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The role of class I histone deacetylases in cardiac development of chicken embryos
Claudia Engelmaier
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Sylvia Kirchengast
DOI
10.25365/thesis.15429
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29874.22748.816766-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Histondeacetylasen (HDACs) sind eine Familie von Enzymen, die den Acetylierungslevel von Histonen und auch anderen Proteinen regulieren und so die Genaktivität kontrollieren. HDACs entfernen Acetylgruppen von Histonschwänzen, weswegen sie als Co-Repressoren der Gentranskription agieren. Die Funktionen von HDACs wurden ausführlich in vitro studiert und es wird angenommen, dass HDACs in in vivo Differenzierungsprozessen und im Speziellen in der Embryonalentwicklung eine wichtige Rolle spielen. Die Rollen der verschiedenen Klassen von HDACs in der Kontrolle von Entwicklungsprozessen müssen aber noch vollständig aufgeklärt werden. Insbesondere unser Wissen über die Funktionen von Klasse I HDACs (HDACs 1, 2, 3 und 8) während der Entwicklung ist begrenzt. Diese Studie hat die Rolle von Klasse I HDACs in der Herzentwicklung des Modellorganismus „Huhn“ während früher embryonaler Stadien zum Thema. Die Herzentwicklung ist ein komplexer und präzise gesteuerter Entwicklungsprozess. Aufgrund dieser Komplexität ist das Herz beim Menschen das Organsystem mit der höchsten Rate an angeborenen Missbildungen. In den meisten Fällen wurde die Rolle von Klasse I HDACs während der Herzentwicklung bisher anhand von Analysen konditioneller Knock-out Mäuse, die bei der Geburt mehrere Herzfehler zeigten, interpretiert. Durch eine vor Kurzem publizierte Studie sind die zeitlichen Expressionsmuster der HDACs 1, 2, 3 und 8 im Hühnerherzen bekannt. Um Einblicke in die Aktivitäten von Klasse I HDACs im Herzgewebe zu gewinnen, wurden diese Enzyme durch Trichostatin A (TSA), einem chemischen HDAC-Hemmer, inhibiert. Der Inhibitor wurde durch die Implantation von in TSA getränkten Acrylbeads oder durch direkte Injektion in die Perikardhöhle in das Herz eingebracht. Die nachfolgende histologische und morphometrische Analyse, ein Proliferationsassay (BrdU-Assay) als auch ein Apoptoseassay (TUNEL-Assay) und die Bestimmung des Acetylierungslevels in den Hühnerherzen durch eine Western-Analyse erlaubte erste Einblicke in phänotypische Effekte, die durch Hemmung der Klasse I HDACs im Herzgewebe von Vögeln entstanden sind. Die untersuchten Hühnerherzen, die mit dem HDAC inhibitor behandelt wurden, zeigten eine Reihe von schweren Phänotypen, wie atriale Hypertrophie, ventrikuläre Hypertrophie, Hypertrophie des rechten Ventrikels, Fehlbildungen des Ventrikelseptums und aberrante Formation des Ausflusstraktes. Die Herzen, die hypertrophe Effekte zeigten, insbesondere jene mit atrialer Hypertrophie, waren ausgeprägter als die anderen Phänotypen. Diese Ergebnisse bieten eine Basis für weitere funktionelle Analysen von Klasse I HDACs in der Herzentwicklung. Außerdem präsentiert diese Studie Experimente, die am embryonalen Hühnerherzen das erste Mal durchgeführt wurden; diese Arbeit soll Möglichkeiten für die Entwicklung neuer Manipulationsverfahren im Hinblick auf das Modellsystem „Huhn“ bieten.
Abstract
(Englisch)
Histone deacetylases (HDACs) are a family of enzymes regulating the acetylation level of histones as well as non-histone proteins and, thus, controlling gene activity. HDACs remove acetyl groups from histone tails, thereby acting as co-repressors of gene transcription. The functions of HDACs have been extensively studied in vitro and suggest important roles of HDACs in differentiation processes in vivo and in embryonic development in particular. However, the role of the different classes of HDACs in controlling developmental processes remains to be fully elucidated. In particular, our knowledge of the functions of class I HDACs (HDACs 1, 2, 3, and 8) during development is limited. This study has addressed the role of class I HDACs in cardiac development of the avian model organism “chicken” during early embryonic stages. Heart development is a complex and precisely controlled developmental process. Because of this complexity, the heart is the organ system with the highest congenital malformation rate in humans. In most cases, the role of class I HDACs during cardiac development has so far been inferred by analysis of conditional knock-out mice showing multiple heart malformations at birth. Due to a previously published study, the temporal expression patterns of HDACs 1, 2, 3, and 8 in the chick heart are known. Thus, to gain insight into the activities of class I HDACs in cardiac tissue, these enzymes were inhibited by Trichostatin A (TSA), a chemical inhibitor of HDACs. The inhibitor was applied to the hearts by implantation of acrylic beads soaked in TSA or by direct injection into the pericardial cavity. Subsequent histological and morphometric analysis, a proliferation assay (BrdU assay) as well as an apoptosis assay (TUNEL assay), and the determination of the acetylation level in the chick hearts by Western analysis allowed first insights into phenotypic effects of class I HDAC inhibition in avian cardiac tissue. The examined chicken hearts treated with the HDAC inhibitor displayed a range of severe phenotypes, such as atrial hypertrophy, ventricular hypertrophy, hypertrophy of the right ventricle, malformations of the ventricular septum, and aberrant formation of the outflow tract. However, the cardiac tissue showing hypertrophic effects, especially atrial hypertrophy, was found to be more pronounced than the other phenotypes. These findings offer a basis for further functional analysis of class I HDACs in cardiac development. Additionally, this study presents experimentations which were performed in embryonic chicken hearts for the first time; hopefully this piece of work provides possibilities for the development of novel manipulation procedures regarding the model system “chicken”.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Histone deacetylases cardiac development chicken
Schlagwörter
(Deutsch)
Histondeacetylasen Herzentwicklung Huhn
Autor*innen
Claudia Engelmaier
Haupttitel (Englisch)
The role of class I histone deacetylases in cardiac development of chicken embryos
Paralleltitel (Deutsch)
Die Rolle von Klasse I Histondeacetylasen in der Herzentwicklung von Hühnerembryonen
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
91 S. : Ill., graf. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Sylvia Kirchengast
Klassifikationen
42 Biologie > 42.20 Genetik ,
42 Biologie > 42.23 Entwicklungsbiologie
AC Nummer
AC08771077
Utheses ID
13847
Studienkennzahl
UA | 442 | | |