Charakterisierung von Mausmodellen kardiomyopathischer Erkrankungen auf transkriptioneller Ebene

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Mausmodelle kardiomyopathischer Erkrankungen im Vergleich zum Menschen auf transkriptioneller Ebene charakterisiert. Für die Erstellung von Genexpressionsprofilen von humanen Gewebeproben wurde ein kardialer Themenarray entwickelt. In einem ersten Schritt wurden Protokolle für Expressionanalysen bei geringen RNA-Startmengen und Protokolle zur Herstellung von Mikroarrays validiert bzw. optimiert. Anschließend wurden durch ein Screening mit Geweben unterschiedlicher Herzphänotypen aus einer 75.000 Klone umfassenden cDNA-Bank kardial exprimierte Gene identifiziert und für den kardialen Themenarray zusammengestellt. Mit diesem Array-Format wurden die Genexpressionsanalysen humaner DCM-Gewebe im Vergleich zu gesunden Spendern durchgeführt. Es wurden vier genetische Mausmodelle (MLP-, Plakoglobin-, ErbB2 und ErbB4 knockout) gewählt, bei denen die inaktivierten Gene sehr unterschiedliche zelluläre Funktionen erfüllen, aber der resultierende Phänotyp der Dilatation des Myokards vergleichsweise ähnlich ist. Zudem wurde eine chemisch induzierte Kardiomyopathie (Doxorubicin) und die Kombination aus chemischer Induktion und ErbB4 knockout untersucht. Es konnte durch Clustering der generierten Array-Daten sowohl unspezifische als auch für das jeweilige Modell spezifische Genexpressionsmuster identifiziert und funktionell charakterisiert werden. Zu den unspezifisch deregulierten Genen zählten charakteristische Kardiomyopathie-Markergene. Bei einer Auswahl an Mausmodell spezifischen Clustern von Genen konnte ihre Deregulation mit dem beobachteten Phänotyp verknüpft werden (z.B. Aktivierung von Leukozyten bei Gewebsverletzung bei Plakoglobin knockout Mäusen oder Apoptose bei Doxorubicin- Behandlung). Die Expressionsmuster der sechs Mausmodelle wurden mit humanen Expressionsmustern in der DCM (eigene und publizierte Studien) verglichen. Die größte Übereinstimmung ergab sich bei den MLP knockout Mäusen (Induktion von Genen der extrazellulären Matrix und des Zytoskeletts und von Kardiomyopathie-Markern). Zudem konnte in einer detaillierten phänotypischen Analyse eine Dilatation des rechten Ventrikels und ARVC bei heterozygoten Plakoglobin knockout Mäusen nachgewiesen werden. Dieser Phänotyp entwickelte sich ohne detektierbare Veränderungen der Genexpression und der Zell- Adhäsionskomplexe.

This study aimed at the characterization of cardiomyopathy mouse models in comparison to humans at the transcript level. To perform gene expression profiling of human samples a cardiac specific array format was developed. Protocols allowing the usage of small amounts of RNA, and the production of sensitive microarrays were established. Cardiovascular tissues derived from patients with different cardiovascular diseases were used to screen a library with 75.000 cDNA clones for expression. The identified clones were rearrayed and spotted onto microarrays. These microarrays were used to perform gene expression profiling with samples of dilated cardiomyopathy patients. Four genetic mouse models (MLP-, plakoglobin-, erbB2- and erbB4 knockout) were selected on the basis of the different functions of the genes but these mice developed a similar cardiovascular phenotype (dilation). In addition, a chemically induced cardiomyopathy (doxorubicin) and the combination of chemical induction and erbB4 knockout was investigated. The gene expression data of these six mouse lines were clustered and common as well as model specific groups of deregulated genes were identified and functionally annotated. Typical cardiomyopathy marker genes were induced in almost all models. Several specific expression patterns were correlated with the observed phenotype (i.e. the activation of leukocytes in the injured tissue of plakoglobin knockout mice and apoptosis in doxorubicin treated mice). The expression pattern of the six mouse lines were compared with human expression patterns of dilated cardiomyopathy (own data as well as published studies). The highest level of similarity was observed for the MLP knockout mice (induction of genes of the extracellular matrix and sarcomer and cardiomyopathy marker). Furthermore a detailed phenotypical analysis of the heterozygote plakoglobin knockout mice revealed a rightventricular dilation and arrhytmogenic rightventricular cardiomyopathy. No alterations at transcript level or cell adhesion complexes were observed.