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Über die Rolle von Desmin bei der Entwicklung von Herzzellen

Sonja Gawlas

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Georg Weitzer

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DOI

10.25365/thesis.14724

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29243.98221.616461-6

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Desmin ist ein Typ III Intermediär Filament Protein, das bisher vorallem für seine Funktion in der Erhaltung der zellulären Integrität von Muskelzellen bekannt war. Das Protein ist von enormer Bedeutung in der Regeneration von Muskelzellen nach Belastung, wie in vielen in-vitro und in-vivo Studien gezeigt wurde. Studien über die Rolle von Desmin in der in-vitro Differenzierung im “Embryoid body” (EB) Modell zeigen, daß die Anwesenheit von überexprimiertem Desmin die Differenzierung von embryonalen Stammzellen (ESC) der Maus zu Herzzellen fördert. Im Gegensatz dazu konnte gezeigt werden, daß die Expression einer Desmin-variante mit fehlendem Amino-terminus, zu erheblicher Verzögerung der Herzzellen-entwicklung führt (Hofner et al.2007). Zusätzlich zu dem beobachteten förder-lichen Effekt von überexprimiertem Desmin auf die Differenzierung von Stammzellen zu Herzzellen wurde gezeigt, daß gleichzeitig die Expression des Herz-spezifischen Transkriptionsfaktor (TF) Gens nkx2.5 und des mesodermalen TF Gens brachyury signifikant erhöht wurde. Um weiteren Einblick in die zugrundliegenden Mechanismen dieser Aktivierung zu gewinnen, wurde die physische Interaktion von Desmin mit regulatorischen Elementen der genomischen DNA mittels Chromatin Immun-Präzipitation (ChIP) getestet. Die ChIP Ergebnisse zeigen, daß Desmin Protein an Tag 6, 7, 8 und 9 der EB in-vitro Differenzierung an den nkx 2.5 Promoter in des+/+ EBs bindet. In des+/+/ect EBs bindet Desmin den nkx 2.5 promoter an Tag 5, 6, 7, and 8. Die Tatsache, daß Desmin früher an den nkx 2.5 Promoter bindet, wenn es in ESC überexprimiert wird, ist in Übereinstimmung mit der Beobachtung der “verfrühten“ Herzzellenentwicklung in EBs. Die Bindung von Desmin konnte auch am „Minimal Cardiac Enhancer“ (Lien et al.1999) in der 5’-UTR des nkx 2.5 Gens nachgewiesen werden. Weiters, um zu testen ob Desmin nicht nur genomische regulatorische Elemente binden kann, sondern auch ihre Aktivität beeinflusst, wurden Luciferase Reporter Assays in drei verschiedenen Zelltypen (10T ½ Fibroblasten, C2C12 Myoblasten, and primäre Cardiomyocyten) durchgeführt. Die drei Zelltypen unterscheiden sich durch das Ausmaß ihrer natürlichen Desmin Expression. Die Luciferase Reporter Assays ergaben, daß Desmin als Inhibitor oder “Aktivierungs-verhindernder“ Faktor auf die Aktivität des nkx 2.5 Promoters in 10T ½ Fibroblasten und C2C12 Myoblasten wirkt. In Reporter Assays mit primären Cardiomyocyten zeigte sich Desmin eher als Aktivator des nkx 2.5 Promoters.

Abstract

(Englisch)

Desmin is a type III intermediate filament protein, which has a well known role in the maintenance of the structural integrity within muscle cells. It was shown to be vital in the regeneration of muscle in-vivo and in-vitro. Studying the role of desmin during in-vitro differentiation in the embryoid body (EB) model revealed that the presence of ectopically expressed desmin boosts the differentiation of embryonic stem cells toward a cardiogenic fate (Hofner et al.2007), whereas the ectopic expression of an amino-terminally truncated version of desmin severely hampers cardiomyogenesis in-vitro. In addition to the boost of cardiomyogenesis, which is observed as earlier onset of cardiomyogenesis, the ectopic expression of desmin led to significant upregulation of the cardiac-specific TF gene nkx2.5 and the mesodermal TF gene brachyury. To elucidate the mechanism behind the upregulation of the cardiac-specific TF gene nkx 2.5, desmins ability to physically interact with regulatory sequences in genomic DNA was assessed in chromatin-immuno-precipitation (ChIP) of in-vitro differentiated embryonic stem cells (ESC). Desmin binds to the nkx 2.5 promoter at day 6, 7, 8, and 9 in des+/+ EBs. In des+/+/ect EBs desmin binds to the nkx 2.5 promoter at day 5, 6, 7, and 8. The fact that desmin binds earlier to the nkx 2.5 promoter when it is ectopically expressed compared to des+/+ EBs, is in line with the observed earlier onset of cardiomyogenesis in the EB in-vitro differentiation model. Desmin also binds to a minimal cardiac enhancer sequence, which is located in the 5’-UTR of the nkx 2.5 gene (Lien et al.1999). To test if desmin not only binds to regulatory genomic elements but also modulates transcription, luciferase reporter assays were performed with three different cell types (10T ½ fibroblasts, C2C12 myoblasts, and primary cardiomyocytes). These cells types differ in their natural expression levels of desmin. The luciferase reporter assays revealed that desmin might act inhibitory or “non-permissive” on the nkx 2.5 promoter in 10T ½ fibroblasts and C2C12 myoblasts. In primary cardiomyocytes desmin was rather found to activate the nkx 2.5 promoter.

Autor*innen

Sonja Gawlas

Haupttitel (Englisch)

Über die Rolle von Desmin bei der Entwicklung von Herzzellen

Paralleltitel (Englisch)

On the role of desmin in cardiomyogenesis

Publikationsjahr

2011

Umfangsangabe

IV, 161 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Georg Weitzer

Klassifikation

30 Naturwissenschaften allgemein > 30.03 Methoden und Techniken in den Naturwissenschaften

AC Nummer

AC09413752

Utheses ID

13208

Studienkennzahl

UA | 441 | | |

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