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Genexpressions-Veränderungen zu frühen Zeitpunkten der Hypoxie in der Mauslunge mit besonderer Berücksichtigung des vaskulären Kompartiments

Bardo Best, Johannes


Originalveröffentlichung: (2010) Giessen : VVB Laufersweiler
pdf-Format: Dokument 1.pdf (2.383 KB)

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Pathologie
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
ISBN / ISSN: 978-3-8359-5570-7
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 27.01.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 09.04.2010
Kurzfassung auf Deutsch: Durch chronische Hypoxie kommt es in der Lunge zu Genexpressions-
Veränderungen, welche unter anderem Einfluss auf den pulmonalarteriellen Druck
nehmen und zu einem vaskulären Remodeling führen. Um die in der Lunge
ablaufenden Prozesse besser zu verstehen, wurden in dieser Arbeit zu frühen
Zeitpunkten (3h und 24h) nach Hypoxie-Induktion die Veränderungen auf transkriptionaler
Ebene untersucht. Hierzu wurden mit Hilfe der Microarray-Technologie die
Gen-Expressionsprofile aus Lungenhomogenat (mittels extrahierter RNA) von
hypoxisch mit normoxisch gehaltenen Mäusen verglichen. Anschließend wurden 13
Kandidaten-Gene mit Hilfe der real-time-PCR validiert. Hierbei fand sich eine gute
Korrelation mit den Microarraydaten. Weiterhin wurde die Lokalisation des
Genproduktes zweier Kandidaten-Gene im Mauslungen-Gewebe mittels
Immunhistochemie ermittelt.
Es wurden bereits nach 3h Hypoxie 115 und nach 24h 342 Gene als reguliert
gefunden. Ein Großteil der nach 3h regulierten Kandidaten-Gene fand sich auch nach
24h. Das Verteilungsmuster der hochregulierten Kandidaten-Gene war im Vergleich
beider Zeitpunkte hinsichtlich ihrer molekularen Funktion sehr ähnlich. Hier fielen vor
allem Gene der Ionen-, Nukleotid- und Nukleinsäure-Bindung auf. In Bezug auf das
Gefäßsystem der Lunge zeigten sich nach 3h sowie noch deutlicher nach 24h
zahlreiche Gene, welche in direktem Zusammenhang mit Hypoxie-induzierter
Vasokonstriktion, vaskulärem Remodeling und Angiogenese stehen (z.B. End1,
Tgfb1). Zu frühen Zeitpunkten konnten weiterhin mehrere zelluläre Signalwege
ermittelt werden, über die unter Hypoxie Veränderungen im Gefäßsystem der
Mauslunge ablaufen (z.B. der TGF-beta-Signalweg oder Signalwege der
extrazellulären Matrix-Bildung und die Koagulations-Kaskade). Am Beispiel der
Signalwege des Zellzyklus und der Antigen-Präsentation ergaben sich Hinweise, dass
zu frühen Zeitpunkten wichtige Signalkaskaden in der Lunge gehemmt werden.
Weiterhin konnte der Stellenwert des Transkriptionsfaktoren Hif1-3 im Kontext der
Hypoxie durch die vorliegenden Ergebnisse gestützt werden.
Anhand der Signalweg-Analyse wurde deutlich, dass das Microarray-Experiment gute
Möglichkeiten bietet, um weitere Hypothesen zu generieren oder weiterführende
Untersuchungen für bestimmte Gene durchzuführen. Dies erfolgte hier anhand der
Genprodukte von Bcar3 oder Retnla. Schließlich konnte die transkriptionale
Regulation mehrerer Gene, die bei aktuellen Therapieansätzen eine Rolle spielen,
bestätigt werden.
Kurzfassung auf Englisch: Chronic hypoxia causes changes in gene expression in the lung, which affect the
pulmonary arterial pressure and causes vascular remodelling, among other effects. In
order to improve the understanding of the processes taking place within the lung, the
present work examined the changes on the transcriptional level, as apparent at early
points of time (3h and 24h) after induction of hypoxia. To this end, microarray
technology was employed to compare the gene expression profiles from lung
homogenate (by means of extracted RNA) of mice held at hypoxic conditions with that
of mice held at normoxic conditions. Subsequently 13 candidate genes were validated
by means of real-time PCR, which showed a good correlation to the microarray data.
Furthermore, the localization of two of the candidate genes within mouse lung tissue
was determined by immunohistochemistry.
After only 3h, 115 genes were found to be regulated, 342 genes after 24h. A large part
of those candidate genes found to be regulated after 3h was also found after 24h.
Comparing the two points in time, the distribution pattern of highly regulated candidate
genes was very similar with regards to their molecular function. Among these, genes of
ionic, nucleotide and nucleic acid bonds were the most prominent. With respect to the
vascular system of the lung, many genes with direct relation to hypoxia-induced
vasoconstriction, vascular remodelling and angiogenesis (e.g. End1, Tgfb1) appeared
after 3h, and again several more after 24h. Furthermore, at early points in time
numerous cellular signalling pathways were detected by which changes within the
vascular system of the hypoxic mouse lung take place (e.g. the TGF beta signalling
pathway, or signalling pathways of extracellular matrix formation and the coagulation
cascade). On the other hand, at early points expression changes were found that
indicate the inhibition of important signalling cascades of the lung exemplarily in cell
cycle signalling pathways and antigen presentation. In addition, the significance of the
transcription factor Hif1-3 within the context of hypoxia was supported by the present
results.
The analysis of signalling pathways showed that the microarray experiment offers
good opportunities for generating additional hypotheses or for carrying out further
studies of specific genes. In the present work, these were conducted by means of the
gene products of Bcar3 or Retnla. Finally, transcriptional regulation of genes that play
a role in therapeutic approaches could be confirmed.