@phdthesis{Samal2016,
  author    = {Rasmita Samal},
  title     = {Characterization of resident Sca-1 progenitor cells in the failing murine heart},
  journal    = {Charakterisierung von residenten Sca-1 positiven Progenitorzellen insuffizienter muriner Herzen},
  url       = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002556-2},
  year      = {2016},
  abstract  = {Die Herzinsuffizienz als h{\"a}ufigste kardiale Erkrankung stellt weltweit ein gro{\"s}es gesellschaftliches Gesundheitsproblem dar. Im Herz adulter S{\"a}ugetiere findet sich eine Subpopulation von kardialen Progenitorzellen (CPC), die in der Lage ist, die Herzfunktion zu verbessern und sogar gesch{\"a}digtes Gewebe wieder herzustellen. Das Verst{\"a}ndnis der Funktion und Differenzierung dieser Zellpopulation ist jedoch bisher noch unzureichend. Im Zentrum dieser Arbeit stand daher die Charakterisierung des molekularen Ph{\"a}notyps einer Untergruppe von Progenitorzellen, die durch die Expression von Stammzellantigen-1 (Sca-1) auf ihrer Oberfl{\"a}che charakterisiert wird, sowie die Identifikation von Ver{\"a}nderungen, die im Rahmen einer Herzinsuffizienz in diesen Zellen auftreten. Um die zugrunde liegenden zellul{\"a}ren Mechanismen zu verstehen, wurden unter den verschiedenen Bedingungen die Genexpression und das Proteinmuster der Zellen analysiert und diese im Zusammenhang mit Ergebnissen zellbiologischer und biochemischer Experimente interpretiert. Im ersten Schritt erfolgte dabei die Analyse frisch isolierter und unbehandelter Sca-1+ Zellen, die aus den Herzen gesunder adulter M{\"a}use gewonnen wurden. Die Proteomkartierung der Progenitorzellen erfolgte mit Hilfe eines massenspektrometrisch nach Vortrennung der Proteine im 1D-Gel (Gel LC-MS/MS). F{\"u}r die Interpretation der Ergebnisse im Myokard, wurden zum Vergleich Proteomprofile von Kardiomyozyten und Sca-1 negativen (Sca-1) Zellen unter vergleichbaren experimentellen Bedingungen angefertigt. Alle drei Zelltypen unterschieden sich morphologisch in Gr{\"o}{\"s}e und Struktur, was sich auch in den Proteinprofilen best{\"a}tigte. W{\"a}hrend Sca-1- Zellen einen endothelzell{\"a}hnlichen Ph{\"a}notyp aufwiesen und die Kardiomyozyten sich durch kontraktile Elemente auszeichneten, fehlten beide Charakteristika bei den Sca-1+ Zellen. Die funktionelle Analyse der Proteine und der Genexpression der Progenitorzellen weist auf eine m{\"o}gliche Beteiligung der Sca-1+ Zellen an Zelladh{\"a}sion, Migration und Proliferation und somit auf eine Rolle der Population bei der kardialen Entwicklung und Selbstregulation hin. CPCs verbleiben unter physiologischen Bedingungen in einem Ruhezustand, bis sie durch eine myokardiale Sch{\"a}digung aktiviert werden. Fr{\"u}here Studien zeigen, dass residente Sca-1+ Zellen in Richtung von gesch{\"a}digtem Myokard, nicht aber gesundem Herzgewebe wandern und dort zum Teil in neue Kardiomyozyten differenzieren. Der molekulare Hintergrund dieses Verhaltens der Progenitorzellen im Rahmen einer Herzinsuffizienz, welcher m{\"o}glicherweise Aufschluss {\"u}ber das kardiogene Potential der Zellen unter pathologischen Bedingungen gibt, wurde daher n{\"a}her untersucht. Als Tiermodell f{\"u}r die Herzinsuffizienz wurde dabei die α-Myosin Heavy Chain (MHC)-CyclinT1/Gαq Maus ausgew{\"a}hlt, welche zum einen eine forcierte Expression von CyclinT1 und zum anderen eine {\"U}berexpression der Gαq-Untereinheit, aufweist. Unter Zuhilfenahme der vergleichenden Genexpressionsanalyse konnten 197 differentiell regulierte Gene nachgewiesen werden. Unter anderem zeigten sich dabei in den aus den transgenen M{\"a}usen (Cyc+) isolierten Sca-1+ Zellen 5-fach h{\"o}here BDNF mRNA Spiegel als in den aus Wildtyptieren (Wt+) gewonnenen Zellen. Dieser Unterschied wurde auf Proteinebene best{\"a}tigt. Aufgrund der erheblich h{\"o}heren Expression von BDNF im Rahmen der Herzinsuffizienz und der Publikation des Befundes, dass die intraven{\"o}se Gabe von BDNF nach einem Myokardinfarkt (MI) einen protektiven Effekt auf das Herz hat, wurde die Wirkung dieses Faktors auf Sca-1+ Zellen untersucht. