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Genexpression in den Hauptzelltypen der Gefäßwand

Einfluß koloniestimulierender Faktoren

Genexpression in den Hauptzelltypen der Gefäßwand
Über dieses Buch
  • Art: Diplomarbeit
  • Autor: Stefan Lorkowski
  • Abgabedatum: September 1997
  • Umfang: 149 Seiten
  • Dateigröße: 11,0 MB
  • Note: 1,0
  • Institution / Hochschule: Westfälische Wilhelms-Universität Münster Deutschland
  • ISBN (eBook): 978-3-8324-2456-5
  • ISBN (Paperback) :
    978-3-8324-2456-5 P
  • ISBN (CD) :978-3-8324-2456-5 CD
  • Sprache: Deutsch
  • Prämierung:
  • Arbeit zitieren: Lorkowski, Stefan September 1997: Genexpression in den Hauptzelltypen der Gefäßwand, Hamburg: Diplomica Verlag
  • Schlagworte: Kollagen Typ VIII, Differential Display, Arteriosklerose, GMCSF, Expressionsanalyse

Diplomarbeit von Stefan Lorkowski

Zusammenfassung:

In der vorliegenden Diplomarbeit wurde die Modulation der Genexpression in porkinen Endothelzellen, humanen Makrophagen und porkinen glatten Muskelzellen durch GM-CSF untersucht. Dazu wurden Zellkulturen angelegt, die über verschiedene Zeiträume und mit unterschiedlichen Konzentrationen an GM-CSF inkubiert wurden. Aus diesen Zellkulturen wurde die Gesamt-RNA isoliert.

Die Gesamt-RNA der glatten Muskelzellen wurde für Differential Display-Versuche verwendet. Nach reversen Transkriptionen konnten mittels Differential-Display-PCR durch Kombination verschiedener Primer mehrere differentiell exprimierte Produkte detektiert werden, von denen ein etwa 500 Basen großes Fragment reamplifiziert und über 236 Basen sequenziert wurde. Nennenswerte Homologien zu bereits bekannten Sequenzen konnten nicht nachgewiesen werden. Die Synthese einer cRNA-Sonde und damit die Bestätigung der differentiellen Expression dieses Fragments steht noch aus.

Die Gesamt-RNA der Endothelzellen und der Makrophagen wurde in Northern-Blot-Analysen untersucht. Mit Hilfe einer Antisense-cRNA-Sonde gegen die a1(VIII)-mRNA des Kollagen-Typ-VIII (transkribiert anhand der humanen pBSIIa1Col8alphacDNA) konnte nach einer Nivellierung der Ergebnisse gegen einen internen Standard (GA3P-DH-mRNA) gezeigt werden, dass GM﷓CSF die Kollagen-Typ-VIII-mRNA-Expression porkiner, vaskulärer Endothelzellen beeinflußt. In allen Versuchsreihen mit verschiedene Konzentrationen in Abhängigkeit von der Induktionszeit konnte mit Ausnahme der 0,1 pg-Versuchsreihe gezeigt werden, dass GM-CSF nach einer Anlaufphase von bis zu 4 h die Expression von Kollagen-Typ-VIII-mRNA unterschiedlich stark stimuliert. In der Messreihe mit 0,1-pg GMalphaCSF/ml Medium wirkte GM-CSF von Beginn des Versuches an hemmend auf die Expression der Kollagen-Typ-VIII-mRNA. In allen 24 h-Induktionen wirkt GM-CSF hemmend auf die Kollagen-Typ-VIII-mRNA-Expression.

Kollagen-Typ-VIII wird von mit GM-CSF behandelten Makrophagen exprimiert. Daten zum Einfluss von GM-CSF auf Makrophagen in Abhängigkeit von der Konzentration und Inkubationsdauer liegen bislang nicht vor.

Inhaltsverzeichnis:

