., et al., Requirements for NADPH oxidase and myeloperoxidase in neutrophil extracellular trap formation differ depending on the stimulus. J Leukoc Biol, 2012. 92(4): p. 841-9. Cerca con Google

37. Carmona-Rivera, C., et al., Neutrophil extracellular traps induce endothelial dysfunction in systemic lupus erythematosus through the activation of matrix metalloproteinase-2. Ann Rheum Dis, 2015. 74(7): p. 1417-24. Cerca con Google

38. Brinkmann, V., et al., Automatic quantification of in vitro NET formation. Front Immunol, 2012. 3: p. 413. Cerca con Google

39. Phillipson, M. and P. Kubes, The neutrophil in vascular inflammation. Nat Med, 2011. 17(11): p. 1381-90. Cerca con Google

40. Doring, Y., C. Weber, and O. Soehnlein, Footprints of neutrophil extracellular traps as predictors of cardiovascular risk. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2013. 33(8): p. 1735-6. Cerca con Google

41. Araszkiewicz, A. and D. Zozulinska-Ziolkiewicz, Retinal neurodegeneration in the course of diabetes - pathogenesis and clinical perspective. Curr Neuropharmacol, 2016. Cerca con Google

Download statistics

Solo per lo Staff dell Archivio: Modifica questo record