Einfluss des Wachstums-Differenzierungs-Faktors-15 (GDF-15) auf die Gen- und Proteinexpression des Musculus gastrocnemius bei hypercholesterinämischen (knockout) Mäusen.

Einleitung: Der Wachstums-Differenzierungs-Faktor-15 (GDF-15) gehört zur TGF-β-Superfamilie und wird bei Entzündungen und Stressexposition insbesondere von Makrophagen, Gefäßmuskelzellen, Kardiomyozyten, Adipozyten und Endothelzellen vermehrt exprimiert (Schlittenhardt et al., 2004; Bauskin et al.,...

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Main Author: Wagner, Moritz
Contributors: Kinscherf, Ralf (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2017
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Einleitung: Der Wachstums-Differenzierungs-Faktor-15 (GDF-15) gehört zur TGF-β-Superfamilie und wird bei Entzündungen und Stressexposition insbesondere von Makrophagen, Gefäßmuskelzellen, Kardiomyozyten, Adipozyten und Endothelzellen vermehrt exprimiert (Schlittenhardt et al., 2004; Bauskin et al., 2005; Bermúdez et al., 2008; Ding et al., 2009; Adela and Banerjee, 2015). In früheren Arbeiten haben wir gezeigt, dass die Protein- und mRNA-Expression von GDF-15 in arteriosklerotischen Gefäßwänden induziert und dort in Makrophagen lokalisiert ist (Schlittenhardt et al., 2004; Bonaterra et al., 2012). GDF-15 dient als neuer Biomarker für kardiovaskulären Stress und ist u.a. mit Herzinsuffizienz und kardialem Remodeling assoziiert (Andersson et al., 2016; Meijers et al., 2016). Außerdem wurde gefunden, dass bei GDF-15-Defizienz die Entstehung und Progression der Arteriosklerose gehemmt ist (de Jager et al., 2011; Bonaterra et al., 2012). In der vorliegenden Studie sollte der Einfluss von GDF-15 auf die Expression inflammatorischer, angiogenetischer, apoptotischer bzw. atrophischer Gene/Proteine in der Skelettmuskulatur bei cholesteringefütterten Mäusen in einem Mausmodell für experimentelle Arteriosklerose (ApoE-/-) untersucht werden. Material und Methoden: Mithilfe eines LacZknockin-Konstrukts wurden GDF-15-defiziente Mäuse generiert (Strelau et al., 2009) und anschließend mit ApoE-/--Mäusen gekreuzt, sodass folgende Genotypen zur Verfügung standen: GDF-15+/+/ApoE+/+ (Wildtyp), GDF-15-/-/ApoE+/+, GDF-15+/+/ApoE-/- und GDF-15-/-/ApoE-/-. Im Alter von zehn Wochen wurden die Tiere mit einem cholesterinreichen Futter (CHF) über einen Zeitraum von 12 bzw. 20 Wochen gefüttert. Das Gewicht sowie die Serum-Cholesterin- und -Triglyzeridspiegel der Mäuse wurden dabei vor CHF-Gabe und nach 12 bzw. 20 Wochen cholesterinreicher Fütterung bestimmt. Anschließend wurde der M. gastrocnemius entnommen und RNA sowie Proteine isoliert. Die mRNA-Expression von relevanten Genen für Inflammation, Apoptose, Angiogenese, Atrophie und nikotinerge Acetylcholin-Rezeptoren (AChR) wurde mithilfe quantitativer Real-Time RT-PCR (qRT-PCR) untersucht. Auf Proteinebene wurden im Skelettmuskel u.a. pro-/anti-inflammatorische Zytokine und pro-/anti-angiogenetische Chemokine mittels „Proteome Profiler™ Mouse Cytokine Array Kit“-System quantifiziert. Ergebnisse: Das Gewicht war bei GDF-15-/-/ApoE+/+-Mäusen nach 20 Wochen