TY  - THES
A1  - Heisig, Julia
T1  - Identifizierung neuer Zielgene der Hey bHLH Transkriptionsfaktoren
T1  - Identification of novel target genes of Hey bHLH transcription factors
N2  - Der Notch Signalweg spielt während der Embryonalentwicklung eine zentrale Rolle in der Spezifizierung des Zellschicksales, der Proliferation und der Kommunikation benachbarter Zellen. Die Hey bHLH Transkriptionsfaktoren sind Zielgene des Notch-Signalweges und besitzen wichtige Funktionen in der kardiovaskulären Entwicklung. Hey2 Knockout (KO) Mäuse und Hey1/HeyL Doppelknockout-Mäuse (DKO) sind gekennzeichnet durch eine fehlerhafte Ausbildung der Herzscheidewand und der Herzklappen und durch eine unzureichende Differenzierung während der Blutgefäßentwicklung. Ziel dieser Arbeit war es, neue Zielgene der Hey Proteine zu finden, um ihre Funktion in der Organentwicklung und die Ausprägung der Hey KO Maus-Phänotypen besser verstehen zu können. Dazu wurde als Methode eine Kombination aus Microarray-Analyse und Chromatinimmunpräzipitation (ChIP) gewählt, um gleichzeitig einen Überblick über die regulierten Zielgene und der direkt gebundenen Promotoren zu gewinnen. Als Zellkulturmodell wurden HEK293-Zellen genutzt, die doxyzyklin-induzierbar Flag-markiertes Hey1, bzw. Hey2 Protein überexprimieren. Eine Microarray-Analyse nach Überexpression von Hey1, bzw. Hey2 ergab insgesamt ca. 100 bis zu 5-fach herunterregulierte Zielgene und nur für Hey2 15 Gene, die stärker als 2-fach hochreguliert waren. Eine ChIP mit αFlag-Antikörper zeigte eine direkte DNA-Bindung von Hey1, bzw. Hey2, im proximalen Promotorbereich von 4 herunterregulierten Zielgenen (HEY1, BMP2, KLF10 und FOXC1). Ist jedoch die DNA-bindende basische Domäne des Hey1-Proteins deletiert, bzw. durch Aminosäureaustausche (3 Arginine zu 3 Lysine) vermutlich nicht mehr DNA-bindend, kann eine Herunterregulation der Zielgene nach Überexpression der Hey1-Mutanten nicht mehr festgestellt werden. Ebenso kann eine Bindung der Hey1-Mutanten an die ausgewählten Promotoren von HEY1, BMP2, KLF10 oder FOXC1 mit ChIP nicht mehr nachgewiesen werden. Dies deutet darauf hin, dass die basische Domäne essentiell für die DNA-Bindung und für die Funktion der Hey Proteine ist. Mit ChIP-PET und anschließender Hochdurchsatz-Sequenzierung wurde ein genomweiter Screen der Hey1- und der Hey2-Bindungsstellen in HEK293-Zellen durchgeführt. Für Hey1 wurden 1453 Zielgene, für Hey2 4288 Zielgene bestimmt, wobei 1147 Gene gemeinsame Zielgene von Hey1 und Hey2 waren. Obwohl die Bindungsstellen in 5'- und 3'-Richtung von kodierenden Sequenzen und auch in Exons und Introns lokalisiert waren, waren 55 %, bzw. 49 % aller Bindungsstellen für Hey1, bzw. Hey2 im proximalen Promotorbereich von -0,5 kb und im ersten Exon lokalisiert. Eine in silico Analyse des Bindemotivs deutete auf eine repetitive GC-haltige Sequenz hin, die vermutlich in CpG Inseln lokalisiert ist. Diese Ergebnisse weisen auf eine direkte Regulation der Transkriptionsmaschinerie durch die Hey Proteine hin. Ein Vergleich der Zielgene aus den Microarray-Analysen mit den ChIP-PET Daten zeigte einen hohen Anteil an herunterregulierten Genen mit Bindestellen, die direkt von Hey gebunden waren. Während 60 % der herunterregulierten Hey2 Zielgene in der ChIP-PET Analyse eine direkte DNA-Bindung zeigen, weisen nur 20 % der hochregulierten Gene Bindestellen für Hey2 auf. Dies spricht für eine überwiegende Repressorfunktion der Hey Proteine. Um zu überprüfen, inwieweit die Hey Proteine zelltypspezifisch verschiedene Zielgene regulieren, wurden embryonale Stammzellen (ES-Zellen) generiert, die ebenfalls doxyzyklin-induzierbar Hey1, bzw. Hey2 überexprimieren. Diese ES-Zellen konnten effektiv zu Kardiomyozyten differenziert werden, so dass auch in diesen Zellen eine Hey Überexpression induziert und somit eine Genexpressionsanalyse durchgeführt werden konnte. Microarray Analysen der ES-Zellen und Kardiomyozyten ergaben mehr hoch- als herunterregulierte Gene im Vergleich zu HEK293-Zellen. Die Überlappung an gemeinsam regulierten Zielgenen in HEK293, ES-Zellen und Kardiomyozyten war sehr gering. Nur zwei Hey2-Zielgene wurden gleichzeitig in HEK293 und ES-Zellen stärker als 2-fach reguliert (Hes1, Zic2). Diese geringe Überlappung deutet auf ein enges zelltypspezifische Regulationspotential hin. Eine Genontologie-Analyse aller Zielgene zeigte Interaktionen der Hey Proteine mit verschiedenen Signalwegen (z.B. TGFβ-, Id- oder Wnt-Signalweg), die alle unersetzlich in frühen Entwicklungsprozessen sind. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Hey Proteine zelltypspezifisch die Expression von Genen aus verschiedenen Signalwegen beeinflussen und modulieren können. Weiterhin eröffnen diese Daten neue Möglichkeiten für zukünftige Forschung, um die Rolle der Hey Proteine in der frühen Organentwicklung genauer ergründen.
