DAMP activation and orchestration of cytokine storm by the cold shock protein

Akute Nierenschädigungen als Folge eines Hypoxie- oder Sepsis-induzierten Blutdruckabfalls sind häufig. Abgestorbene und aktivierte gewebeeigene Zellen lösen eine Immunreaktion mit anschließendem Organversagen aus, was einen komplexen, miteinander verknüpften Prozess darstellt. Der Schwerpunkt dieses Antrags ist die Aufklärung der zugrundeliegenden zellulären Mechanismen. Bei der Sepsis zirkulieren lösliche Faktoren, die von Bakterien ins Blut abgegeben werden (pathogen-associated molecular patterns, PAMPs) und lösen lokale/ systemische Entzündungsreaktionen aus. PAMPs werden von mustererkennenden PRRs (pattern recognizing receptors) erkannt und aktivieren NF-κB-Signale. Das führt zu einer verstärkten Expression von DAMPs (damage-associated molecular patterns), welche durch Inflammasomaktivierung, Pyroptose, Nekroptose oder Exosomen aus der Zelle freigesetzt werden. DAMPs initiieren und halten eine nicht-infektiöse Entzündungsreaktion aufrecht, verbunden mit systemischen Entzündungen, Organschäden und Zelltod.
Das Y-Box-bindende Protein-1 (YB-1) ist ein Vermittler von lokalen und systemischen Entzündungsreaktionen. Stimuli wie LPS und Hypoxie lösen eine verstärkte Expression sowie Sekretion von YB-1 aus. LPS wurde in Wildtyp- und Ganzkörper-Ybx1-Knockout-Mäusen (Ybx1^ΔRosaCreERT) injiziert. Während die Mehrheit (70%) der Wildtyp-Mäuse verstarb, überlebten 75% der Ybx1-Knockout-Mäuse. Veränderungen im Entzündungsmilieu zeigen, dass YB-1 nicht nur im Sekretom vorhanden ist, sondern auch dessen Zusammensetzung reguliert. Diese Erkenntnisse bilden die Basis für den vorliegenden Antrag, in dem die Rolle von YB-1 bei der DAMP-Aktivierung und der Orchestrierung des Zytokinsturms untersucht werden soll. Folgende Fragen werden behandelt: (i) Welche DAMPs werden zellspezifisch durch YB-1 reguliert? Dafür werden Vergleichsstudien von Sekretomen verschiedener Zelltypen von Wildtyp- und Ybx1-Knockout-Mäusen durchgeführt. (ii) Welchen Beitrag leistet YB-1 zur DAMP-abhängigen Zell-Zell-Kommunikation in vitro? (iii) Welche Bedeutung hat YB-1 in vivo für die Aufrechterhaltung von Schäden und der Schutzwirkung in einem Ischämie/Reperfusionsmodell. Es werden chimäre Knochenmarkstiere mit YB-1-Wildtyp und YB-1-defizienten Zellen erzeugt und die Sekretomdaten auf zellspezifische Schutzfaktoren und Schadensmarker untersucht. Diese Daten werden zur Entwicklung therapeutischer Strategien genutzt. Dafür sind zwei Ansätze vorgesehen: 1. Blockierung von LPS und Hypoxie-induzierten Schadensmarkern (DAMPs) durch Hemmung der YB-1-Aktivitäten und 2. Die identifizierten Schutzfaktoren als Therapeutika einzusetzen.
Zusammenfassend wird dieser Antrag das Verständnis von Entzündungssekretomen erweitern, wobei der Schwerpunkt auf einem zentral wirkenden Molekül aus der Kälteschockproteinfamilie liegt. Die Ergebnisse sollen in Interventionsstrategien übertragen werden, um akute Nierenverletzungen zu lindern und die Geweberegeneration einzuleiten.

Acute kidney injury is a common sequela of diseases associated with blood pressure decrements, such as septicemia or hypoxia. Dead cells and activated tissue resident cells trigger an immune response with subsequent organ failure that represents a complex intermingled process. The focus of this application is to elucidate common underlying mechanisms and cell responses. In sepsis, soluble factors released by bacteria into the blood, circulate as pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) and incite local and systemic inflammatory responses. PAMPs are recognized by pattern recognizing receptors (PRRs) and activate NF-κB signaling, leading to increased expression of damage-associated molecular patterns (DAMPs). DAMPs are released from the nuclear, mitochondrial, or cytoplasmic compartments following inflammasome activation, pyroptosis, necroptosis, or by exosomes. DAMPs initiate and sustain a noninfectious inflammatory response that is associated with systemic inflammation, organ damage, and cell death.
Y-box binding protein-1 (YB-1) is a mediator of local and systemic inflammatory responses. Inflammatory stimuli, such as LPS and hypoxia, trigger intracellular upregulation as well as YB‑1 secretion. Wild type and whole body Ybx1 knockout mice (Ybx1^ΔRosaCreERT) were challenged with LPS. While the majority (70%) of wild type mice die, 75% of Ybx1 knockout mice survive. Changes in the inflammatory milieu show that YB-1 is not only present in the secretome but also regulates the composition. These findings form the basis for the present work program, in which the role of YB-1 in DAMP activation and orchestration of cytokine storm will be investigated. The following questions will be addressed: (i) Which DAMPs are regulated by YB-1 in a cell-specific manner? Comparative studies of secretomes in different cell types of wild type and Ybx1 knockout mice will be performed. (ii) What is the contribution of YB-1 for DAMP-dependent cell-cell communication in in vitro models? (iii) What is the in vivo relevance of YB-1 for damage perpetuation and protective effects in an ischemia/reperfusion model. Chimeric bone marrow animals with YB-1 wild type and YB-1-deficient cells will be generated. The secretome data will be analyzed for cell-specific protective factors as well as damage markers. These data will be used to design therapeutic strategies. Two approaches are envisioned: 1. Blockade of LPS and hypoxia-induced damage markers (DAMPs, cytokines) by inhibiting YB-1 activities and 2. To introduce the identified protective factors as an intervention strategy.
In summary, the project proposal will expand our understanding of inflammatory secretomes, with a focus on a centrally acting molecule of the cold shock protein family. The results will be translated into intervention strategies to ameliorate acute kidney injury and initiate tissue regeneration.