Genexpressions-Veränderungen zu frühen Zeitpunkten der Hypoxie in der Mauslunge mit besonderer Berücksichtigung des vaskulären Kompartiments

Abstract

Durch chronische Hypoxie kommt es in der Lunge zu Genexpressions-Veränderungen, welche unter anderem Einfluss auf den pulmonalarteriellen Drucknehmen und zu einem vaskulären Remodeling führen. Um die in der Lungeablaufenden Prozesse besser zu verstehen, wurden in dieser Arbeit zu frühenZeitpunkten (3h und 24h) nach Hypoxie-Induktion die Veränderungen auf transkriptionalerEbene untersucht. Hierzu wurden mit Hilfe der Microarray-Technologie dieGen-Expressionsprofile aus Lungenhomogenat (mittels extrahierter RNA) vonhypoxisch mit normoxisch gehaltenen Mäusen verglichen. Anschließend wurden 13Kandidaten-Gene mit Hilfe der real-time-PCR validiert. Hierbei fand sich eine guteKorrelation mit den Microarraydaten. Weiterhin wurde die Lokalisation desGenproduktes zweier Kandidaten-Gene im Mauslungen-Gewebe mittelsImmunhistochemie ermittelt.Es wurden bereits nach 3h Hypoxie 115 und nach 24h 342 Gene als reguliertgefunden. Ein Großteil der nach 3h regulierten Kandidaten-Gene fand sich auch nach24h. Das Verteilungsmuster der hochregulierten Kandidaten-Gene war im Vergleichbeider Zeitpunkte hinsichtlich ihrer molekularen Funktion sehr ähnlich. Hier fielen vorallem Gene der Ionen-, Nukleotid- und Nukleinsäure-Bindung auf. In Bezug auf dasGefäßsystem der Lunge zeigten sich nach 3h sowie noch deutlicher nach 24hzahlreiche Gene, welche in direktem Zusammenhang mit Hypoxie-induzierterVasokonstriktion, vaskulärem Remodeling und Angiogenese stehen (z.B. End1,Tgfb1). Zu frühen Zeitpunkten konnten weiterhin mehrere zelluläre Signalwegeermittelt werden, über die unter Hypoxie Veränderungen im Gefäßsystem derMauslunge ablaufen (z.B. der TGF-beta-Signalweg oder Signalwege derextrazellulären Matrix-Bildung und die Koagulations-Kaskade). Am Beispiel derSignalwege des Zellzyklus und der Antigen-Präsentation ergaben sich Hinweise, dasszu frühen Zeitpunkten wichtige Signalkaskaden in der Lunge gehemmt werden.Weiterhin konnte der Stellenwert des Transkriptionsfaktoren Hif1-3 im Kontext derHypoxie durch die vorliegenden Ergebnisse gestützt werden.Anhand der Signalweg-Analyse wurde deutlich, dass das Microarray-Experiment guteMöglichkeiten bietet, um weitere Hypothesen zu generieren oder weiterführendeUntersuchungen für bestimmte Gene durchzuführen. Dies erfolgte hier anhand derGenprodukte von Bcar3 oder Retnla. Schließlich konnte die transkriptionaleRegulation mehrerer Gene, die bei aktuellen Therapieansätzen eine Rolle spielen,bestätigt werden. Chronic hypoxia causes changes in gene expression in the lung, which affect thepulmonary arterial pressure and causes vascular remodelling, among other effects. Inorder to improve the understanding of the processes taking place within the lung, thepresent work examined the changes on the transcriptional level, as apparent at earlypoints of time (3h and 24h) after induction of hypoxia. To this end, microarraytechnology was employed to compare the gene expression profiles from lunghomogenate (by means of extracted RNA) of mice held at hypoxic conditions with thatof mice held at normoxic conditions. Subsequently 13 candidate genes were validatedby means of real-time PCR, which showed a good correlation to the microarray data.Furthermore, the localization of two of the candidate genes within mouse lung tissuewas determined by immunohistochemistry.After only 3h, 115 genes were found to be regulated, 342 genes after 24h. A large partof those candidate genes found to be regulated after 3h was also found after 24h.Comparing the two points in time, the distribution pattern of highly regulated candidategenes was very similar with regards to their molecular function. Among these, genes ofionic, nucleotide and nucleic acid bonds were the most prominent. With respect to thevascular system of the lung, many genes with direct relation to hypoxia-inducedvasoconstriction, vascular remodelling and angiogenesis (e.g. End1, Tgfb1) appearedafter 3h, and again several more after 24h. Furthermore, at early points in timenumerous cellular signalling pathways were detected by which changes within thevascular system of the hypoxic mouse lung take place (e.g. the TGF beta signallingpathway, or signalling pathways of extracellular matrix formation and the coagulationcascade). On the other hand, at early points expression changes were found thatindicate the inhibition of important signalling cascades of the lung exemplarily in cellcycle signalling pathways and antigen presentation. In addition, the significance of thetranscription factor Hif1-3 within the context of hypoxia was supported by the presentresults.The analysis of signalling pathways showed that the microarray experiment offersgood opportunities for generating additional hypotheses or for carrying out furtherstudies of specific genes. In the present work, these were conducted by means of thegene products of Bcar3 or Retnla. Finally, transcriptional regulation of genes that playa role in therapeutic approaches could be confirmed.