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The Role of p38a in stress erythropoiesis

Simon Manuel Schultze

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Erwin Wagner

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DOI

10.25365/thesis.7026

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29817.43668.514861-7

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Während der Erythropoiese von Säugetieren entwickeln sich hämatopoetische Stammzellen zu Erythroblasten, welche zusammen mit Makrophagen Blutinseln bilden und in der terminalen Differenzierung zu Erythrozyten schließlich den Nukleus ausstoßen. In der Stresserythropoiese, wie zum Beispiel während fötaler Entwicklung oder Anämie, nimmt die Produktion von Erythrozyten dramatisch zu. Es gibt ein stetig wachsendes Wissen über hormonelle Regulierung von Basal- und Stresserythropoiese und neue Einblicke in molekulare Netzwerke, welche essentiell für die Erythroblastendifferenzierung sind. Die molekularen Netzwerke der Erythroblastendifferenzierung, besonders in Stresssituationen, sind jedoch noch immer größtenteils unbekannt. Zuvor wurde gezeigt, dass Mäuse denen p38a im embryonalen Gewebe oder in hämatopoetischen Zellen fehlt, eine erhöhte Anzahl an nuklerierten Erythrozyten in der fötalen Leber und im peripheren Blut von Neugeborenen aufweisen. Darüberhinaus wird die Anzahl von nukleierten Erythrozyten in der Milz und dem peripheren Blut von Mäusen mit spezifischer Deletion von p38a in hämatopoetischen Zellen durch Phenylhydrazin induzierte Anämie erhöht. Zusätzlich wurde gezeigt, dass p38a-defiziente Erythroblasten während der in vitro Differenzierung fast komplett versagen zu enukleieren. Dies legt nahe, dass die Funktion von p38a in der Enukleierung zellautonom ist. In der hier vorliegenden Arbeit beschreibe ich meine Versuche Substrate von p38a zu bestimmen, welche essentiell für die Enukleirung von Erythroblasten sind. Weiteres zeige ich, daß die Funktion von p38a in der Enukleierung von Erthroblasten zellautonom ist und daß p38a eine Schlüsselfunktion in der erythroiden Differenzierung in Stresssituationen hat. Der Phänotyp der gestörten Enukleierung wird in Mäusen, denen p38a speziell in der erythroiden Linie fehlt, aber nicht in Mäusen mit spezifischer Deletion von p38a in Makrophagen rekapituliert. Zusätzlich haben p38a-defiziente Erythroblasten abweichende Expression von Genen, welche mit der erythroiden Differenzierung in Zusammenhang stehen, wie zum Beispiel Gata1 und diverse Hämoglobinisoformen. Der Phänotyp der gestörten Enukleierung ähnelt dem von Rb-defizienten Erythroblasten. Wichtig ist, daß p38a-defiziente Erythroblasten ein reduziertes Maß an negativen Regulatoren von Rb, und zwar p53, p21 und p27, und ein erhöhtes Maß an hyperphosphorylierten Rb aufweisen. Ebenso hat eine Analyse des Genexpressionsprofils ergeben, dass Zielgene von E2F-1, welcher von Rb repremiert wird, hochreguliert sind; zum Beispiel Cyclin E, Cdk2 und Pcna. Diese Daten zeigen, daß die Rolle von p38a in der Enuklerierung von Erythroblasten während der Stresserythropoiese zellautonom ist und p38a essentiell ist für die Regulierung von differenzierungsbezogener Genexpression. Darüberhinaus vermute ich, daß p38a seine Funktionen durch die Aktivierung des Rb Singalweges ausübt.

Abstract

(Englisch)

During mammalian erythropoiesis, hematopoietic stem cells develop into erythroblasts, which form blood islands with macrophages and further extrude the nucleus during terminal differentiation into erythrocytes. The production of erythrocytes dramatically increases in stress erythropoiesis, such as during fetal development or anemia. There is increasing knowledge about hormonal signaling regulating steady state and stress erythropoiesis and new insights into molecular pathways essential for erythroblast differentiation. However, the molecular pathways involved in erythroblast differentiation, especially under stress conditions are still largely unknown. It was shown previously that mice lacking p38α in embryonic tissues or specifically in hematopoietic cells show increased numbers of nucleated erythrocytes in the fetal liver and newborn peripheral blood. Moreover, phenylhydrazine (PHZ)-induced anemia increases the number of nucleated erythrocytes in the spleen and peripheral blood of mice with hematopoietic deletion of p38α. Additionally, erythroblasts lacking p38a almost completely fail to enucleate during in vitro differentiation, suggesting that the function of p38a in enucleation is cell-autonomous. Here I will describe my attempts to identify substrates of p38a, which are essential for erythroblast enucleation. Furthermore, I will demonstrate that the function of p38a in enucleation of erythroblasts is cell-autonomous and that p38a is a key mediator of erythroid differentiation under stress conditions. The impaired enucleation phenotype is recapitulated in mice lacking p38a specifically in the erythroid lineage, but not in mice with macrophage-specific deletion of p38a. Moreover, p38α-deficient erythroblasts show aberrant expression of genes related to erythroid differentiation, such as Gata1 and different hemoglobin isoforms. The impaired enucleation phenotype of p38α-deficient erythroblasts is similar to that of erythroblasts lacking Rb. Importantly, negative regulators of Rb, such as p53, p21 and p27 were down-regulated and the level of hyperphosphorylated Rb is increased in p38a-deficient erythroblasts. Gene expression profiling analysis also reveals that target genes of E2F-1, which is repressed by Rb, are up-regulated, such as Cyclin E, Cdk2 and Pcna. These data indicate that p38a is essential for enucleation of erythroblasts in a cell-autonomous manner and for the regulation of differentiation-related gene expression under stress erythropoiesis, likely through activating the Rb pathway.

Autor*innen

Simon Manuel Schultze

Haupttitel (Englisch)

The Role of p38a in stress erythropoiesis

Paralleltitel (Deutsch)

Die Rolle von p38a in Stresserythropoiese

Publikationsjahr

2009

Umfangsangabe

87 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Erwin Wagner

Klassifikationen

42 Biologie > 42.15 Zellbiologie ,

42 Biologie > 42.23 Entwicklungsbiologie

AC Nummer

AC08166535

Utheses ID

6355

Studienkennzahl

UA | 441 | | |

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Schlagwörter