Dokument: Pop4, ein neues Gen in Diabetes mellitus mit Einfluss auf Funktion und Überleben von Betazellen im Mausmodell
| Titel: | Pop4, ein neues Gen in Diabetes mellitus mit Einfluss auf Funktion und Überleben von Betazellen im Mausmodell | |||||||
| Weiterer Titel: | Pop4, a novel gene for diabetes mellitus impacting beta cell function and survival in mice | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=69337 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20250414-133735-6 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Khuong, Jenny Minh-An [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Al-Hasani, Hadi [Gutachter] Belgardt, Bengt-Frederik [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Pankreatische Betazellen spielen eine Schlüsselrolle bei der Entstehung von Diabetes mellitus, da ein Verlust an Betazellmasse sowohl bei Typ 1 als auch bei Typ 2 Diabetes auftreten kann. In früheren Studien wurde Pop4 als Kandidatengen identifiziert, das in der Peak-Region von Nbg7p, einem quantitativen Lokus auf dem Chromosom 7 in einem Rückkreuzungsmausmodell, der mit Blutglukose und Plasma Insulin assoziiert ist, unterliegt. Die Transkription von Pop4 korrelierte positiv mit der Insulin-Genexpression sowohl in einem in vitro Betazellkulturmodell als auch in menschlichen pankreatischen Inseln, was auf eine Rolle des Gens bei der Insulinproduktion postuliert. POP4 wird kanonisch als Untereinheit der Ribonuklease P und MRP beschrieben, die unter anderem an der Reifung von tRNA und rRNA, an der Regulation der Histonvariante 3.3 im Chromatin und an der homologen Rekombination als DNA-Reparaturmechanismus beteiligt sein soll. Zu diesem Zweck sollte die autonome Rolle von Pop4 in der Betazelle für die Insulinproduktion und darüber hinaus der Effekt auf die Betazellplastizität erstmals in einem in vivo Knock-out Mausmodell untersucht werden.
In dieser Thesis, zeigt die neue Betazell-spezifische Pop4-Knockout-Maus (Pop4βKO) mit einer Deletion der Exons 4 und 5 unabhängig vom Geschlecht die Entwicklung eines Diabetes mellitus im frühen Erwachsenenalter aufgrund eines Mangels an Insulin und einen graduellen Verlust der Betazellmasse. Eine fettreiche Diät, die eine Insulinresistenz hervorruft, konnte trotz einer stimulierten Erhöhung des zirkulierenden Plasmainsulinspiegels bei weiblichen Mäusen die oben genannten Effekte nicht verschlimmern. Die Analyse der Glukose stimulierten Insulinsekretion in vivo und ex vivo in isolierten Pankreasinseln zeigte einen Defekt, der dem Auftreten von Hyperglykämie vorausgeht und einen frühen prädiabetischen Zustand von Pop4βKO-Mäusen postuliert. Die histologische Untersuchung der Pankreasinseln zu diesem prädiabetischen Zeitpunkt zeigte eine Beeinträchtigung der Insulinproduktion und -reifung, begleitet von einem vermehrten Auftreten des phosphorylierten Histons H2A.X als Marker für die Reparatur von DNA-Schäden. Das Transkriptom der Inselzellen im prädiabetischen Stadium zeigte eine signifikant erhöhte p53 und p21 Genexpression was darauf hindeutet, dass der Verlust und das Versagen der Betazellen durch Apoptose und Seneszenz induziert sein könnte. Angesichts der beschriebenen funktionellen Rolle von POP4 in der tRNA und rRNA Prozessierung scheint die Proteinsynthese in den pankreatischen Betazellen nicht beeinträchtigt zu sein und das möglicherweise durch eine Kompensation von Pop1 und Rpp30. Zusammengenommen deuten diese Daten auf eine neue, kritische Rolle von POP4 für die Funktion und das Überleben von Betazellen hin. In diesem Zusammenhang, stellt Pop4 ein potentielles kausales Gen für Diabetes dar.Pancreatic beta cells play a key role in the pathogenesis of diabetes mellitus, as beta cell demise is a common process in both type 1 and type 2 diabetes mellitus. Previously, the Pop4 gene emerged as a candidate gene underlying the peak region of Nbg7p, a quantitative trait locus on chromosome 7, associated with blood glucose and plasma insulin in a backcross of diabetes susceptible and resistant mice. Transcription of the Pop4 gene was positively correlated with insulin gene expression in both an in vitro beta cell culture model and human pancreatic islets, suggesting a role for the gene in insulin production. POP4 is canonically described as a subunit of the ribonuclease P and MRP (RNaseP/MRP), which is involved in the maturation of tRNA and rRNA, in the regulation of histone variant 3.3 chromatin assembly and the homology-directed DNA damage response. To this end, the aim was to explore the beta cell autonomous role of Pop4 in insulin synthesis function and investigate the effect on beta cell plasticity for the first time in an in vivo mouse model. In this thesis, the novel generated beta cell-specific Pop4 knockout mouse (Pop4βKO) with deletion of exons 4 and 5 was shown to develop diabetes mellitus in early adulthood due to insulin deficiency and a gradual loss of beta cell mass in a sex-independent manner. High-fat diet induced insulin resistance did not exacerbate beta-cell failure despite elevated circulating plasma insulin levels in female mice. Analysis of glucose-stimulated insulin secretion in vivo and ex vivo in isolated pancreatic islets revealed a defect in insulin secretion that preceded the onset of hyperglycemia and corroborating an early prediabetic state of Pop4βKO mice. Histological studies of prediabetic pancreatic islets revealed impaired insulin production and maturation accompanied by an increased abundance of phosphorylated histone H2A.X as a marker of DNA damage repair. The islet transcriptome in the prediabetic state suggests processes mediating beta-cell failure due to apoptosis and senescence through significantly increased gene expression of p53 and p21. With respect to the described functional roles of POP4 in tRNA and rRNA processing, the protein synthesis appears to be unaffected in Pop4βKO mice, possibly by a compensation through overexpression of the RNAse P/MRP subunits Pop1 and Rpp30. Taken together, these data demonstrate, a critical role for POP4 in beta cell function and survival and in this context as a potential causal gene for diabetes mellitus. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 14.04.2025 | |||||||
| Dateien geändert am: | 14.04.2025 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 14.08.2024 | |||||||
| Datum der Promotion: | 13.12.2024 |
