Dokument: miRNA Expression bei hepatischer Enzephalopathie

Titel:	miRNA Expression bei hepatischer Enzephalopathie
Weiterer Titel:	microRNA Expression Profiling in Hepatic Encephalopathy
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=36460
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20151201-133402-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dipl. Biol. Oenarto, Jessica [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,81 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 01.12.2015 / geändert 01.12.2015
Beitragende:	Prof. Dr. med. Häussinger, Dieter [Gutachter] Prof. Dr. Willbold, Dieter [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die hepatische Enzephalopathie (HE) ist ein neuropsychiatrisches Syndrom, welches mit der zerebralen Bildung von osmotischem und oxidativ/nitrosativem Stress assoziiert ist. Ammoniak, ein Schlüsseltoxin in der Pathogenese der HE, induziert über Bildung von oxidativen Stress Astrozytenseneszenz. Die hierbei zugrundeliegenden molekularen Mechanismen sind nur wenig verstanden. Da miRNAs die Expression zellzyklussteuernder Gene regulieren können und ihre Expression durch oxidativen Stress moduliert werden kann, wurde untersucht, ob Astrozytenseneszenz durch Ammoniak-induzierte miRNA Expressionsänderungen vermittelt wird. An kultivierten Astrozyten wurden mittels Microarray-basierter miRnom- und Transkriptomanalyse 43 herunterregulierte miRNA-Spezies und 142 hochregulierte Gene in NH4Cl (5 mmol/l, 48 Std.)- behandelten Astrozyten identifiziert. Die durch Microarray-Analyse identifizierten miRNA- und Genexpressionsänderungen wurden nachfolgend exemplarisch durch quantitative Realtime-PCR validiert. Mit Hilfe bioinformatischer Analysetools wurden 43 potentielle Zielgene durch Ammoniak- vermindert exprimierter miRNA-Spezies unter den durch Ammoniak hochregulierten Genen identifiziert. Weitere Untersuchungen fokussierten auf die Hämoxygenase-1 (HO-1). Eine Inhibition von HO-1 regulierenden und durch Ammoniak herunterregulierten miRNA-Spezies steigerte die HO-1 mRNA- und Proteinexpression und hemmte die Astrozytenproliferation in HO-1-abhängiger Weise. Sowohl die Hemmung der ammoniakinduzierten Hochregulation der HO-1 durch Taurin (5 mmol/l) als auch Blockierung der HO-1-Aktivität durch Zinn-Protoporphyrin IX verhindert die ammoniakinduzierte Proliferationshemmung und Seneszenz. Diese Befunde deuten darauf hin, dass ammoniakvermittelte miRNA Expressionsänderungen durch Hochregulation der HO-1 Seneszenz in Astrozyten induzieren. miRNA- und Genexpressionsänderungen wurden auch in post mortem Hirnproben von Zirrhosepatienten mit und ohne HE mittels Transkriptom und miRnom Microarray-Analyse untersucht. Dabei konnten 25 herunterregulierte miRNA-Spezies und 602 herunterregulierte Gene in Zirrhosepatienten mit HE identifiziert werden. 23 der 25 hochregulierten miRNA-Spezies waren bei Zirrhosepatienten ohne HE nicht gleichsam verändert. Durch bioinformatische Analyse wurden potentielle bei HE vermindert exprimierte miRNA-Zielgene vorhergesagt, die in Zusammenhang mit bei HE beeinträchtigten zerebralen Funktionen stehen. An Astrozytoma und Neuroblastomazellen konnte gezeigt werden, dass die Überexpression von in Hirnproben von HE-Patienten hochregulierter miRNAs zelltypspezifisch die Expression potentieller Zielgene herunterreguliert, die auch im Hirnproben der HE-Patienten vermindert exprimiert gefunden wurden. Diese Ergebnisse zeigen spezifische Genexpressionsänderungen im Gehirn von HE-Patienten als mögliche Folge verändert exprimierter miRNA-Spezies. Hepatic encephalopathy (HE) is a neuropsychiatric syndrome evolving from cerebral osmotic disturbances and oxidative/nitrosative stress. Ammonia, the main toxin of HE, triggers astrocyte senescence in an oxidative stress-dependent way. However, molecular mechanisms underlying ammonia-induced astrocyte senescence are incompletely understood. miRNAs are endogenous non- coding single stranded RNA molecules which regulate gene expression through inactivation or degradation of mRNA species. As miRNAs are critically involved in cell cycle regulation and their expression may be regulated by oxidative stress, the impact of ammonia-induced miRNA expression changes was analyzed. In the second part of this project miRNA expression profiling was performed in post mortem brain tissue of controls and patients with cirrhosis and hepatic encephalopathy. The analysis in cultured astrocytes in vitro showed that by using combined miRNA and gene microarray approach, 43 miRNA species were downregulated and 142 genes were upregulated by NH4Cl (5 mmol/l, 48h). Ammonia-induced miRNA and gene expression changes were validated by qPCR and 43 potential miRNA target genes, including heme oxygenase 1 (HO-1), were identified by matching upregulated mRNA species with predicted targets of miRNA species downregulated by ammonia. Inhibition of HO-1 targeting miRNAs rno-miR-31a-5p, -221-3p, -221-5p, -222-3p, -326-3p and -365-3p which were downregulated by NH4Cl (5 mmol/l, 48h) strongly upregulated HO-1 mRNA and protein levels and inhibited astrocyte proliferation in a HO-1 dependent way. Preventing ammonia-induced upregulation of HO-1 by taurine (5 mmol/l) as well as blocking HO-1 activity by tin protoporphyrine IX fully prevented ammonia-induced proliferation inhibition and astrocyte senescence. The data suggest that ammonia induces astrocyte senescence through oxidative stress- dependent downregulation of HO-1 targeting miRNAs and concomitant upregulation of HO-1 at both mRNA and protein level. By using a combined miRNA and gene microarray approach, 25 upregulated miRNA species and 602 genes were found to be downregulated in human post mortem brain tissue of cirrhotic patients with HE compared to controls. 23 out of 25 miRNAs were specifically upregulated in HE patients. A tendency towards upregulation could be confirmed for 13 miRNA Species using qPCR. 195 potential miRNA target genes were identified through bioinformatics analysis. These genes were related to learning and memory processing, sleep/wake rhythm, motor functions and synaptic plasticity. The present findings point to a potential role of miRNA expression changes for gene expression changes in brain of cirrhotic patients with HE.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	01.12.2015
Dateien geändert am:	01.12.2015
Promotionsantrag am:	29.09.2015
Datum der Promotion:	10.11.2015