CHF (10 %; p≤0,01) und bei GDF-15-/-/ApoE-/--Tieren vor CHF (6 %; p≤0,01) und nach 12 (16 %; p≤0,01) bzw. 20 Wochen CHF (34 %; p≤0,001) höher als bei Wildtyp- bzw. GDF-15+/+/ApoE-/--Mäusen (Kubo, 2013). Der Serum-Cholesterinspiegel war bei GDF-15-/-/ApoE-/--Mäusen vor CHF (22 %; p≤0,05) und nach 12 (34 %; p≤0,001) bzw. 20 Wochen CHF (14 %; p≤0,05) höher als bei GDF-15+/+/ApoE-/--Mäusen (Kubo, 2013). Des Weiteren waren bei GDF-15-/-/ApoE+/+-Mäusen nach 12 (54 %; p≤0,05) bzw. 20 Wochen CHF (35 %; p≤0,05) und bei GDF-15-/-/ApoE-/--Mäusen nach 20 Wochen CHF (95 %; p≤0,01) die Serum-Triglyzeridspiegel höher als bei Wildtyp- bzw. GDF-15+/+/ApoE-/--Mäusen (Kubo, 2013). Nach 12 Wochen CHF zeigte die quantitative Real-Time RT-PCR im M. gastrocnemius von GDF-15-/-/ApoE+/+-Mäusen eine 21- und 6fach (p≤0,05) höhere IL-6- bzw. IL-1β-Expression im Vergleich zu Wildtyp-Tieren. Nach 20 Wochen CHF konnte eine 69 % bzw. 98 % (p≤0,05) niedrigere IL-6- bzw. IL-1β-mRNA-Expression in dieser Gruppe festgestellt werden. Die Expression des pro-apoptotischen Bax-Gens war im M. gastrocnemius von GDF-15-/-/ApoE+/+-Mäusen nach 12 Wochen CHF 31fach (p≤0,05) höher als bei Wildtyp-Tieren. Darüber hinaus fanden wir nach 20 Wochen CHF in GDF-15-/-/ApoE-/--Mäusen eine 86 % (p≤0,05) niedrigere Bax-Expression als bei GDF-15+/+/ApoE-/--Tieren. Die Expression des pro-angiogenetischen Notch1-Gens war nach 20 Wochen CHF im M. gastrocnemius von GDF-15-/-/ApoE-/--Mäusen 97 % (p≤0,05) niedriger als bei GDF-15+/+/ApoE-/--Tieren. Die mRNA-Expression des Fbxo32-Atrophie-Gens war nach 12 Wochen CHF in GDF-15-/-/ApoE+/+-Mäusen 23fach höher (p≤0,05) als bei Wildtyp-Tieren. Darüber hinaus zeigte die Untersuchung mittels membranbasiertem Sandwich-Immunassay (Proteome Profiler™ Mouse Cytokine Array Kit) im M. gastrocnemius von GDF-15-/-/ApoE+/+-Mäusen nach 20 Wochen CHF eine 1,5-3,1fach erhöhte Proteinexpression pro-inflammatorischer (z.B. IL-1β, IL-6, IL-17, IFN-γ und TNF-α) und eine 1,2-2,5fach erhöhte Proteinexpression anti-inflammatorischer (z.B. IL-4, IL-10 und IL-13) Zytokine im Vergleich zu Wildtyp-Tieren. Im M. gastrocnemius von GDF-15-/-/ApoE-/--Mäusen war nach 20 Wochen CHF die Expression sowohl pro- als auch anti-inflammatorischer Proteine 39-85 % im Vergleich zu GDF-15+/+/ApoE-/--Tieren erniedrigt. Die Proteinexpression inflammatorischer und pro-/anti- angiogenetischer Chemokine (z.B. CCL2, CXCL1 und CXCL9) war im M. gastrocnemius von GDF-15-/-/ApoE+/+-Mäusen verglichen mit Wildtyp-Tieren nach 20 Wochen CHF 1,1-2,7fach erhöht. GDF-15-/-/ApoE-/--Mäuse hatten nach 20 Wochen CHF im M. gastrocnemius im Vergleich zu GDF-15+/+/ApoE-/--Tieren eine 45-73 % niedrigere Proteinexpression inflammatorischer und angiogenetischer Chemokine. Schlussfolgerung: GDF-15 scheint im M. gastrocnemius die Expression pro-/anti-inflammatorischer, pro-/anti-angiogenetischer, apoptose- und atrophierelevanter Gene/Proteine abhängig von der Fütterungsdauer zu beeinflussen. Des Weiteren moduliert GDF-15 das Gewicht sowie die Serum-Cholesterin- bzw. -Triglyzeridspiegel.
Physical Description:182 Pages
DOI:https://doi.org/10.17192/z2017.0149