An Herzhypertrophie und Genesung beteiligte Gene identifiziert

An Herzhypertrophie und Genesung beteiligte Gene identifiziert
An Herzhypertrophie und Genesung beteiligte Gene identifiziert
Anonim

BERKELEY, CA - Die erste Studie, bei der Roboter-Microarray-Technologie verwendet wurde, um ganzes Herzgewebe von Mäusen zu screenen, fand 55 Gene, die an Herzhypertrophie beteiligt sind; 30 Gene wurden zum ersten Mal mit der Erkrankung in Verbindung gebracht, und über die Hälfte davon waren völlig neu. Darüber hinaus wurde in einer Entdeckung, die mit biochemischen Standardmethoden nicht gemacht worden wäre, festgestellt, dass acht Gene nur mit der Erholung von der Hypertrophie (Regression) assoziiert sind.

"Herzhypertrophie tritt auf, wenn ein Herz gestresst ist – wie durch hohen Blutdruck, oder wenn einige Herzzellen absterben und andere überkompensieren müssen", erklärt Carl Friddle vom Lawrence Berkeley National Laboratory des Department of Energy, wo die Studie durchgeführt wurde durchgeführt.„Anstatt sich zu teilen, werden die Zellen größer. Anfangs ist diese Kompensation hilfreich, aber eine übermäßige Hypertrophie kann einige Zellen töten, was den Stress erhöht und dazu führt, dass die überlebenden Zellen noch größer werden – ein außer Kontrolle geratener Kreislauf, der in einer Herzinsuffizienz enden kann.“

"Hypertrophie ist unabhängig von anderen Risikofaktoren für Herzerkrankungen wie Bluthochdruck", sagt James Bristow, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Berkeley Lab und außerordentlicher Professor für Pädiatrie an der University of California in San Francisco. „Sie können Bluthochdruck behandeln, und wenn der Blutdruck sinkt, kann sich die Hypertrophie vollständig zurückbilden oder auch nicht. Patienten könnten davon profitieren, wenn wir sie direkt behandeln könnten.“

Um die Beziehung zwischen Genen zu verstehen, die an allen Phasen der Hypertrophie und Regression beteiligt sind, wandten Bristow und Friddle die Microarray-Techniken an, die Friddle in Pat Browns Labor an der Stanford University gelernt hatte. Später, als er in der Abteilung für Genomwissenschaften von Edward Rubin in der Abteilung für Biowissenschaften des Berkeley Lab arbeitete, verwendete Fiddle die Technik, um die Expression von bis zu 10.000 Genen gleichzeitig zu überwachen.

"Von geschätzten 100.000 Genen im Mausgenom wurden bisher mehr als 4.000 charakterisiert, und wir erwarten, dass in naher Zukunft weitere 8.000 gut beschrieben werden", sagt Friddle. "Die Microarray-Technologie kann alle diese bekannten Gene auf einmal betrachten und sehen, welche in verschiedenen Stadien der Hypertrophie exprimiert werden. Letztendlich werden wir in der Lage sein, das gesamte Genom zu betrachten."

Herzhypertrophie wurde bei jungen männlichen Mäusen durch Verabreichung der Medikamente Angiotensin II oder Isoproteronol über einen Zeitraum von ein bis zwei Wochen induziert. Als die Medikamente abgesetzt wurden, normalisierten sich die Herzgewichte in diesen Gruppen. Mäuse in einer passenden Gruppe, die als Kontrollen dienten, erhielten nur Kochsalzlösung.

Um jedes Stadium der Hypertrophie und Erholung zu testen, wurde RNA in täglichen Intervallen aus Herzgewebe extrahiert, einschließlich der RNA, die alle aktiven Gene in jeder der Gruppen repräsentiert.

