Unterschiede im Genexpressionsmuster kardiovaskulär relevanter Faktoren in männlichen und weiblichen Nabelschnurzellen

Abstract

Wir wollten der Frage nachgehen, ob es neben hormonellen Ursachen, einen Unterschied im Genexpressionsmuster kardiovaskulär relevanter Faktoren zwischen männlichem und weiblichem Geschlecht gibt. Bei den Todesursachen in Deutschland stehen Herz-/Kreislauferkrankungen mit Abstand an erster Stelle. Dabei galten Herzinfarkt und die Entstehung der Arteriosklerose über lange Zeit als typische Männerkrankheiten, da Frauen bis zur Menopause in geringerem Ausmaß betroffen sind. Mit dem Beginn der Menopause steigt das Risiko einer Herz-Kreislauf-Erkrankung bei Frauen deutlich. Um diesen sexspezifischen Unterschied zu erklären, existieren verschiedene Theorien, wie beispielsweise die Östrogentheorie. In tierexperimentellen Studien konnte östrogenvermittelt eine Vervielfachung der Aktivität antioxidativer Enzyme im Zusammenhang mit einer verlängerten Lebensspanne bei weiblichen Tieren nachgewiesen werden. Weiterhin wirken Östrogene antiinflammatorisch durch Hemmung der Endothelzellaktivierung, der Aktivierung inflammatorischer Transkriptionsfaktoren sowie Hemmung der Chemotaxis von Monozyten. Ihre antiatherogene Wirkung entfalten sie durch eine Verminderung der Ausschüttung von Wachstumsfaktoren der Makrophagen, der Proliferation und Migration glatter Muskelzellen sowie der Hemmung der Anhäufung von Schaumzellen in der Intima. Wir untersuchten, ob es von Geburt an sexspezifische Unterschiede in der Genexpression gibt. Dazu isolierten wir RNA von weiblichen und männlichen venösen Nabelschnurzellen. HUVECs bieten gute Voraussetzungen, die unterschiedliche genetische Ausstattung von Männern und Frauen zu untersuchen, da gezeigt werden konnte, dass die Hormonkonzentrationen im Nabelschnurblut männlicher und weiblicher Feten nicht unterschiedlich sind. Die Auswahl der zu untersuchenden Gene konzentrierte sich auf drei Bereiche: 1\. Gene mit Einfluss auf die Vasoreaktivität 2\. Gene mit Einfluss auf den oxidativen Status 3\. Gene mit Einfluss auf die zelluläre Stressantwort Mittels Realtime RT-PCR wurden die Genexpressionsraten von insgesamt 19 Genen gemessen. 17 davon zeigten keine differentielle Regulation zwischen männlichen und weiblichen HUVEC (eNOS und eNOS-Spliceprodukte, Caveolin-1, Endothelin-1, ACE, SOD-1, SOD-2, Catalase, HMOX-1, GPX-3, NOX-4, p66shc, Hsp90, ICAM-1). Dagegen war das Gen p52+66shc bei den männlichen Zellen und das Gen Hsp70 bei den weiblichen Zellen signifikant hochreguliert. Um einen umfassenderen Überblick über die genetischen Unterschiede zu erhalten, entschieden wir uns ein Whole Genome Array durchzuführen. In fünf Pools zu je vier RNA`s konnten die Genexpressionsmuster der männlichen und weiblichen HUVEC miteinander verglichen werden. Der Array bestätigte zum größten Teil die Ergebnisse der Realtime RT-PCR. Darüber hinaus waren von den insgesamt 840 differentiell regulierten Genen 530 bei den weiblichen Zellen verstärkt exprimiert. Diese betrafen überwiegend Gene, die bei der zellulären Immunantwort und bei Entzündungsprozessen eine Rolle spielen. Die Ergebnisse des Array stützen die Annahme von einer erhöhten weiblichen Immunreaktivität. Diese könnte sich jedoch als zweischneidiges Schwert erweisen. Einerseits könnte damit die Voraussetzung für eine bessere Abwehr von Infektionskrankheiten und eine schnellere Antwort auf Entzündungsreaktionen, wie der Arteriosklerose, verbunden sein. Andererseits wissen wir, dass Frauen häufiger von Autoimmunerkrankungen betroffen sind und dadurch einen unabhängigen Risikofaktor für die Entstehung von Arteriosklerose aufweisen. Zur Entstehung einer erhöhten Immunreaktivität gibt es verschiedene Erklärungsmodelle. Sowohl hormonelle, als auch genetische und evolutions-biologische Überlegungen werden diskutiert. In dieser Untersuchung konnte erstmals gezeigt werden, dass weibliche HUVEC, unabhängig von einer hormonellen Regulation durch Östrogen sowie von äußeren Faktoren, eine erhöhte basale Expressionsrate für Gene immunologischer Signalwege aufweisen.

With this study we wanted to find out, whether there is a sexual dimorphism in gene expression patterns of cardiovascular relevant genes besides hormonal influences. Coronary artery disease (CAD) is the leading cause of death in Germany. The initial clinical manifestation of coronary artery disease in women is usually 10 years later than in men on average, with the first myocardial infarction presenting 20 years later. At any age the prevalence of CAD is lower in women, but with advancing age, this gender differential diminishes. After menopause, mortality rates from Coronary Artery Disease (CAD) equal those of men. There exist different theories for this gender difference in onset of CAD e.g. the estrogen theory. In the recent study we wanted to find out, whether there is a difference in genetic expression patterns from birth on and apart from hormonal regulation. For this we isolated RNA of female and male human umbilical venous endothelial cells (HUVEC). We concentrated on three categories: 1\. genes with an influence on vasoreactivity 2\. genes with an influence on oxidative stress 3\. genes regarding the infammatory response By Real-time RT PCR we assessed the expression rates of 19 genes, among them 17 did not show any gender difference (eNOS and eNOS-splice products, Caveolin-1, Endothelin-1, ACE, SOD-1, SOD-2, Catalase, HMOX-1, GPX-3, NOX-4, p66shc, Hsp90, ICAM-1). While the expression rates of p52+66shc and Hsp70 showed a significant difference between female and male HUVEC. Additionally we pursued a Whole Genome Array, which revealed a diffenential regulation of 840 genes between female and male HUVEC, with 530 being overexpressed in female HUVEC. A large amount of the latters were related to inflammatory processes as well as cellular immune response.