Inhaltsverzeichnis I
Abkürzungsverzeichnis IV
1. Einleitung 1
1.1 Der Aufbau der Arterienwand 1
1.2 Arteriosklerose 2
1.2.1 Das pathologische Erscheinungsbild der Arteriosklerose 2
1.3 Untersuchte Zelltypen der arteriosklerotischen Läsion 3
1.3.1 Endothelzellen 3
1.3.2 Glatte Muskelzellen 4
1.3.3 Makrophagen 6
1.4 Kollagene 8
1.4.1 Klassifizierung von Kollagenen 9
1.4.2 Kollagen Typ VIII 11
1.5 Zytokine, Wachstumsfaktoren und koloniestimulierende Faktoren 13
1.5.1 Der Granulozyten-Makrophagen-koloniestimulierende Faktor 14
2. Aufgabenstellung 17
3. Materialien 18
3.1 Geräte 18
3.2 Chemikalien und Materialien 19
3.3 Lösungen, Puffer und Medien 24
4. Methoden 37
4.1 Kultivierung von Säugetierzellen 37
4.1.1 Verwendete Säugerzellen und ihre Herkunft 37
4.1.1.1 Porkine Endothelzellen 37
4.1.1.2 Porkine glatte Muskelzellen 38
4.1.1.3 Humane Monozyten/Makrophagen 38
4.1.2 Isolierung und Primärkultur vaskulärer, porkiner Endothelzellen aus Aorten 38
4.1.3 Kultivierung von porkinen glatten Muskelzellen aus Aorten 39
4.1.4 Isolierung und Kultivierung humaner Monozyten 40
4.1.5 Subkultivierung von Monolayer-Zellkulturen 41
4.1.6 Induktionsversuche mit GM-CSF 41
4.2 Charakterisierung der verwendeten Zellen 43
4.2.1 Endothelzellen 43
4.2.2 Glatte Muskelzellen 43
4.3 Molekular- und mikrobiologische Arbeitsmethoden 48
4.3.1 Isolierung der Gesamt-RNA 48
4.3.1.1 Lyse der Zellen aus der Monolayer-Zellkultur 48
4.3.1.2 CsCl-Zentrifugation 48
4.3.1.3 Photometrische Bestimmung der RNA-Konzentration 49
4.3.1.4 TBE-Agarose-Gelelektrophorese 50
4.3.2 Northern-Blot-Analysen 50
4.3.2.1 Denaturierende Gelelektrophorese 51
4.3.2.2 Kapillarblot 51
4.3.2.3 Hybridisierungsanalyse des RNA-Blots 54
4.3.3 Nichtradioaktive REN-DDRT-PCR mit Silberfärbung 56
4.3.3.1 Entfernen chromosomaler DNA aus RNA-Proben 60
4.3.3.2 Reverse Transkription 61
4.3.3.3 Polymerase-Kettenreaktion 61
4.3.3.4 Auftrennung und Visualisierung von PCR-Fragenten 62
4.3.3.4.1 Horizontale Polyacrylamid-Gelelektrophorese 62
4.3.3.4.2 Silberfärbung von Polyacrylamid-Gelen 64
4.3.3.5 Elution und Reamplifikationen ausgewählter PCR-Produkte 64
4.3.3.5.1 Elution von Banden aus Polyacrylamid-Gelen 64
4.3.3.5.2 Überprüfung der Reamplifikation 65
4.3.3.5.3 Steigerung der DNA-Ausbeute durch Reamplifikation 65
4.3.3.5.4 Überprüfung der Reamplifikation im TBE-Agarose-Gel 65
4.3.3.5.5 Elution von DNA-Fragmenten aus Agarose-Gelen 65
4.3.3.6 Ligation und Transformation 66
4.3.3.6.1 Ligation 66
4.3.3.6.2 Transformation 68
4.3.3.7 Kultivierung von Bakterien 69
4.3.3.7.1 Anzucht von Bakterien 69
4.3.3.7.2 Lagerung von Bakterien 69
4.3.3.8 Isolierung von Plasmiden 69
4.3.3.9 Restriktionsanalysen mittels Agarose-Gelelektrophorese 70
4.3.3.10 DNA-Sequenzanalyse 73
4.3.3.10.1 Alkalische Denaturierung und DNA-Fällung 74
4.3.3.10.2 Annealing, Labeling und Sequenzierung 75
4.3.3.10.3 Denaturierende Gelelektrophorese 75
5. Ergebnisse 77
5.1 Zellkultur 77
5.2 Immunmarkierungen 77
5.3 Northern-Blot-Analysen 77
5.3.1 Isolierung der Gesamt-RNA für Northern-Blot-Analysen 78
5.3.2 Gelelektrophorese und Blot 78
5.3.3 Densitometrische Auswertungen 80
5.3.3.1 Porkine Endothelzellen 80
5.3.3.2 Makrophagen 88
5.4 Differential Display 89
5.4.1 Isolierung der Gesamt-RNA für das Differential Display 89
5.4.2 Reverse Transkription und PCR 90
5.4.3 Gelelektrophorese 90
5.4.4 Reamplifikation eluierter Banden 92
5.4.5 Restriktionsanalysen 94
5.4.6 Sequenzanalyse 95
6. Diskussion 97
6.1 Charakterisierung der verwendeten Zellen 97
6.2 Modulation der Genexpression durch GM﷓CSF 98
6.2.1 Die Rolle von GM-CSF und Kollagen Typ VIII in der Arteriosklerose 98
6.2.2 GM-CSF moduliert die Genexpression in vaskulären Endothelzellen 102
6.2.3 Einfluss von GM-CSF auf die Genexpression in Makrophagen 104
6.2.4 Stimulation der Genexpression durch GM-CSF in glatten Muskelzellen 106
6.3 Ausblick 107
7. Zusammenfassung 109
Literaturverzeichnis A
Anhang - Zusammensetzung der verwendeten Medien X
Danksagungen Z

Automatisiert erstellter Textauszug:

