Dokument: Hyperammonämie induzierte Veränderungen im zerebralen Transkriptom und Proteom

Titel:	Hyperammonämie induzierte Veränderungen im zerebralen Transkriptom und Proteom
Weiterer Titel:	Hyperammonemia-induced changes in the cerebral transcriptome and proteome
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=64370
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20231214-132957-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Schrimpf-Nossenkis, Alina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 15,53 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.12.2023 / geändert 09.12.2023
Beitragende:	Prof. Dr. med. Häussinger, Dieter [Gutachter] Prof. Dr. Schmitt, Lutz [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die hepatische Enzephalopathie (HE) ist eine lebensbedrohliche Komplikation bei akuten oder chronischen Leberfunktionsstörungen. Die Symptome der HE umfassen Beeinträchtigungen von Motorik und Kognition in unterschiedlicher Schwere. In der Pathogenese der HE ist Ammoniak ein Haupttoxin. Die hierdurch im Gehirn hervorgerufenen molekularen Veränderungen sind jedoch nur unvollständig verstanden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Genexpressionsunterschiede und Änderungen der Spiegel spezifischer Proteine im Gehirn der leberspezifischen Glutamin Synthetase-Knockout Maus (LGS-KO) zu identifizieren. Diese Tiere zeigen eine lebenslange chronische Hyperammonämie in Abwesenheit eines Leberschadens und eignen sich daher insbesondere dafür Auswirkungen einer reinen Hyperammonämie auf das Gehirn zu untersuchen. In Transkriptom- und Proteomanalysen wurden im zerebralen Kortex, Hippocampus und Zerebellum der LGS KO Mäuse 214, 44 und 163 Gene sowie 4, 34 und 15 Proteine gefunden, deren Expression oder Spiegel signifikant verändert waren gegenüber den Wildtyp-Kontrollen. Die identifizierten Genexpressionsänderungen im zerebralen Kortex wurden hauptsächlich der RNA-Prozessierung zugeordnet. Für weiterführende Untersuchungen wurden die Methyltransferase CARM1, das RNA bindende Protein TROVE2, der Eisenchelator LCN2 und der Glutamintransporter ASCT2 selektiert. Immunfluoreszenzanalysen zeigten CARM1, TROVE2, LCN2 und ASCT2 in Astrozyten im Gehirn von Maus und Ratte und in Rattenastrozyten in vitro. Die Inkubation von kultivierten Rattenastrozyten mit Ammoniumchlorid (NH4Cl, 5 mM) veränderte die Expression und Spiegel der selektierten Kandidaten in ähnlicher Weise wie im Gehirn der LGS-KO-Mäuse. Untersuchungen zur Funktionalität wiesen außerdem auf eine Bedeutung der durch NH4Cl-induzierten Änderungen der Proteinspiegel von CARM1 und ASCT2 für Astrozyten-Seneszenz, von LCN2 für die intrazelluläre Eisenhomöostase und von TROVE2 für die RNA Qualitätskontrolle. ASCT2 und LCN2 Proteinspiegel waren ebenfalls im zerebralen Kortex von Ammoniumazetat-intoxikierter Ratten (4,5 mmol/Kg Körpergewicht, 24 h) erhöht. TROVE2 und ASCT2 mRNA-Spiegel waren signifikant erhöht in humanen post mortem Hirngewebe von Patienten mit Leberzirrhose und HE. Die Untersuchungen und Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen erstmalig umfassende Änderungen im zerebralen Transkriptom und Proteom von LGS-KO-Mäusen, die potenziell bedeutsam sind für Hyperammonämie-induzierte Hirnfunktionsstörungen. Hepatic encephalopathy (HE) is a severe complication of acute or chronic liver disfunction. The symptoms are motoric and cognitive impairments in different degrees. The pathogenesis of HE is triggered by ammonia as a main toxin. The molecular alterations evoked by hyperammonemia-induced cerebral impairment are not fully understood and a matter of current research. The aim of the present study was to identify expression alterations in the brain of the liver specific glutamine synthetase knockout mice (LGS-KO) on gene and protein levels. These animals suffer a lifelong chronic hyperammonemia in absence of any liver damage. Therefore, they represent a sufficient animal model for an experimental approach to investigate the effects of pure hyperammonemia on the brain. In transcriptomics and proteomics of the cerebral cortex, hippocampus, and the cerebellum of LGS-KO mice 214, 44 and 163 genes and 4, 34 and 15 proteins with significantly altered expression or abundance in comparison to the wildtype controls could be detected. The identified gene expression alterations could be categorized to RNA-processing. For further experiments methyltransferase CARM1, RNA-binding protein TROVE2, iron chelator LCN2 as well as glutamine transporter ASCT2 were selected. Immunofluorescence analyses showed the expression of CARM1, TROVE2, LCN2 and ASCT2 in astrocytes from mouse and rat brain and rat astrocytes in vitro. Treating cultured astrocytes with ammonium chloride (NH4Cl, 5 mM) displayed similar tendencies of the selected candidates on gene and protein level accordingly to the observed alterations in the brain of LGS-KO mice. Further experiments on the functionality of the selected targets suggest a role of CARM1 and ASCT2 for senescence, LCN2 for disturbed iron homeostasis and TROVE2 for RNA quality control in ammonium chloride-exposed cultured astrocytes. The protein levels of ASCT2 and LCN2 were further elevated in the cerebral cortex of ammonium acetate intoxicated rats (4.5 mmol/kg body weight, 24 h). TROVE2 and ASCT2 mRNA levels were significantly elevated in human post mortem brain tissue samples from patients with liver cirrhosis and HE. The results of the present study show previously unknown ammonia-induced changes in the cerebral transcriptome and proteome of the LGS-KO mice. Additionally, potential functional consequences for the selected targets for hyperammonemia-induced brain dysfunctions and HE could be revealed.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	14.12.2023
Dateien geändert am:	14.12.2023
Promotionsantrag am:	15.02.2023
Datum der Promotion:	28.11.2023