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Behandlung von Cyc+ Zellen mit einer geringen Dosis BDNF zu einer Steigerung des migratorischen Potentials dieser Zellen f{\"u}hrt. In aus Wildtyptieren gewonnenen Zellen war dieser Effekt nicht nachweisbar. Dem gegen{\"u}ber schien bereits in den Zellen vorhandenes BDNF ohne einen weiteren externen Stimulus keine unterschiedlichen Auswirkungen in den beiden verschiedenen Zelltypen zu haben. Um die durch exogenes BDNF vermittelten {\"A}nderungen n{\"a}her zu untersuchen, wurde das sogenannte „pulse SILAC-Verfahren“ verwendet. Unter BDNF Behandlung wurden 58 Proteine differentiell reguliert. Davon waren diejenigen Proteine, die mit der Zellproliferation in Zusammenhang gebracht werden k{\"o}nnen, in den Cyc+ Zellen unterdr{\"u}ckt, jedoch in den Wt+ Zellen induziert. Befunde von Bromodeoxyuridin-Assays (BrdU) und dem Immunoblotting weisen darauf hin, dass BDNF zur Initialisierung von Differenzierungsprogrammen f{\"u}hrt, indem es die Zellproliferation von Cyc+ Zellen unterdr{\"u}ckt. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass es gro{\"s}e Unterschiede zwischen der Wirkung von BDNF auf die Proteinsynthese von Cyc+ und Wt+ Zellen gibt, was eine Steigerung des kardiogenen Potentials von Sca-1+ Zellen unter pathologischen Bedingungen nahelegt. Es ist bekannt, dass der Aldosteronspiegel bei der Herzinsuffizienz erh{\"o}ht ist. Zahlreiche Daten aus experimentellen Studien haben gezeigt, dass sich ein Aldosteron{\"u}berschuss sch{\"a}digend auf das Herz auswirkt. Es wurde daher die Hypothese untersucht, ob endokrine Faktoren, welche mit einer Herzinsuffizienz assoziiert sind, die Migration von CPCs beeinflussen und dadurch m{\"o}glicherweise die Herstellung der Funktion im erkrankten Herzen unterst{\"u}tzen k{\"o}nnten. Es konnte gezeigt werden, dass hohe Aldosteronkonzentrationen, {\"a}hnlich denen im Plasma von Herzinsuffizienzpatienten, die Migration von Sca-1+ Zellen im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle um bis zu 60\% steigern, w{\"a}hrend physiologische Spiegel keinen signifikanten Einfluss hatten. Gleicherma{\"s}en konnte gezeigt werden, dass der Aldosteronstimulus zu einer Aktivierung des Mineralocorticoidrezeptors (MR), der auf Sca-1+ Zellen exprimiert wird, f{\"u}hrt und mit einer Steigerung der Migration einhergeht. Die Tatsache, dass die Gabe des MR-Antagonisten Eplerenon die Stimulation der Migration unter Aldosteron verhinderte, w{\"a}hrend die Anwendung eines Glucocorticoidantagonisten keinen entsprechenden Effekt hatte, unterst{\"u}tzt diese These zus{\"a}tzlich. Somit weisen diese Ergebnisse auf eine potentielle Rolle von Aldosteron in der Mobilisierung von kardialen Progenitorzellen und deren Wanderung zum erkrankten Herz hin. Es wird aktuell davon ausgegangen, dass die f{\"o}rderlichen Effekte zellbasierter Therapien auf Reparaturprozesse des Herzens zum gro{\"s}en Teil durch parakrine Mechanismen vermittelt werden. Daher wurden auch Untersuchungen zum Einfluss pathophysiologischer Aldosteronspiegel auf die Proteinsekretion der Sca-1+ Zellen durchgef{\"u}hrt. Durch das Massenspektrometrie basierte Sekretomprofiling konnten nach 24°h Aldosteronbehandlung haupts{\"a}chlich solche Proteine mit h{\"o}herer Abundanz gefunden werden, die beim Umbau der extrazellul{\"a}ren Matrix und dem IGF-Signalweg von Bedeutung sind. Zus{\"a}tzlich wurden Galektin-1 und Gelsolin unter pathophysiologischen Bedingungen signifikant st{\"a}rker sekretiert, was auf eine m{\"o}gliche parakrine Beteiligung an Wundheilungsprozessen sowie ein regeneratives Potential der Sca-1+ Zellen hindeutet. Die im Rahmen dieser Promotionsarbeit gewonnenen Daten zum Proteom- und Transkriptionsmuster, die molekularen Eigenschaften der Sca-1+-Zellen aufzeigen, k{\"o}nnen als Grundlage f{\"u}r weitere zellbiologische Arbeiten genutzt werden. Der Vergleich der Geneexpressionsmuster von Sca1+ Zellen aus dem normalen Herzen und einem murinen Herzinsuffizienzmodell spiegelt die endogenen Ver{\"a}nderungen bei der Transkription im Rahmen einer Herzinsuffizienz wider, woraus kardiogene Eigenschaften der untersuchten Zellen unter pathophysiologischen Bedingungen abgeleitet werden konnten. Dar{\"u}ber hinaus zeigen die gewonnenen Daten die m{\"o}gliche Rolle von BDNF bei der Regulation der Mobilisation und Proliferation von Progenitorzellen. Die Untersuchungen zum Einfluss von Aldosteron auf die Migration und das extrazellul{\"a}re Proteom der Progenitorzellen lieferten Erkenntnisse bez{\"u}glich m{\"o}glicher positiver Effekte des Mineralocorticoids auf kardiale Zellen.},
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