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Can we study cardiomyogenesis in embryonic stem cell or cardiovascular progenitor monolayer cell cultures?
Marie-Thérèse Konrad
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molekulare Biologie
Betreuer*in
Georg Weitzer
DOI
10.25365/thesis.39319
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-16423.88617.790975-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In-vitro Kardiomyogenese von embryonalen Stammzellen (ESZ) oder kardiovaskulären Vorläuferzellen (KVZ) wird üblicherweise durch Überführung dieser Zellen in das so genannte „hanging drop“ Zellkultursystem ausgelöst, in welchem die Zellen 3D Spheroide ausbilden. Diese Methode ist allerdings sehr arbeits- und kostenintensiv. Darum haben wir untersucht, ob die Erforschung der Kardiomyogenese und ihrer molekularen Regulierung auch mittels einer weniger zeitaufwändigen und billigeren Methode, der 2D Monoschichtzellkultur in niedrigem Volumen, möglich ist.
Wir evaluierten die Fähigkeit der ESZ und KVZ zur Differenzierung in kontrahierende Kardiomyozyten vor allem mittels Analyse von Expressionsmustern der Gene Brachyury, MesP1 und Nkx2.5 in differenzierenden ESZ und KVZ in Monoschichtzellkultur in niedrigem Volumen. Brachyury ist ein sehr gut charakterisierter Marker des Mesoderms dessen Expression in der weiteren Entwicklung hinunter reguliert wird. MesP1 ist der früheste bekannte Marker von Herzvorläuferzellen. Nkx2.5 wird auch in Herzvorläuferzellen exprimiert. Seine Expression bleibt allerdings in einem gewissen Ausmaß auch im adulten Herzen erhalten.
Leider differenzierten weder ESZ noch KVZ in voll entwickelte Kardiomyozyten in 2D Monoschichtzellkultur in niedrigem Volumen. Es lässt sich aber auf Grund der Expressionsprofile von Brachyury, MesP1 und Nkx2.5 als auch von anderen Herzmarkergenen darauf schließen, dass Herzvorläuferzellen sehr wohl in diesem System entstehen und nur die letzten Schritte der Kardiomyogenese nicht durchlaufen werden. Allerdings entwickeln sich KVZ bevorzugt in Endothelzellen in Monoschichtzellkultur, worauf deutlich höhere Expressionsniveaus von Endothelmarkergenen in der Monoschichtzellkultur im Vergleich zur „hanging drop“ Zellkultur hinweisen.
Monoschichtzellkultur ermöglicht effiziente Endothelzelldifferenzierung und bietet Vorteile gegenüber der „hanging drop“ Zellkultur nicht nur den Zeit- und Kostenfaktor betreffend sondern auch in Bezug auf Zellvisualisierung und auf die Kontrolle der Mikroumgebung. Deshalb stellt Monoschichtzellkultur in niedrigem Volumen ein hervorragendes Modell zur Untersuchung von Endotheldifferenzierungsprozessen und deren Regulierung dar.
Abstract
(Englisch)
In vitro-cardiomyogenesis of embryonic stem cells (ESCs) or cardiovascular progenitor cells (CVPCs) is usually triggered by placing these cells in hanging drop cultures in which they form 3D spheroids. However, this method is very laborious and cost-intensive. We therefore investigated the possibility to study cardiomyogenesis and its molecular regulation in low volume 2D monolayer culture, a less time consuming and less expensive method.
We assessed the capacity of ESCs and CVPCs to differentiate into contracting cardiomyocytes in low volume monolayer cell culture mainly by investigating Brachyury, MesP1 and Nkx2.5 expression patterns of differentiating ESCs and CVPCs in low volume monolayer cell culture. Brachyury is a very well characterised mesodermal marker and its expression is down-regulated upon further specialisation. MesP1 is the earliest known marker of cardiac progenitors. Nkx2.5 is also expressed in early cardiac progenitors but remains to be expressed to some extent in the adult heart.
Unfortunately, neither ESCs nor CVPCs differentiated into mature cardiomyocytes in low volume monolayer cell culture. Nevertheless, Brachyury, MesP1 and Nkx2.5 as well as other cardiac marker expression profiles indicate that differentiation into cardiac precursors is possible and that only the last steps of cardiomyogenesis are hampered in the monolayer system. However, CVPCs seem to preferentially develop towards the endothelial cell lineage in monolayer cell culture as endothelial marker gene expression levels are significantly higher in monolayer culture compared to hanging drop culture.
Monolayer cell culture allows for efficient endothelial differentiation and is advantageous to hanging drop culture not only regarding time and cost factors but also regarding cell visualisation and microenvironment control. Therefore, low volume monolayer cell culture provides an excellent tool to study endothelial cell differentiation processes and their regulation.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Brachyury MesP1 Nkx2.5 cardiomyogenesis cardiomyocytes embryonic stem cells cardiovascular progenitor cells monolayer cell culture differentiation endothelial cells cardiac fibroblasts Wnt signalling SPARC CHIR99021 EGFP
Schlagwörter
(Deutsch)
Brachyury MesP1 Nkx2.5 Kardiomyogenese Kardiomyozyten embryonale Stammzellen kardiovaskuläre Vorläuferzellen Monoschichtzellkultur Differenzierung Endothelzellen kardiale Fibroblasten Wnt Signaltransduktionsweg SPARC CHIR99021 EGFP
Autor*innen
Marie-Thérèse Konrad
Haupttitel (Englisch)
Can we study cardiomyogenesis in embryonic stem cell or cardiovascular progenitor monolayer cell cultures?
Paralleltitel (Deutsch)
Können wir Kardiomyogenese in embryonalen Stammzellen oder kardiovaskulären Vorläuferzellen in Monoschichtzellkultur untersuchen?
Publikationsjahr
2015
Umfangsangabe
209 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Georg Weitzer
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC12738343
Utheses ID
34831
Studienkennzahl
UA | 066 | 834 | |