Untersuchungen zur funktionellen Rolle des Proteins WDR36 und seine Beteiligung bei der Pathogenese des Glaukoms

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-265830
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.26583

Gallenberger, Martin

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Date of publication of this fulltext: 31 Oct 2013 18:12

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	31 October 2013
Referee:	Prof. Dr. Ernst Tamm
Date of exam:	24 October 2012
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Anatomie > Lehrstuhl für Humananatomie und Embryologie > Prof. Dr. Ernst Tamm
Keywords:	Glaukom, WDR36, Pathogenese
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 570 Life sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	26583

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Abstract (German)

Abstract (German)

Mutationen in WDR36 wurden als ursächlich für seltene Formen des primären Offenwinkelglaukoms beschrieben. Da wenig zur Funktion von WDR36 bekannt war, sollte im Rahmen dieser Arbeit die funktionelle Rolle von WDR36 in Säugerzellen entschlüsselt und seine Beteiligung bei der Pathogenese des Glaukoms erforscht werden.

Es konnte festgestellt werden, dass es sich bei Wdr36 um ein in der Zelle essentielles Protein handelt. So degenerieren homozygote Wdr36-defiziente Mausembryonen bereits vor Erreichen des Blastozystenstadiums. Auch die Depletion von Wdr36 mittels RNA Interferenz führt zum Absterben von Wildtyp-Embryonen bevor sie sich zur Blastozyste entwickelt haben. Ferner führt der Knock-down von WDR36 in der Zellkultur zu einer Abnahme der Zellzahl. Diese verringerte Zellzahl ist offensichtlich die Folge einer erhöhten Apoptoserate, wie eine erhöhte Menge an freien Nukleosomen im Cytoplasma der Zelle und die Hochregulierung pro-apoptotischer Gene zeigte. Ein Einfluss der Depletion von WDR36 auf den Zellzyklus konnte dagegen nicht nachgewiesen werden. Es konnte zudem gezeigt werden, dass WDR36 offenbar ein zu dem Hefeprotein Utp21 funktionell homologes Protein und somit ein Bestandteil des Small-Subunit Prozessoms ist. Neben seiner subzellulären Lokalisierung im Nukleolus der Zelle konnte festgestellt werden, dass die Depletion von WDR36 zu einer Verzögerung der rRNA Prozessierung führt. Untersuchungen an heterozygot Wdr36-defizienten Mäusen ergaben, dass eine Glaukomerkrankung auf Grund einer Haploinsuffizienz von WDR36 ausgeschlossen werden kann, da die Tiere weder einen auffälligen Phänotyp zeigen noch im Schadensmodell eine erhöhte Vulnerabilität der retinalen Ganglienzellen beobachtet werden konnte. Ferner hat die verstärkte Expression von mutiertem Wdr36 keinen offensichtlichen Einfluss auf den Phänotyp der homo- und heterozygoten Tiere.
Auch wenn die Daten dieser Arbeit gegen eine direkte Beteiligung von WDR36 an der Pathogenese eines Glaukoms sprechen, kann eine Funktion von WDR36 als `genetic modifier´, wie auch ein dominant-negativer Effekt mancher Mutationen nicht ausgeschlossen werden. Um die weitere Betrachtung der Rolle von Wdr36 beim Glaukom zu ermöglichen, wurden deshalb mutierte Stammzellen entwickelt, um die Vorraussetzung zur Generierung einer konditionellen Wdr36 Knock-out Mauslinie zu schaffen.

Translation of the abstract (English)

Mutations in WD repeat domain 36 gene (WDR36) are described to play a causative role in some forms of primary open-angle glaucoma. As little was known about the protein WDR36, we wanted to elucidate the functional role of WDR36 in mammalian cells as well as analyze its contribution to the pathogenesis of glaucoma.

We found that Wdr36 protein is essential for the survival of cells. Homozygous Wdr36-deficient mouse embryos degenerate before reaching blastocyst stage. Also depletion of Wdr36 by RNA interference leads to degeneration of wild-type mouse embryos in preimplantation stage. In cell culture experiments, knock-down of WDR36 mRNA by RNA interference results in a substantial decrease of the cell number. The decrease in cell number is likely due to an increase in apoptosis as we observed elevated levels of free nucleosomes in the cytoplasm of WDR36 depleted cells and the up-regulation in the expression of pro-apoptotic genes. In contrast, there was no obvious influence of WDR36 depletion on the cell cycle. We could also show that WDR36 is obviously a functional homologue to yeast Utp21 protein and a part of the Small-Subunit (SSU) processome. WDR36 localizes to the nucleolus of the cells and its depletion leads to a delay in 18S rRNA maturation.
Investigations on heterozygous Wdr36-deficient mice showed that glaucoma is very likely not caused by haploinsufficiency in Wdr36 as heterozygous mice do not show a discernable phenotype. Also in damage models no obvious changes in the vulnerability of retinal ganglion cells could be found. Furthermore we found out that over-expression of mutated Wdr36 mRNA does not have an influence on the phenotype of homozygous and heterozygous Wdr36-deficient mice.
Even if the data of this work argue against a direct contribution of WDR36 on pathogenesis of glaucoma, we can not exclude a function as a genetic modifier as well as a possible dominant-negative effect of some mutations. As a conditional knock-out mouse line could help in a better understanding of the influence of WDR36 on glaucoma, transgene embryonic stem cells for such a mouse line were generated.

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