N2  - During embryonic development, the Notch signaling pathway plays a central role in cell fate specification, proliferation and communication between neighboring cells. Hey basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factors are targets of the Notch signaling pathway and show crucial functions in cardiovascular development. Hey2 knock out (KO) mice and Hey1/HeyL double knock out mice (DKO) exhibit incomplete formation of the septum and valves in heart development and defects in the differentiation of blood vessels. The aim of this study was to find new target genes of the Hey proteins to further clarify their function during organ development and to get more insight into the phenotypes of the Hey KO mice. Towards this goal, a combination of microarray analysis and chromatin immunoprecipitation (ChIP) was chosen to get an overview of genes directly regulated by Hey proteins in a cell culture model of HEK293 cells overexpressing doxycycline-inducible Flag-tagged Hey1 or Hey2. Microarray analysis revealed approximately 100 target genes that were downregulated up to 5-fold by both Hey1 and Hey2. Interestingly, 15 genes were upregulated more than 2-fold by Hey2. ChIP with αFlag antibody confirmed direct interaction of Hey1 and Hey2 with the proximal promotor regions of 4 downregulated target genes (HEY1, BMP2, KLF10 und FOXC1). Overexpression of mutant Hey1 proteins with deletion of the DNA-binding basic domain or single amino acid exchanges in the basic domain (3 arginine to lysine), failed to downregulate Hey1 target genes. Additionally, ChIP assay demonstrated that the binding of the Hey mutants to the promotor regions of HEY1, BMP2, KLF10 or FOXC1 is abolished, suggesting an essential role for the basic domain in DNA binding and function of the Hey proteins. We then utilized ChIP-PET in conjunction with highthroughput sequencing to perform a genome-wide screen for Hey1 and Hey2 binding sites in HEK293 cells. 1453 and 4288 target genes were identified for Hey1 and Hey2, respectively, of which 1147 genes were targets of both Hey1 and Hey2. Although the binding sites were located upstream and downstream of coding sequences, or even in exons and introns, 55 % and 49 % of all binding sites for Hey1 and Hey2, respectively, were located in proximal promoter regions between -0.5 kb and the first exon. An in silico binding motif analysis suggests a repetitive GC-rich sequence for Hey binding which is probably located in CpG islands, indicating a direct regulation of the transcriptional machinery by the Hey proteins. A comparison of the target genes from microarray analysis and ChIP-PET sequencing data demonstrates a large number of downregulated genes with binding sites that are directly bound by the Hey proteins. While 60 % of Hey2 downregulated genes contain binding sites, only 20 % of upregulated genes have binding sites for Hey2, invoking a repressor function for Hey proteins. To investigate, whether the Hey proteins regulate different target genes in a cell type specific manner, embryonic stem cells (ES cells) were generated which also overexpress doxycycline-inducible Hey1 or Hey2. These ES cells could be differentiated efficiently into cardiomyocytes and thus could also be used for gene expression analysis after induction of Hey overexpression. Microarray analysis of ES cells and cardiomyocytes resulted in more up- than downregulated genes in comparison to HEK293 cells. The overlap of common regulated genes in HEK293, ES cells and cardiomyocytes was very low. Only two Hey2 target genes were regulated more than 2-fold in both HEK293 and ES cells (Hes1, Zic2). This disparity indicates a narrow cell-type specific gene regulation by Hey proteins. Gene ontology analysis of all target genes demonstrated interactions of Hey proteins with different signaling pathways (e.g. TGFβ, Id or Wnt signaling), which are all indispensable for early developmental processes. These results show that Hey proteins influence and modulate gene expression levels in different signaling pathways in a cell-type specific manner. These data provide new possibilities for future research efforts to elucidate the role of Hey proteins in early organ development.