Um zu sehen, welche Gene aktiv waren, positionierten die Stifte des Roboter-Microarrayers Punkte von Genfragmenten aus der Bibliothek geklonter Gene der Abteilung für Genomwissenschaften auf Objektträgern aus Glas.Jedes Genfragment ist in der Lage, an die Boten-RNA (mRNA) zu binden, die für das Proteinprodukt eines bestimmten Gens kodiert.

Messenger-RNA, die aus Herzgewebe extrahiert wurde, wurde auf jeden Objektträger gegeben. Die mRNA von hypertrophierten Herzen wurde mit rot fluoreszierendem Farbstoff markiert, die von normalen Herzen mit grün fluoreszierendem Farbstoff. Die mRNA beider Gewebearten wurde gemischt und mit den Tausenden von Genfragmentsträngen auf dem Objektträger reagieren gelassen.

Ein Laserscanner hat die Farbstoffe angeregt. Ein Fleck, der mehr rot als grün leuchtete, markierte ein Gen, das in diesem Stadium der Hypertrophie oder Erholung aktiv war. Ein grün leuchtender Fleck markierte ein Gen, das vom normalen Herzen stark exprimiert wird. Ein Computer verglich Bilder der Objektträger, um die verschiedenen aktiven Gene zu identifizieren: Flecken, die nicht oder nur schwach leuchteten, markierte Gene, die von Herzzellen schwach oder gar nicht exprimiert werden.

"Weil die Herzhypertrophie umfassend untersucht wurde, ist bereits bekannt, dass etwa 300 Gene damit in Verbindung stehen", sagt Bristow. "Obwohl wir nur 55 gefunden haben, waren mehr als die Hälfte davon neu."

Friddle merkt an, dass „der Hauptgrund, warum wir nicht mehr identifiziert haben, obwohl wir nur etwa fünf Prozent des Mausgenoms untersucht haben, darin besteht, dass wir sicherstellen wollten, dass wir keine falsch positiven Ergebnisse haben. Die Frage ist nicht, wie groß ein Ausdruckseffekt ist, sondern ob Ausdruck repliziert werden kann."

Die Forscher suchten nach Faktoren wie der durch die Medikamente verursachten Genexpression, nicht nach der Hypertrophie selbst. Sie eliminierten auch zahlreiche Quellen für Variabilität in der Expression, „darunter einige, die so zufällig sind, dass man sie genauso gut der Mondphase zuschreiben könnte“, sagt Bristow. „Aber durch die interne Microarray-Analyse im Berkeley Lab konnten wir zahlreiche Replikationen durchführen – als wir wiederholt Veränderungen in der Expression eines Gens sahen, wussten wir, dass es echt war.“

Ein wichtiges Ergebnis des Ganzgewebeansatzes unter Verwendung wiederholter Microarray-Analysen im Laufe der Zeit war die Identifizierung von Genen, die nur in der Regressionsphase exprimiert wurden.„Hypertrophie wurde zu Tode untersucht“, sagt Bristow, „aber überraschend wenig Aufmerksamkeit wurde der Regression geschenkt. Wenn wir wissen, welche Gene während der Genesung von Herzhypertrophie exprimiert werden, können wir sie möglicherweise zur Überexpression anregen – eine der ersten Dinge, die wir untersuchen wollen, sind mögliche Hinweise zur therapeutischen Modifizierung der Regression."

Friddle, Bristow und ihre Kollegen Teiichiro Koga und Edward M. Rubin berichten über die Ergebnisse ihrer Studie in einem Artikel mit dem Titel „Expression Profiling Reveal Distact Sets of Genes Altered during Induction and Regression of Cardiat Hypertrophy“in den Proceedings der National Academy of Sciences, 6. Juni 2000, die online veröffentlicht wurde. Die Forschung wurde von den National Institutes of He alth und dem Department of Energy unterstützt.

Das Berkeley Lab ist ein nationales Labor des US-Energieministeriums in Berkeley, Kalifornien. Es führt nicht klassifizierte wissenschaftliche Forschung durch und wird von der University of California verw altet.

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