Universität zu Köln

Einfluss mechanischer Kräfte auf die Genexpression humaner dermaler Fibroblasten

Seher, Axel (2005) Einfluss mechanischer Kräfte auf die Genexpression humaner dermaler Fibroblasten. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Mechanischer Stress spielt in der Haut eine bedeutende Rolle bei biologischen Prozessen wie der Wundheilung und Narbenbildung, sowie in pathologischen Situationen wie Keloiden, hypertrophen Narben und Fibrosen. Zur Untersuchung des Einflusses von mechanischem Stress auf Hautfibroblasten wurden in dieser Arbeit zwei unterschiedliche Zellkulturmodellsysteme verwendet, die als Bound Lattice (BL) und Free Lattice (FL) bezeichnet werden. Während im FL-System primäre Hautfibroblasten eine Kollagen-I-Matrix frei kontrahieren können, wird im BL-System durch Anlegen eines Nylonrings an die Peripherie der Zellkulturschale die Kontraktion verhindert und folglich mechanischer Stress induziert. Im Rahmen der Untersuchung der beiden Kollagengelsysteme BL und FL wurden Analysen der Genexpressionprofile zu frühen Zeitpunkten im Zeitraum von 1 bis 8 h mit den beiden Methoden SAGE und PIQOR� durchgeführt. Dabei wurden mehr als 50 Transkripte aus den Bereichen Transkriptionsfaktoren, Wachstumsfaktoren, Signaltransduktionen, Komponenten des Zytoskeletts und der EZM sowie Zellrezeptoren identifiziert, die in den Systemen differentiell exprimiert waren. Zusätzlich wurden durch Northernblot-Technik und mittels Q-PCR ausgewählte Kandidaten validiert. Durch eine Literaturrecherche konnten funktionelle Beziehungen der identifizierten Transkripte dargestellt werden. Dabei reagieren die mechanisch belasteten Fibroblasten zeitabhängig in mehreren Phasen durch die Expression geeigneter Transkripte. In der ersten Phase werden Mechanosensoren an der Oberfläche der Zelle stärker exprimiert, die eine bessere Übertragung der mechanischen Signale ins Zellinnere erlaubt. Anschließend werden Komponenten des Zytoskeletts differentiell exprimiert, die über Signaltransduktionswege die Expression von Wachstumsfaktoren initiieren. Der dadurch gestartete autokrine parakrine Loop führt dann zu der Expression weiterer Transkripte, die den nach 20 h enstehenden �aktivierten Fibroblasten� initiieren. Im Zusammenhang mit der Entstehung des �aktivierten Fibroblasten� konnte aufgezeigt werden, dass der Myofibroblasten ähnliche Phänotyp nicht nur im BL-System aktiviert wird, sondern auch im FL-System suppremiert zu werden scheint. Weiterführende Untersuchungen der in diesem Fall identifizierten Kandidatengene kann helfen, die Entstehung bzw. Supprimierung des �aktivierten Phänotyps� besser zu verstehen. Die im SAGE erstellen Expressionsprofile wurden des Weiteren dazu genutzt, charakteristische Transkripte für primäre Hautfibroblasten, Vorhautfibroblasten und transfizierte Fibroblasten zu identifizieren. Die bioinformatische Analyse dieser Fibroblastentypen führte zu der Identifizierung zahlreicher differentiell exprimierter Gene. Es konnte aufgezeigt werden, dass Fibroblasten unterschiedlichen Ursprungs unterschiedliche Expressionsprofile besitzen. Des Weiteren konnten durch die Auswertung der im NCBI publizierten SAGE-Datenbanken potentielle Fibroblastenmarker identifiziert werden.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Mechanical forces play an important role in the skin during physiological processes like tissue repair and scar formation, as well as in pathological situations such as keloids, hypertrophic scars and fibrosis. To investigate the influence of mechanical stress on skin fibroblasts, we cultured primary human dermal fibroblasts from healthy donors in three-dimensional collagen type I lattices in the presence or absence of mechanical stress. In �freely contracting lattices� (FL), fibroblasts reorganize the collagen fibrils and contract the lattice to a dense network. In this system, cells are under no significant mechanical load. By contrast, in the �bound lattices� (BL), fibroblasts develop isometric tension against the collagen matrix, which cannot be contracted. Gene expression profiles were generated from fibroblasts in these two mechanical environments at 1 to 8 hours after culture initiation and analyzed by SAGE (serial analysis of gene expression) and cDNA microarrays. More than 50 differentially expressed transcripts were identified in both systems including transcription factors, growth factors, signal transduction molecules, components of the cytoskeleton and the extracellular matrix as well as cell receptors. Validation of the results obtained for some selected candidates was performed by Northernblot analysis and by real time RT-PCR. Mechanically loaded fibroblasts alter the expression of transcripts in a time-dependent fashion. In the first phase of mechanical loading, mechanical sensors at the cell surface are more strongly expressed thus facilitating the intracellular transmission of mechanical signals. Subsequently, components of the cytoskeleton are differentially expressed and thought to transmit the signals leading to induction of growth factor expression. The initiated autocrine and/or paracrine loops lead to the expression of further transcripts, which induce the fibroblast �activated phenotype� after 20 h. SAGE expression profiles revealed characteristic transcripts of primary skin fibroblasts, foreskin fibroblasts and transfected fibroblasts. The bioinformatic analysis of these results lead to the identification of different expression profiles according to the origin of the fibroblasts. In addition, potential fibroblast markers were identified by screening of the SAGE data generated in this study as well as by analysis of the SAGE data base available at NCBI.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Seher, Axelaxelseher@gmx.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-15185
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Fibroblast Wundheilung Kräfte mechanisch GenexpressionGerman
    fibroblast mechanical forces gene expressionEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Laboratorium für Molekulare Neuroforschung
    Language: German
    Date: 2005
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 10 February 2005
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 07 Sep 2005 11:47:57
    Referee
    NameAcademic Title
    Stoffel, WilhelmProf. Dr. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1518

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