KW  - Gen notch
KW  - Transkriptionsfaktor
KW  - Embryonalentwicklung
KW  - Kardiovaskuläres System
KW  - bHLH
KW  - Hey
KW  - Chromatinimmunpräzipitation
KW  - Microarray
KW  - bHLH
KW  - Hey
KW  - Chromatin Immunoprecipitation
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-65053
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mühlfelder, Melanie
T1  - Protektive kardiovaskuläre Effekte weiblicher Sexualsteroide - Estrogenrezeptoren reduzieren den Aldosteron-induzierten oxidativen Stress in glatten Gefäßmuskelzellen
T1  - Protective effects of female sex hormones in cardiovascular system - Both estrogen receptor subtypes, ERα and ERβ, prevent aldosterone-induced oxidative stress in VSMC
N2  - Reaktive Sauerstoffspezies (ROS, engl. reactive oxygen species) sind hochreaktive Biomoleküle, die in geringen Konzentrationen ubiquitär als Produkte des normalen zellulären Metabolismus entstehen. Zum Schutz vor irreversiblen oxidativen Schädigungen durch diese Moleküle, besitzt der Organismus antioxidative Enzyme und nicht-enzymatische Antioxidantien, die ROS neutralisieren. Eine pathophysiologische Zunahme der Generierung und Freisetzung von ROS und/oder verminderte zelluläre Abwehrmechanismen gegen diese können, in Folge einer gestörten Redox-Homöostase, zur Ausbildung des sog. „oxidativen Stresses“ führen, der unter anderem mit einer Reihe kardiovaskulärer Erkrankungen assoziiert ist. Das Steroidhormon Aldosteron (ALDO), das der Gruppe der Mineralocorticoide angehört, besitzt für den Wasser- und Elektrolythaushalt eine essentielle Bedeutung. Als Agonist bindet ALDO an Mineralocorticoidrezeptoren (MR) in der Niere und im Kolon und stimuliert unter physiologischen Bedingungen über die Aktivierung des MR die renale Rückresorption von Natriumionen und Wasser. Epidemiologische Studien sowie in vitro und in vivo Untersuchungen konnten einen kausalen Zusammenhang zwischen erhöhten ALDO-Serumwerten und/oder einer disproportional erhöhten MR-Aktivierung und einer gesteigerten ROS-Generierung im Herz-Kreislaufsystem belegen. Im Gegensatz zu ALDO besitzt das Sexualsteroid 17β-Estradiol (E2) protektive kardiovaskuläre Effekte. E2 fungiert über zwei intrazelluläre Estrogenrezeptor (ER)-Subtypen, ERα und ERβ, die nach ligandabhängiger Aktivierung als nukleäre Transkriptionsfaktoren die Expression spezifischer Zielgene regulieren. Neben ER-vermittelten vasodilatatorischen und antiinflammatorischen Wirkungen innerhalb der Blutgefäße und des Myokards besitzt E2 unter anderem auch antioxidative Eigenschaften und das Potential die zelluläre Redox-Homöostase günstig zu beeinflussen. Auf Grund dieser Befunde wurde die Hypothese aufgestellt, dass E2 über einen ER-vermittelten Mechanismus dem ALDO-induzierten oxidativen Stress in glatten Gefäßmuskelzellen der Ratte (PRSMC, für engl. primary rat smooth muscle cells) entgegenwirkt. Zusätzlich sollte durch die Supplementation des ERα-spezifischen Agonisten 16α-LE2 und des ERβ-spezifischen Agonisten 8β-VE2 zu ALDO-behandelten Zellen untersucht werden, ob die beiden ER-Subtypen redundante, spezifische oder gegensätzliche Effekte bezüglich der aufgestellten Hypothese, besitzen. Durch Färbungen hormonbehandelter PRSMC mit dem ROS-sensitiven Fluoreszenzfarbstoff Dihydroethidium (DHE) und anschließender Quantifizierung der DHE-Fluoreszenzintensität konnte bestätigt werden, dass der ALDO-induzierte oxidative Stress durch die Kosupplementation von E2, 16α-LE2 und 8β-VE2 über einen ERα- und ERβ-vermittelten Mechanismus signifikant reduziert werden kann. Des Weiteren konnte im Verlauf dieser Arbeit belegt werden, dass die intrazelluläre Konzentration des Reduktionsäquivalents Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat in seiner reduzierten Form (NADPH) in ALDO+E2-, ALDO+16α-LE2- und ALDO+8β-VE2-behandelten PRSMC im Vergleich zu nur mit ALDO-behandelten Zellen signifikant erhöht ist. Ferner konnte in Übereinstimmung mit diesen Ergebnissen gezeigt werden, dass die Kosupplementation von NADPH zu ALDO-behandelten Zellen, die DHE Oxidation in diesen Zellen signifikant unterbindet. Mittels Western Blot Analysen und Enzymaktivitätsassays hormonbehandelter PRSMC ließ sich schließlich nachweisen, dass ALDO die Enzymaktivität und Proteinexpression des NADPH generierenden Enzyms Glukose-6-phosphat Dehydrogenase (G6PDH) supprimiert. Weiter konnte innerhalb dieser Arbeit erstmalig bestätigt werden, dass E2 die Suppression der G6PDH-Aktivität durch ALDO unterbindet und die Enzymaktivität dieses Proteins wieder auf den basalen Wert anhebt. