Dissertation (Metadaten)
Titel:Identifizierung und differentielle Expression von Notch1-Zielgenen in murinen embryonalen Stammzellen und während der frühen mesodermalen Differenzierung
 
Autor:Franziska Meier-Stiegen
 
URN:NBN:urn:nbn:de:gbv:8-diss-27807
 
Fakultät:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
DDC Sachgebiet:570 Biowissenschaften, Biologie
 
Datum der mdl. Prüfung:05.02.2008
 
Referent(in):Prof. Dr. S. Rose-John
Korreferent(en) Korreferentin:Prof. Dr. M. Leippe
 
Beschreibung (original):Der Notch-Signaltransduktionsweg ist von essentieller Bedeutung für die Embryonalentwicklung vielzelliger Organismen. Er induziert und reguliert zahlreiche Zelllinienentscheidungen und ist für äußerst vielfältige kontextabhängige Effekte in den unterschiedlichsten Zell- und Gewebetypen verantwortlich. Diese Effekte betreffen sowohl Differenzierung als auch Proliferation und Apoptose. Die Regulation der Signaltransduktion durch Notch ist in ihren Grundzügen bekannt; die molekularen Mechanismen, die den Zelllinienentscheidungen zugrunde liegen, oft nicht. Eine Erklärung für die Vielfältigkeit der durch Notch vermittelten Effekte ist, dass bisher nicht alle generellen oder kontextabhängigen Zielgene von Notch identifiziert werden konnten. Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit war die Blockierung der mesodermalen Differenzierung durch Notch1, quantifiziert durch die Repression Flk-1+ mesodermaler Vorläuferzellen nach Aktivierung von Notch1 in vitro in der murinen embryonalen Stammzelllinie EB5. Neben der genaueren Charakterisierung dieser Blockierung durch Notch1 stand die Identifizierung der Zielgene von Notch1, welche wahrscheinlich den Mechanismus dieser Zelllinienentscheidung vermitteln, im Vordergrund. Durch Microarray-Analysen in embryonalen Stammzellen sowie in daraus differenzierten mesodermalen Vorläuferzellen konnten 484 bekannte Gene identifiziert werden, deren Expression nach Aktivierung von Notch1 in zumindest einer der untersuchten Kulturbedingungen mindestens zweifach reguliert worden war. 32 dieser Gene, deren biologische Funktion zu der von Notch1 passend war, wurden zur weiteren Untersuchung ausgewählt. Zu dieser Gruppe zählten bereits bekannte Zielgene von Notch1, aber auch Gene, deren Expression mit der Aktivierung von Notch1 bisher nicht im direkten Zusammenhang stand, z. B. Myf5, Sox9 oder Pax6. Neben der Analyse der differentiellen kontextabhängigen Expression dieser Gene unter verschiedenen Kulturbedingungen und in verschiedenen Zelltypen wurde ebenfalls überprüft, ob die durch Notch1 vermittelte Regulation der Expression dieser Gene direkt war. Abschließend wurde begonnen, mittels RNA-Interferenz ein System zur Charakterisierung der biologischen Funktion der Zielgene während der Inhibition der mesodermalen Differenzierung durch Notch1 zu entwickeln. Durch die Identifizierung der Zielgene von Notch1 in embryonalen Stammzellen und mesodermalen Vorläuferzellen wurde ein erster wichtiger Schritt getan, um die molekularen Mechanismen der kontextabhängigen Effekte von Notch1 während der frühen Embryonalentwicklung der Maus aufdecken zu können.
 
(übersetzt):Notch signalling is essential for the embryonic development of multicellular organisms. Depending on the cellular context, Notch induces and regulates a variety of cell lineage decisions and affects differentiation, proliferation and apoptosis in different types of cells or tissues. Up to now basic aspects of the regulation of Notch signalling are known, however in most cases little is known about the molecular mechanisms which are the basis of the cell lineage decisions. One explanation for the diversity of Notch regulated effects is maybe the presence of still not identified general or context dependent target genes. This study was based on the repression of mesodermal differentiation caused by Notch1. This effect was quantified by measuring the amount of Flk-1+ mesodermal progenitor cells generated in vitro in the embryonic stem cell line EB5 after activation of Notch1. Beside further characterization of this result, the main goal of this study was to identify the target genes of Notch1 which probably cause this cell lineage decision. 484 known genes - whose expression was at least two fold regulated after activation of Notch1 in at least one of the analysed culture conditions - were identified by microarray analysis in embryonic stem cells as well as in mesodermal progenitor cells. 32 genes out of this group were chosen for ongoing analysis. The known functions of these genes were comparable to the known functions of Notch1 during embryonic development. Belonging to this group of genes were known target genes of Notch1 as well as genes with so far unknown direct relation between their expression and the activation of Notch1, for example Myf5, Sox9 or Pax6. The differential context dependent expression of the identified Notch1 target genes was analysed in different culture conditions as well as in different cell types. In addition, it was investigated if regulation of gene expression after activation of Notch1 was induced directly or indirectly. Final part of this work was starting the development of an experimental system based on RNA interference to characterize the biological function of the identified target genes during inhibition of mesodermal differentiation caused by activation of Notch1. A first important step was taken to uncover the molecular mechanisms which manage the context dependent effects of Notch1. The identification of Notch1 target genes in embryonic stem cells and mesodermal progenitor cells and the analysis of their differential expression laid the foundation for future investigations.
 
Schlagworte:Notch
 
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