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Analysis of tenascin-C expression pattern in post myocardial infarction remodelling

Barbara Thometich

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Karin Macfelda

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DOI

10.25365/thesis.9602

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29933.67788.679553-4

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Das Protein Tenascin-C (TN-C) ist Bestandteil der extrazellulären Matrix (EZM) und gehört zur Familie der matrizellulären Proteine. Matrizelluläre Proteine beeinflussen wichtige Zellfunktionen und den Aufbau der EZM. Sie binden an zelluläre Rezeptoren, modulieren die Genexpression und regulieren die Aktivität von verschiedenen Wachstumsfaktoren, Zytokinen und Proteinasen. Die EZM stellt somit ein sehr dynamisches Netzwerk dar. Während der Embryonalentwicklung spielt TN-C in vielen Geweben, wie zum Beispiel dem Herzen, eine wichtige Rolle. Im adulten, gesunden Organismus wird TN-C nur sehr lokal, wie etwa in den myotendinous junctions, dem Darm, der Haut und lymphatischen Organen exprimiert. Unter pathologischen Bedingungen wie z.B. bei Tumorentstehung, Wundheilung, Infektion, Inflammation, Atherosklerose, mechanischem Stress und dem Remodelling Prozess kommt es erneut zu einer Hochregulation von TN-C. Während im adulten, gesunden Herzen das Protein nicht exprimiert wird, kommt es unter pathologischen Umständen, wie Myokardinfarkt (MI), Myokarditis oder dilatativer Kardiomyopathie, erneut zur Proteinexpression. Nach einem Myokardinfarkt ist TN-C in der Randzone zwischen infarziertem und nicht infarziertem Gewebe innerhalb von 24 Stunden detektierbar, wobei die Hauptquelle der TN-C Produktion die Fibroblasten darstellen. TN-C spielt eine duale Rolle im kardialen Wundheilungsprozess: Auf der einen Seite kommt es durch Deadhäsion der Kardiomyozyten zu einer Umstrukturierung des infarzierten Gewebes. Myofibroblasten können leicht in das betroffene Areal einwandern und Matrixkomponenten für die Stärkung der EZM produzieren. Zudem wirkt TN-C mit seiner Elastizität der enormen mechanischen Last, die auf die Randzone des Infarktareals wirkt, entgegen. Auf der anderen Seite können Kardiomyozyten von der EZM abrutschen und inflammatorische Zellen einwandern. Matrixmetalloproteinasen (MMPs) werden verstärkt exprimiert, was zur Degradation der EZM führt. Dadurch kann es zu einer Ausdünnung des linken Ventrikels, einer Dilatation und im schlimmsten Fall zur Ruptur des Ventrikels kommen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit liegt das Hauptinteresse auf dem zeitlichen und räumlichen TN-C Expressionsmuster nach einem Myokardinfarkt, welches am Rattenmodell untersucht wurde. Insgesamt wurden acht verschiedene Zeitpunkte (0.5, 1, 2, 3, 5, 7, 10 und 14 Tage) nach Infarkt untersucht, und mit einer sham operierten Kontrollgruppe verglichen. Zu jedem Zeitpunkt wurden Proben für histologische und molekularbiologische Analysen (Real time-PCR, PCR, Western Blot und Sequenzierungen) entnommen. Zuerst wurde die gesamte, bisher unbekannte, TN-C cDNA Ratten-Sequenz mit 6.057bp (GenBank, EU596506) sequenziert. Die Untersuchungen zeigten, dass verschiedene TN-C Isoformen zu unterschiedlichen Zeitpunkten post MI vorhanden sind. Diese Isoformen kommen durch alternatives Splicing der Fibronektin Typ-III Domänen (FN-III) zustande. Es wurde ein zeitlicher Shift der Isoformen nachgewiesen und insgesamt 4 verschiedene Isoformen, mit keiner, 1, 2 und 5 FN-III Domänen identifiziert. Es ist bekannt, dass Isoformen mit wenigen bzw. keinen FN-III in der alternativ gesplicten Region mit einer gesunden und „normalen“ EZM korrelieren, während größere Varianten mit vielen FN-III Domänen, mit pathologischen Veränderungen im Zusammenhang stehen. Aus diesen Fakten kann man schließen, dass die Funktion der unterschiedlich gesplicten TN-C Isoformen durch einen zeitlichen Shift nach einem MI reguliert wird.