Die DNA-freie RNA wird mittels einer viralen reversen Transkriptase in cDNA umgeschrieben. Dies ermöglicht eine Amplifikation der Nukleinsäuren mittels PCR. Die Gesamt-RNA-Proben von 3 µg werden mit Aqua bidest.DEPC auf 7,54 µl aufgefüllt. In einer PCR-Apparatur werden die Proben für 10 min bei 65°C denaturiert und anschließend direkt auf Eis gelegt. Nach dem Versetzen und Durchmischen der Proben mit 7,46 µl RT-Mix werden diese in einer PCR-Apparatur für 1 h auf 37°C erwärmt (Deckeltemperatur des PCR-Geräts: 100°C). Durch ein nachfolgendes Erhitzen der Proben auf 90°C für 5 min wird die reverse Transkriptase in der Probe denaturiert. Direkt im Anschluß an das Erhitzen auf 90°C werden die Proben auf Eis gehalten und für die anschließende PCR mit Aqua bidest.DEPC auf 1:20 bis 1:50 verdünnt. Die verdünnten Proben werden aliquotiert und bis zur Weiterverwendung bei -20°C eingefroren. Die Verdünnung der Proben ist notwendig, um eine Beeinflussung der nachfolgenden PCR durch Komponenten des RT-Mixes aus der Erststrang-cDNA-Synthese zu verhindern. [...]

Im ersten Schritt werden nach einem modifizierten Verfahren nach LIANG und PARDEE (1994) chromosomale DNA-Kontaminationen aus den RNA-Proben entfernt. Dies ist notwendig, um eine Koamplifikation der DNA in der nachfolgenden PCR zu verhindern. Die RNA-Proben werden mit 17 µl DNase-Mix pro 50 µg RNA versetzt, mit Aqua bidest.DEPC auf des entsprechende Volumen aufgefüllt und für 30 min bei 37°C inkubiert. Nach der Zugabe von 50 µl eines (25:24:1)-Phenol:Chloroform:Isoamylalkohol-Gemisches werden die Proben gemischt und für 2 min mit einer Tischzentrifuge bei ≥ 10 000 × g zentrifugiert. Durch diesen Arbeitsschritt wird die Desoxyribonuklease inaktiviert, die sonst in der nachfolgenden reversen Transkription die cDNA zerstören würde. Die obere Phase wird in ein steriles Mikrozentrifugengefäß überführt und mit der gleichen Menge Chloroform versetzt, gemischt und wie oben zentrifugiert. Nach dem Überführen der oberen Phase in ein steriles Eppendorfgefäß werden jeder Probe 5 µl Natriumacetat-Puffer und 200 µl 100%iges Ethanol zugesetzt. Die alkoholische Lösung wird eine halbe Stunde bei –80°C gelagert, um [...]

Polyacrylamid-Gel dient dann der entwickelte Röntgenfilm als Maske. Probleme dieser Methode sind der Einsatz von Radioaktivität, der relativ große Zeitaufwand und erhebliche Schwierigkeiten bei der Lokalisation und Isolierung der cDNA-Banden aus dem Polyacrylamid-Gel. Eine grundlegende Vereinfachung der DDRT-PCR-Methode wurde von LOHMANN et al. (1995) vorgestellt. In dieser nichtradioaktiven Methode werden die PCR-Produkte in einem horizontalen Polyacrylamid-Gel aufgetrennt und anschließend direkt durch eine Silberfärbung sichtbar gemacht. Diese als »RENDisplay« bezeichnete Methode (LOHMANN et al., 1995) ermöglicht die direkte Visualisierung der cDNA und damit eine reproduzierbare und einfach durchzuführende Isolierung der Banden. Ebenso wird die Wahrscheinlichkeit, anstelle des PCR-Fragmentes eines tatsächlich differentiell exprimierten Gens ein koamplifiziertes PCR-Fragment zu klonieren, erheblich geringer (LOHMANN et al., 1995, 1997, BOSCH und LOHMANN, 1996). Dies ist ein nicht zu unterschätzendes Problem der DDRT-PCR. In der Regel wird eine Sequenzheterogenität der isolierten Produkte aus der Differential Display-PCR festgestellt (LEE et al., 1991, CALLARD et al., 1994, FENGSHENG et al., 1994). Werden die isolierten Banden reamplifiziert und in einem Polyacrylamid-Gel aufgetrennt, zeigt sich eine signifikante Kontaminierung der Proben mit unerwünschten Sequenzen. Das bedeutet, daß einzelne Banden meistens zusätzliche, nicht erkennbare und unerwünschte DNA-Fragmente enthalten. Diese Beobachtung steht im Einklang mit der von BAUER et al. (1993) vorgestellten Theorie der DDRTPCR. Die Nachweisgrenze von PCR-Fragmenten in silbergefärbten Polyacrylamid-Gelen liegt im Nanogrammbereich und ist damit etwa 50mal sensitiver als eine Detektion mit Ethidiumbromid und nahezu identisch mit der in konventioneller Autoradiographie (LOHMANN et al., 1997). Der Bereich der hier darstellbaren Fragmentgrößen liegt zwischen 50 und 2 000 Basen. [...]

Arbeit zitieren:
Lorkowski, Stefan September 1997: Genexpression in den Hauptzelltypen der Gefäßwand, Hamburg: Diplomica Verlag

Schlagworte:
Kollagen Typ VIII, Differential Display, Arteriosklerose, GMCSF, Expressionsanalyse

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