Reduced TRPC Channel Expression in Psoriatic Keratinocytes Is Associated with Impaired Differentiation and Enhanced Proliferation

Psoriasis is a characteristic inflammatory and scaly skin condition with typical histopathological features including increased proliferation and hampered differentiation of keratinocytes. The activation of innate and adaptive inflammatory cellular immune responses is considered to be the main trigger factor of the epidermal changes in psoriatic skin. However, the molecular players that are involved in enhanced proliferation and impaired differentiation of psoriatic keratinocytes are only partly understood. One important factor that regulates differentiation on the cellular level is Ca2+. In normal epidermis, a Ca2+ gradient exists that is disturbed in psoriatic plaques, favoring impaired keratinocyte proliferation. Several TRPC channels such as TRPC1, TRPC4, or TRPC6 are key proteins in the regulation of high [Ca2+]ex induced differentiation. Here, we investigated if TRPC channel function is impaired in psoriasis using calcium imaging, RT-PCR, western blot analysis and immunohistochemical staining of skin biopsies. We demonstrated substantial defects in Ca2+ influx in psoriatic keratinocytes in response to high extracellular Ca2+ levels, associated with a downregulation of all TRPC channels investigated, including TRPC6 channels. As TRPC6 channel activation can partially overcome this Ca2+ entry defect, specific TRPC channel activators may be potential new drug candidates for the topical treatment of psoriasis

Hyperforin-vermittelte Effekte in Keratinozyten : Rolle der TRPC-Kanäle in der Haut

In der vorliegenden Dissertation konnte gezeigt werden, dass Hyperforin wichtige Funktionnen von Keratinozyten beeinflusst. Hyperforin triggert die Ausdifferenzierung der epidermalen Zellen und inhibiert gleichzeitig ihre Proliferation. Diese Ergebnisse zeigen die physiologische Relevanz der Hyperforin-vermittelten Effekte, da diese beiden Prozesse in der Haut normalerweise gegenläufig ablaufen. Weiterhin war die von Hyperforin ausgeübte Ausdifferenzierungs-Zunahme und Proliferationshemmung vergleichbar mit den Effekten einer hohen [Ca2+]ex, die in vivo die Funktionen von Keratinozyten steuert. Die Frage, die aus diesen Ergebnissen resultierte, war, über welchen Mechanismus Hyperforin die Effekte in Keratinozyten beeinflusst. Die Untersuchung des Mechanismus der Hyperforin-induzierten Effekte zeigte, dass Hyperforin über die Aktivierung des TRPC6-Kanals einen Calcium-Influx in Keratinozyten bewirkt und resultierend daraus die Ausdifferenzierung von Keratinozyten anregt. Auch hier ergeben sich Parallelen zu der durch hohes [Ca2+]ex -induzierten Ausdifferenzierung, die ebenfalls einen Calcium-Einstrom in Keratinozyten auslöst. Eine Microarray-Analyse von Hyperforin-inkubierten Keratinozyten und anschließende Experimente mit selektiven Inhibitoren zeigte die Beteiligung der PKC/Ras/MEK/ERK-Signalkaskade. Interessanterweise gibt es hier ebenfalls Ähnlichkeiten zwischen Hyperforin und einer hohen [Ca2+]ex, da bekannt ist, dass eine hohe [Ca2+]ex die Ausdifferenzierung zumindest teilweise über diesen Signatransduktions-Weg steuert. Aufgrund der Parallelen zwischen der Hyperforin- und Ca2+-induzierten Ausdifferenzierung und den vermehrten Hinweisen auf die wichtige Rolle von TRPC-Kanälen in Keratinozyten, stellte sich die Frage, ob eine hohe [Ca2+]ex ebenfalls zur Aktivierung von TRPC-Kanälen führt. Tatsächlich konnten wir in dieser Arbeit zeigen, dass Calcium in Keratinozyten mehrere TRPC-Kanäle aktiviert und so einer Erhöhung der [Ca2+]i führt. Hierdurch konnte zum ersten Mal auch die Beteiligung von DAG-aktivierten TRPC-Kanälen an der Ca2+-induzierten Ausdifferenzierung gezeigt werden. Bei der Untersuchung von Psoriasis-Keratinozyten, die eine Hyperproliferation und erniedrigte Ausdifferenzierung in vivo aufweisen, konnte in der vorliegenden Dissertation eine grundlegende Störung des Calcium-Haushaltes festgestellt werden. Dabei zeigten die Psoriasis-Keratinozyten im Vergleich zu gesunden hPKs eine abnorme Antwort auf unterschiedliche Stimuli, die zu einer Erhöhung der [Ca2+]i führen. Sowohl eine hohe [Ca2+]ex, als auch Hyperforin führte zu einem deutlich erniedrigten Calcium-Einstrom in den Keratinozyten der Psoriasis-Patienten. Aus diesen Ergebnissen resultiert die Frage nach den Ursachen dieser Störungen. Da in dieser Arbeit bereits gezeigt werden konnte, dass Hyperforin und eine hohe [Ca2+]ex über TRPC-Kanäle die Ausdifferenzierung in Ketatinozyten beeinflussen, untersuchten wir die Expression von TRPC-Kanälen in Psoriasis-Keratinozyten. Es konnte gezeigt werden, dass die Expression aller TRPC-Kanäle signifikant erniedrigt war. Vor dem Hintergrund der wichtigen Rolle der TRPC-Kanäle für die Calcium-Homöostase und Ausdifferenzierung von epidermalen Zellen, ist dies durchaus eine denkbare und plausible Erklärung für die Defekte der Psoriasis-Keratinozyten. Weiterhin zeigten unsere Ergebnisse, dass der CaR in Psoriasis-Keratinozyten vermindert exprimiert wird. Da dem CaR eine wichtige Rolle in der Regulation der [Ca2+]i als Antwort auf eine Änderung der [Ca2+]ex zugeschrieben wird, könnte dies eine weitere mögliche Erklärung für die gefundenen Störungen der Psoriasis-Keratinozyten sein

