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Characterization of chicken LRP-2 and its role in embryonic development

Julia Anna Plieschnig

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Marcela Hermann

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DOI

10.25365/thesis.859

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30193.38865.918163-1

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

LRP-2 (Megalin/gp330) wurde ursprünglich als pathogenes Autoantigen in Nieren von Ratten gefunden, die an Heymann Nephritis erkrankt waren. Von diesem Zeitpunkt an war die Forschung auf die Funktionsaufklärung des Proteins in der Niere fokussiert. LRP-2 ist ein Membran-gebundenes, 600kDa großes Mitglied der LDL Rezeptor Familie, die sich durch strukturelle Gemeinsamkeiten und ein ähnliches Funktionsspektrum auszeichnet. Der Rezeptor wird an der apikalen Oberfläche von polarisierten Epithelzellen exprimiert, die eine hohe endozytotische Aktivität aufweisen. Obwohl LRP-2 hauptsächlich die Endozytose verschiedenster Liganden vermittelt, weisen neueste Forschungsergebnisse auf weitere Funktionen hin. Zu diesen neuen Wirkungsgebieten zählen Signaltransduktion, Vitamin Homöostase und Steroidhormonfunktion. LRP-2 ist nicht nur im adulten Organismus wichtig, sondern auch für die Embryogenese essentiell. Niere, Lunge, Dünndarm und weibliche und männliche Reproduktionsorgane gehören zu den Geweben mit der höchsten LRP-2 Expression in Säugetieren. Während der Embryonalentwicklung wird LRP-2 sowohl im Embryo als auch in extra-embryonalen Geweben exprimiert. In Säugetieren ist der Dottersack, in dem hohe Mengen an LRP-2 vorhanden sind, strukturell und funktionell weitgehend von evolutionärer Bedeutung. Im Gegensatz dazu ist der Dottersack ein zentraler Bestandteil der embryonalen Entwicklung bei Vögeln. Deshalb ist das Huhn nicht nur für die Erforschung des Lipidstoffwechsels, sondern auch für Studien während der Embryonalentwicklung ein exzellenter Modellorganismus. In Säugetieren ist die Expression und Funktionsweise von LRP-2 weitgehend aufgeklärt, im Huhn jedoch bedarf es noch gründlicher Erforschung des homologen Proteins. Die Analyse der Expressionsmuster von LRP-2 kann zur Funktionsaufklärung beitragen. Der Dottersack besteht aus zwei Schichten, einer äußeren Schicht mesenchymaler Zellen, die mit Blutgefäßen durchzogen sind und einer inneren Einzelschicht, die aus großen endodermalen Endothelzellen (EEC) zusammengesetzt ist und zum Dotter weist. Der Rezeptor wird im Dottersack stark exprimiert. Mit Hilfe von Immunhistochemie konnte LRP-2 an der Oberfläche von EECs lokalisiert werden. Diese Ergebnisse konnten durch Western-Blot Experimente bestätigt werden. Die Expression des Rezeptors wird in der ersten Entwicklungswoche sichtbar, erreicht ihren Höhepunkt am Anfang der dritten Woche und sinkt dann langsam wieder ab. Dieses Expressionsmuster korreliert mit den intensiven Transportprozessen von Nahrungsbestandteilen, die im letzten Trimester der Entwicklung stattfinden. Die Expression von LRP-2 in der Membran von EECs ist daher wahrscheinlich an der Nährstoffaufnahme aus dem Dotter beteiligt. Im Gegensatz zur Situation im Dottersack, kommt es zu einem kontinuierlichen Anstieg der LRP-2 Expression während der Nierenentwicklung, die im erwachsenen Tier den höchsten Level erreicht. Dabei zeigt sich, dass es signifikante Unterschiede zwischen männlichen und weiblichen Tieren gibt. Geschlechtshormone könnten eine mögliche Erklärung für diese Beobachtung sein. Es zeigt sich, dass es nach Östrogen- Injektionen zu einem starken Anstieg der LRP-2 Expression in Hähnen kommt. Weitere Studien könnten über die hormonellen Regulationsmechanismen der Rezeptor-Expression Auskunft geben. Die Daten, die im Zuge dieser Arbeit ermittelt werden konnten, haben einige Aspekte der Embryonalentwicklung des Huhns aufgeklärt und die wichtige Rolle des Dottersacks aufgezeigt. Die Mechanismen, die diesen Prozessen zugrunde liegen, sollen in weiteren Studien untersucht werden.

Abstract

(Englisch)

LDL receptor-related protein-2 (LRP-2/Megalin/gp330) was initially identified as the pathogenic autoantigen in a rat kidney disease known as Heymann nephritis. Hence, research primarily focused on the role of the protein in the kidney. LRP-2 is a 600kDa member of the low-density lipoprotein (LDL) receptor family, membrane proteins that share structural properties and functional features. The receptor is expressed on the apical surface of polarized epithelial cells, which show high endocytic activity. Although LRP-2 is a classical endocytic receptor, recent findings helped to reveal its prominent role in cell signaling, vitamin homeostasis, and steroid hormone function. To exert these different tasks, LRP-2 is a promiscuous receptor for various ligands including lipoproteins, vitamin-binding proteins, hormones, and enzymes. LRP-2, which is important for the developing and adult organism, is highly expressed in organs including mammalian kidney, lung, small intestine, and male and female reproductive tracts. During development the receptor can be found in various embryonic as well as extraembryonic tissues. Significantly, LRP-2 is highly expressed in the yolk sac, which is mostly of evolutionary importance in mammals, but is essential in avian embryogenesis. Therefore, the chicken serves as an excellent model organism not only to study lipid metabolism, but also to analyze embryogenesis. Although expression and functions of mammalian LRP-2 are well characterized, the roles of its avian homologue need further investigation. By analyzing chicken LRP-2 expression patterns, possible receptor functions may be elucidated. Here I revealed that LRP-2 is highly expressed in the chicken yolk sac, which is composed of an outer layer of interlinked mesenchymal cells pervaded by blood vessels, and an inner single layer of large endodermal endothelial cells (EEC) facing the yolk. To localize the receptor in the yolk sac, immunohistochemistry showed that LRP-2 is expressed on the surface of EECs. Western blotting experiments confirmed these results. LRP-2 expression in the yolk sac can be observed in the first week of incubation, it culminates at the beginning of the third week and then slowly decreases. This observation correlates with the fact that transport processes operate at highest levels in the last trimester of chicken development. Therefore, LRP-2 expression in the membrane of EECs may mediate nutrient uptake from the yolk. In contrast, LRP-2 expression steadily increases during kidney development and persists in the adult organ. It is important to note that LRP-2 expression levels in the adult kidney differ significantly between male and female animals. A possible explanation for this observation could be the influence of sex hormones. This notion is supported by my data showing increased LRP-2 expression in the rooster kidney following estrogen treatment. Future studies should provide better insights into the hormonal regulatory mechanisms of receptor expression. The data obtained from studies on aspects of chicken development support the crucial role of the yolk sac; the underlying mechanisms are planned to be elucidated in ongoing studies.

Autor*innen

Julia Anna Plieschnig

Haupttitel (Englisch)

Characterization of chicken LRP-2 and its role in embryonic development

Paralleltitel (Deutsch)

Charakterisierung von LRP-2 im Huhn und dessen Rolle in der Embryonalentwicklung

Publikationsjahr

2008

Umfangsangabe

86 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Marcela Hermann

Klassifikation

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie

AC Nummer

AC07137679

Utheses ID

647

Studienkennzahl

UA | 490 | | |

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Schlagwörter