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass E2 der ALDO-induzierten lokalen ROS-Generierung in PRSMC ER-vermittelt entgegenwirkt. Der zugrunde liegende Mechanismus dieses Effekts basiert auf einer Aufrechterhaltung der G6PDH-Enzymaktivität, wodurch die Bioverfügbarkeit des Reduktionsäquivalents NADPH, das eine Schlüsselrolle im zellulären antioxidativen System spielt, gewährleistet wird.
N2  - Reactive oxygen species (ROS) are highly reactive bio-molecules produced as by-products during normal cellular metabolism. Cells are protected against ROS by cellular antioxidative defense mechanisms like antioxidative enzymes and reducing equivalents. However, if the cellular redox state is disrupted and the balance between ROS generation and ROS elimination is excessive, ROS are able to cause oxidative stress which plays an important pathophysiological role in the development of cardiovascular diseases. The mineralocorticoid hormone aldosterone (ALDO) mediates electrolyte and volume balance via binding and activation of its mineralocorticoid receptor (MR) to elevate systemic blood pressure through renal effects. However, excessive or disproportional MR activation is associated with oxidative stress. This results in a decreased bio-availability of nitric oxide (NO) and inflammation in the vasculature leading to fibrosis, vascular remodelling and endothelial dysfunction thereby contributing to hypertension as well as renal and cardiac failure. In contrast to ALDO, the sex hormone 17β-estradiol (E2) is known to have beneficial cardiovascular effects. E2 acts via its cognate intracellular estrogen receptor (ER) subtypes ERα and ERβ which are defined as nuclear ligand-activated transcription factors. E2 procure cardio- and vasoprotective effects among others by its antioxidative properties. Based upon these findings we proposed the hypothesis that ALDO and E2 may have opposing effects on ROS generation in rat vascular smooth muscle cells (PRSMC). Furthermore, the co treatment of E2 and the specific ER-agonists 16α-LE2 and 8β-VE2 to ALDO-treated cells should reveal whether the two ER-subtypes mediate redundant, specific or opposing effects. Respective experiments of dihydroethidium (DHE) fluorescent microphotography and quantification of its fluorescence intensity revealed that ALDO-induced oxidative stress can be attenuated by E2, 16α-LE2 and 8β-VE2. This effect was mediated by ERα and ERβ. Further experiments demonstrated that intracellular levels of the reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) were significantly increased in ALDO-treated PRSMC co-supplemented with E2, 16α-LE2 and 8β-VE2. In good agreement with these findings, DHE fluorescence showed decreased ROS generation in ALDO treated cells after co-incubation with NADPH. Additionally, molecular and biochemical analyses gave evidence for restored activity and protein expression of the major intracellular NADPH generating enzyme glucose 6 phosphate dehydrogenase (G6PDH) in ALDO+E2 co-treated PRSMC; ALDO treatment alone caused a decrease in G6PDH activity and protein expression. Consequently, E2 can compensate the deleterious effects of ALDO in PRSMC via preservation of G6PDH activity. This enzyme stabilises bio-availability of NADPH, which in turn acts as a key player in cellular antioxidative defense.
KW  - Kardiovaskuläres System
KW  - Estrogene
KW  - Estrogenrezeptoren
KW  - Aldosteron
KW  - oxidativer Stress
KW  - cardiovascular system
KW  - estrogens
KW  - estrogen receptors
KW  - aldosterone
KW  - oxidative stress
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-64943
ER  -