Auswirkungen der Garnelenfischerei auf Habitate und Lebensgemeinschaften im Küstenmeer der Norddeutschen Bundesländer Schleswig-Holstein, Hamburg und Niedersachsen (CRANIMPACT)

Das Vorhaben CRANIMPACT untersuchte die Auswirkungen der Garnelenfischerei mit Baumkurren auf 2 vorherrschende, fischereilich relevante Lebensraumtypen im Sublitoral der Wattenmeer Nationalparke der Norddeutschen Bundesländer. In zwei komplementären Ansätzen wurden die kurzfristigen Auswirkungen nach einem experimentellen Befischungsereignis und die chronischen Veränderungen durch anhaltenden Fischereidruck unterschiedlicher Intensität untersucht. Im experimentellen Ansatz wurden die kurzfristig wirkenden, kleinskaligen Effekte auf die Endo- und Epifauna nach experimenteller Befischung sowie deren Effektdauer auf insgesamt 4 Untersuchungsflächen untersucht (A, B, B2 im Prielsystem des Sylter Rückseitenwatts; C im Prielsystem bei Norderney). Die Experimente wurden als Before-After-Control-Impact-Studien (BACI) ausschließlich im Habitattyp Fein- und Mittelsand mit Rippelstruktur durchgeführt (ein ausreichend großes Lanice-Feld konnte nicht beprobt werden). Die großskaligen und chronischen Auswirkungen der Fischerei wurden entlang von Gradienten der Fischereiintensität im niedersächsischen, schleswig-holsteinischen und dänischen Wattenmeer ermittelt. Hierzu wurden u.a. Methoden erarbeitet, kleinräumige Unterschiede im Fischereiaufwand anhand von Satellitendaten in Prielsystemen darzustellen. Die Gradientenanalyse (GA) fand sowohl auf Fein- und Mittelsand mit Rippelstruktur als auch auf Feldern mit Besiedlung des Bäumchenröhrenwurms Lanice conchilega allein für die Endofauna statt. Alle Untersuchungen wurden im Sublitoral durchgeführt. Insgesamt wurden 427 Endofaunaproben und 52 Epifaunaproben aus den Jahren 2019, 2020 und 2021 untersucht. [...]The CRANIMPACT project investigated the effects of beam trawl shrimp fisheries on 2 predominant fisheryrelevant habitat types in the sublittoral of the Wadden Sea National Parks of the northern German states. Two complementary approaches were used to investigate the short-term effects following an experimental fishing event and the chronic changes caused by sustained fishing pressure of varying intensity. In the experimental approach, the short-term, small-scale effects on endo- and epifauna after experimental fishing and their effect duration were investigated on a total of 4 study sites (A, B, B2 in the tidal flat system of the Sylt backshore tidal flat; C in the tidal flat system near Norderney). The experiments were conducted as before-after-control-impact studies (BACI) exclusively in habitat type fine and medium sands with ripple structure (a sufficiently large lanice field could not be sampled). The large-scale and chronic effects of fishing were determined along gradients of fishing intensity in the Wadden Sea of Lower Saxony, Schleswig-Holstein and Denmark. For this purpose, among other things, methods were developed to represent small-scale differences in fishing effort using satellite data in tidal flat systems. Gradient analysis (GA) was carried out on fine and medium sands with ripple structure as well as on fields with colonization of the tree tube worm Lanice conchilega for the endofauna alone. All surveys were conducted in the sublittoral. A total of 427 endofauna samples and 52 epifauna samples were examined from 2019, 2020, and 2021. [...