Abstract

(Englisch)

Tenascin-C (TN-C) is a component of the extracellular matrix (ECM) and member of the matricellular protein family. Matricellular proteins have a special role to influence cellular function and matrix composition. Those proteins bind to cellular receptors, modulate gene expression and regulate activity of various growth factors, cytokines, and proteinases. Therefore, composition of the ECM is a very dynamic network. TN-C plays an important role during embryonic development in numerous organs, e.g. in the heart. In the adult, healthy organism TN-C expression is highly restricted to a few regions, such as myotendinous junctions, gut, skin and lymphopoietic organs. Under pathological conditions, such as tumour formation, wound healing, infection, inflammation, atherosclerosis, mechanical stress, and during tissue remodelling TN-C expression is up-regulated once again. In healthy, adult myocardial tissue TN-C is not expressed but up-regulation starts under pathological conditions, such as myocardial infarction (MI), myocarditis, and dilated cardiomyopathy. After MI TN-C is mainly expressed by fibroblasts and up-regulated in the border zone between infarcted and non-infarcted region of the left ventricle within 24 hours. TN-C plays a dual role in cardiac healing post MI: On one hand, TN-C is important in loosen strong adhesion of cardiomyocytes and helps to rearrange surviving cells in the infarcted region. Myofibroblasts were recruited and production of matrix components is stimulated to strengthening the cardiac matrix. The elastic properties of TN-C may also help to resist the increased mechanical loading to which the border zone of the infarct is subjected. On the other hand, TN-C may loosen cardiomyocytes from the ECM, causing slippage of cardiomyocytes and supports invasion of inflammatory cells. Additionally TN-C up-regulates matrix metalloproteinases (MMPs), promotes ECM degradation and loosen cardiac tissue, which leads to an increasing risk of wall thinning, cardiac dilatation and left ventricle rupture. The aim of this thesis was to investigate TN-C regulation post MI and to study the temporal and spatial expression pattern in an experimental MI animal model. Eight time points during the early phase post infarction (0.5, 1, 2, 3, 5, 7, 10, and 14 days post MI) were analysed and compared to a sham operated control group. At each time point samples were collected for histological and molecular biological analysis (real time-PCR, PCR, western blot and sequencing). First, the complete, until now unknown, rat cDNA TN-C sequence (GenBank, EU596506) encompassing an open reading frame of 6.057bp was sequenced. The experiments showed that different TN-C isoforms were up-regulated at different time points post MI. Those isoforms differ in size, because of alternative splicing processes within the fibronectin type III (FN-III) domain. Overall a time dependent isoform shift could be shown and 4 different isoforms, with none, 1, 2, and 5 FN-III domains, which are up-regulated post MI were identified. Small TN-C (TN-CS) isoforms, which exhibit none or only a few FN-III domains in the alternative spliced side, are present within `normal´ and healthy ECM. In contrast, large TN-C (TN-CL) isoforms are up-regulated under pathologic conditions. Those facts suggest that the function of different spliced TN-C isoforms can be regulated through a time dependent shift during tissue remodelling processes post MI.

Autor*innen

Barbara Thometich

Haupttitel (Englisch)

Analysis of tenascin-C expression pattern in post myocardial infarction remodelling

Paralleltitel (Deutsch)

Analyse der Tenascin-C Expression im Remodelling-Prozess nach Myokardinfarkt

Publikationsjahr

2009

Umfangsangabe

126 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Johann Wojta ,

Martin Czerny

Klassifikation

42 Biologie > 42.15 Zellbiologie

AC Nummer

AC08203766

Utheses ID

8660

Studienkennzahl

UA | 091 | 441 | |

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