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Hochschulschrift

Global transcriptome and spatio-temporal gene expression analysis of normal and malformed hearts

MPG-Autoren

Kaynak,  Bogac
Max Planck Society;

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Zitation

Kaynak, B. (2005). Global transcriptome and spatio-temporal gene expression analysis of normal and malformed hearts. PhD Thesis, Freie Universität Berlin, Fachbereich Biologie, Chemie und Pharmazie, Berlin.


Zitierlink: http://hdl.handle.net/11858/00-001M-0000-0010-853C-1
Zusammenfassung
Die vorliegende Studie beschäftigt sich mit der Identifizierung von molekularen Signalwegen, die an der Herzentwicklung beteiligt sind. Dazu wurde zunächst im Hochdurchsatz eine Genexpressionsanalyse an humanen Proben durchgeführt und darüber hinaus DPF3, ein neues potentielles Schlüsselprotein in Modellorganismen funktionell charakterisiert. Die Genexpressionsprofile zeigten krankheitspezifische molekulare Portraits des Morbus Fallot (TOF) und des Ventrikelseptumdefekts (VSD). Ausserdem konnten Gene identifiziert werden, die an der mechanischen Anpassung an eine erhöhte Druckbelastung beteiligt sind. Das gewählte Studiendesign ermöglichte die getrennte Betrachtung von Expressionsmustern spezifisch für sekundäre Anpassungsvorgänge und Genprofilen, die aus der primären kardialen Fehlentwicklung resultieren. Des weiteren wurde ein kammerspezifisches genomweites Expressionsportrait von normalen humanen Herzen erstellt. Aus den Expressionsprofilen wurden differentiell exprimierte, bisher uncharakterisierte Gene ausgewählt und im folgenden in situ Hybridisierungen an Mausembryonen in Schlüsselstadien der Herzentwicklung durchgeführt. Das auffälligste Herz-Expressionsmuster zeigte der potentielle Transkriptionsfaktor Dpf3, der daher weiter funktionell charakterisiert wurde. DPF3 gehört zur D4 Familie, deren Bedeutung bisher nur im Nervensystem bekannt ist. Die Spleißformen DPF3/1 und DPF3/2 waren in TOF fehlgebildeten Herzen signifikant stärker exprimiert als in normalen Herzproben. Während der Herzentwicklung der Maus wurde in E7.5 Embryonen eine starke Expression von Dpf3/1 im halbmondförmigen Herzfeld nachgewiesen. Darüber hinaus war Dpf3/1 in E8.5 Embryonen besonders im tubulären Herz, den jüngsten Somiten und dem präsomitischen Mesoderm exprimiert. Im Stadium E9.5, konnte Dpf3 Expression in der Herzschleife und in den Somiten, sowie im sich entwickelnden Gehirn und Leber detektiert werden. Vom Stadium E10.5 an zeigte sich eine verstärkte Expression im sich entwickelnden Nervensystem und in der Leber. In Huhn in-situ Hybridisierungen konnte die Expression von Dpf3 in der sinoatrialen Region des sich entwickelnden Herzens detektiert werden. Die bioinformatische Analyse des DPF3-Promoters zeigte eine RAREs/DR1 DNA-Bindungsstelle, die von Retinsäure-Rezeptor Heterodimeren (RAR/RXR) und COUPTF/RXR Komplexen erkannt wird. Um die potentielle Bedeutung von DPF3 in der Retinsäure-Signalkaskade zu untersuchen wurden Huhnembryonen mit einem Überschuss an all-trans-Retinsäure behandelt. Dies resultierte in einer erhöhten Expression von Dpf3 in der sinoatrialen Region der Herzschleife und einer verminderten Expression im Neuralrohr, was eine durch Retinsäure und COUPTFs beeinflusste gewebespezifische Regulation von DPF3 vermuten lässt. Zufammenfassend lässt sich sagen, dass die hier gezeigte Kombination von humanen Microarray-Ergebnissen mit funktionellen Studien an Modellorganismen neue Einblicke in Herzentwicklung und kardiale Anpassungsvorgänge liefert.