Universität zu Köln

Kwasny, Thomas Franz (2012). Die Rolle der nSMase3 in der Regulation des postnatalen Wachstums der Maus. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Abstract An important cellular effect of various stimuli such as cytokines, G protein-coupled receptors and stress, is the hydrolysis of sphingomyelin to ceramide and phosphorylcholine. This reaction is catalyzed by the family of sphingomyelinases (SMases). Currently 7 different SMases are identified which differ in their pH optimum (acid, basic or neutral SMases) and cation dependency. However, the physiological significance of many members of this family of proteins is still largely unknown. In this study, the neutral, Mg2+dependent nSMase3 that is localized in the endoplasmatic reticulum and Golgi network was characterized in vivo. To analyze the physiological role of nSMase3, a conventional knockout mouse was generated. Upon Cre-mediated recombination, exons 4-8 were deleted, thus inactivating the nSMase3 gene. The complete loss of nSMase3 caused a pleiotropic, partially prenatally lethal phenotype with a strong delay of postnatal growth. In addition, nSMase3 deficient animals exhibited an impaired spermatogenesis and altered lipid composition of liver, white adipose tissue and testis. Expression analysis of nSMase3 in various mouse tissues revealed that the nSMase3 is highly expressed in neuronal and reproductive tissues. Due to these findings, the endocrine axes were examined in nSMase3 deficient animals. The growth delay in nSMase3 deficient animals correlated to significantly reduced serum concentrations of insulin-like growth factor (IGF1), which is a crucial regulator of growth. In addition the present data suggest that the infertility of the males is due to an incomplete spermatogenesis, characterized by greatly reduced testosterone production. Taken together, these results underscore the central role of sphingomyelinases in the systemic endocrine regulation and identify nSMase3 as a central regulator of spermatogenesis and the growth axis.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Zusammenfassung Ein wichtiger Effekt von diversen Stimuli, wie Zytokinen, G-Protein-gekoppelten Rezeptoren und Stress, ist die Hydrolyse von Sphingomyelin zu Ceramid und Phosphorylcholin. Diese Reaktion wird durch die Familie der Sphingomyelinasen (SMasen) katalysiert. Es sind mindestens 7 verschiedene SMasen identifiziert, die sich in ihrem pH Optimum (saure, basi oder neutrale SMasen) und Kation- Abhängigkeit unterscheiden. Jedoch ist die physiologische Bedeutung vieler Mitglieder dieser Proteinfamilie noch weitestgehend unbekannt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die neutrale, Mg2+-abhängige nSMase3 der Maus in vivo charakterisiert, welche im ER und Golgi lokalisiert ist. Zur Analyse der physiologischen Rolle der nSMase3 wurde in dieser Arbeit eine nSMase3 defiziente Maus (nSMase3Δ/Δ) generiert. Dazu wurde ein Targeting-Vektor erstellt, der einen kurzen und einen langen Homologiearm, ein Neomycingen, ein Thymidinkinase Gen und loxP flankierte Exone 4 bis 8 der nSMase3 beinhaltet. Eine durch die Cre- Rekombinase vermittelte DNA-Rekombination führt zur Deletion der loxP flankierten Exone und somit zur Inaktivierung des nSMase3 Gens. Der komplette Verlust der nSMase3 führte zu einem teilweise pränatal letalen Phänotyp mit einer starken Verzögerung des postnatalen Wachstums. Zudem wiesen nSMase3Δ/Δ Mäuse eine gestörte Spermatogenese auf und zeigten eine veränderte Lipidkomposition der Leber, des weißem Fettgewebes und des Hodens. Expressionsanalysen der nSMase3 in diversen Mausgeweben zeigten eine starke Expression der nSMase3 in neuronalen und reproduktiven Geweben. Aufgrund dieser Beobachtungen wurden die endokrinen Achsen in nSMase3Δ/Δ Mäusen untersucht. Die Ursache für die beobachtete Wachstumsverzögerung nach dem Verlust der nSMase3 kann auf eine signifikant reduzierte IGF1 Serumkonzentration in den nSMase3Δ/Δ Mäusen zurückgeführt werden. Die vorliegenden Daten deuten darauf hin, dass die Infertilität der männlichen Mäuse auf einer unvollständigen Spermatogenese basiert, die durch eine stark reduzierte Testosteron-Produktion hervorgerufen wird. Zusammengefasst unterstreichen diese Ergebnisse die zentrale Rolle der Sphingomyelinasen in der systemischen endokrinen Regulation und identifizieren die nSMase3 als zentralen Regulator der Wachstumsachse und der Fertilität. UNSPECIFIED
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Kwasny, Thomas Franz tkwasny@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-47529
Date:	2012
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language nSMase3 UNSPECIFIED Growth UNSPECIFIED
Date of oral exam:	15 May 2012
Referee:	Name Academic Title Brüning, Jens C. Prof. Dr. Krönke, Martin Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4752