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The role of histone deacetylase 1 in neuronal development of PC12 Cells
Thomas Machacek
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Betreuer*in
Christian Seiser
DOI
10.25365/thesis.302
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29927.32010.268870-2
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Histondeazetylasen entfernen Acetylgruppen von Histonproteinen und haben damit eine wichtige Funktion in der Repression von Genen. Epigentische Mechanismen steuern biologisch bedeutsame Prozesse, unter anderem die Differenzierung von pluripotente Stammzellen zu neuronalen Zellen. Dieser Vorgang wird durch den Erwerb von definierten Genexpressionsmustern charakterisiert.
Das Hauptaugenmerk der arbeit liegt in der Untersuchung der Histondeazetylase 1 (HDAC1) in der neuronaler Differenzierung. HDAC1 ist ein Mitglied der Proteinfamilie der Histondeazetylasen und wird in verschiedenen nukleären Regulationskomplexen gefunden. PC12 Zellen sind ein oft verwendetes Modelsystem zur Untersuchung von Differenzierungsprozessen. Behandlung von PC12 Zellen mit neuronalem Wachstumsfaktor (Neuronal Growth Factor (NGF)) induziert neuronale Differenzierung und führt zur Ausbildung von Axon-ähnlichen neuronalen Strukturen. Dieses System erlaubt zusätzlich die Untersuchung unterschiedlicher chemischer Verbindungen zur Inhibierung von Histondeazetylasen. Eine seit kurzem bekannte Verbindung mit dem Namen MS-275 zeigt grosse Spezifität in der Inhibierung von HDAC1 und wird in klinischen Versuchen bereits in der Behandlung von Tumoren des Nervensystems mit viel versprechenden Ergebnissen eingesetzt.
In dieser Arbeit wurde eine Methode zur Quantifizierung der neuronalen Differenzierung in PC12 Zellen entwickelt. Es konnte gezeigt werden, dass Behandlung mit MS-275 die NGF induzierte neuronale Differenzierung in PC12 Zellen signifikant verstärkt. Zusätzlich konnte eine erhöhte Expression des neuronalen Markerproteins Neurofilament Medium festgestellt werden. Im Gegenzug dazu führte die ektopische Überexpression von HDAC1 zu einer Blockade der von NGF induzierten neuronalen Differenzierung in PC12 Zellen. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten zu einem besseren Verständnis der Wirkungsweise von Inhibitoren der Histondeazetylasen im Zuge von klinischen Behandlungen beitragen.
Abstract
(Englisch)
Histone deacetylases mediate gene repression by the removal of acetyl groups from core histones. Neuronal differentiation relies on a complex signaling network and constitutes a prime example on how epigenetic modifications regulate cell-fate specification. Progression from non-neuronal pluripotent stem cells to a restricted neural lineage is characterized by acquisition and maintenance of distinct patterns of gene expression. The interest of this work was the role of histone deacetylase 1 (HDAC1), a vital member of the protein family of histone deacetylases, in neuronal differentiation, utilizing the rat cell line PC12. HDAC1 constitutes a component of numerous nuclear multi-protein complexes involved in neuronal development and is thereby a potential regulator of neuron-specific gene expression.
PC12 cells represent a well established and feasible model system to study various mechanisms involved in neurogenesis. Neuronal growth factor (NGF) induces reversible neuronal differentiation accompanied by the outgrowth of axon-like neuronal structures, a process that can be conveniently assessed and manipulated in this in vitro cell system. A wide collection of histone deacetylase inhibitors (HDIs), varying in specificity for different HDACs, are available to clarify the role of histone deacetylation in the establishment of the neuronal phenotype. The novel HDI MS-275 shows high specificity for HDAC1 and, according to recent clinical trials, represents a promising candidate in the treatment of cancers of the nervous system.
A neuronal outgrowth assay was developed to allow standardized quantification of neuronal development and it could thereby be demonstrated that treatment with the HDI MS-275 significantly enhanced NGF-induced differentiation in PC12 cells. In addition, our studies showed induction of the neuronal marker gene neurofilament medium protein upon treatment with MS-275. Conversely, ectopic overexpression of HDAC1 protein in PC12 cells led to a block neuronal differentiation. These results could provide an explanation for the clinical applicability of histone deacetylase inhibitors in the treatment of cancers of the nervous system and demonstrate the significance of epigenetic mechanisms in the process of neurogenesis.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
HDAC1 neuronal development
Schlagwörter
(Deutsch)
HDAC1 neuronale Entwicklung
Autor*innen
Thomas Machacek
Haupttitel (Englisch)
The role of histone deacetylase 1 in neuronal development of PC12 Cells
Paralleltitel (Deutsch)
Die Rolle von Histondeazetylase 1 in der neuronalen Differenzierung von PC12 Zellen
Publikationsjahr
2008
Umfangsangabe
85 S.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Christian Seiser
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC06767603
Utheses ID
213
Studienkennzahl
UA | 490 | | |