Risiko-Locus für koronare Herzkrankheit und Herzinfarkt auf Chromosom 9p21.3: genomweites Genexpressionsprofil in humanen Makrophagen

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-272084
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.27208

Zollbrecht, Christa

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Date of publication of this fulltext: 10 Jan 2013 07:07

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	10 January 2013
Referee:	Prof. Dr. Christian Hengstenberg
Date of exam:	21 December 2012
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Innere Medizin II
Keywords:	Genexpression, Makrophagen, koronare Herzkrankheit
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:	27208

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Abstract (German)

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In dieser Arbeit wurde der bekannte Risiko-Locus auf Chromosom 9p21.3 hinsichtlich seiner Rolle in Atherosklerose und KHK/HI untersucht. Unterschiede in der Genexpression können Einblicke in die Funktion genomischer Regionen geben, die mit einer Krankheit assoziiert sind. Mit Hilfe von Microarrays wurde die genomweite Genexpression von Makrophagen aus gesunden Probanden und HI-Patienten stratifiziert nach 9p21.3 Haplotypen sowohl im Grundzustand als auch nach atherogener Stimulierung erhoben und auf differenziell exprimierte Gene zwischen den Haplotyp-Gruppen hin untersucht.
CCL8 zeigte in Makrophagen im Grundzustand wie auch durch Stimulierung mit 9cRA-T0901317 und IFNγ-LPS unterschiedliche Expression und Regulation in Abhängigkeit des 9p21.3 KHK Risiko-Locus. Außerdem wurden unterschiedlich starke Expressionsänderungen von Metallothioninen und Interleukinen durch pro-inflammatorische Stimulierung der Zellen mit IFNγ-LPS in Trägern des Risiko-Allels im Vergleich zu den nicht-risiko Gruppen beobachtet. Lipid-Stimulierung mit 9cRA-T0901317 führte in Makrophagen von HI-Patienten homozygot für den Risiko-Haplotyp zu geringerer Herunterregulation von Genen, die im Zusammenhang mit Zellzyklus und Proliferation stehen. Es wäre möglich, dass die lange nicht-kodierende RNA CDKN2BAS, die auf Chromosom 9p21.3 kodiert ist, eine regulatorische Funktion ausübt und so durch Einfluss auf die Expression verschiedener Gene in Abhängigkeit des 9p21.3 KHK Risiko-Locus den zellulären Effekt des Befundes aus genomweiten Assoziationsstudien vermittelt.
Für die Expression der Gene auf Chromosom 9p21.3 konnte für alternative Spleißformen von CDKN2BAS eine Abhängigkeit vom Risiko-Locus beobachtet werden. In Monozyten wurde ein alternatives 5‘-Ende mit deutlich mehr Bindestellen für Transkriptionsfaktoren im Vergleich zur annotierten Sequenz gefunden. Ein CpG direkt neben der Bindestelle für den Transkriptionsfaktor STAT1 in einem Enhancer auf Chromosom 9p21.3 war in Trägern des nicht-risiko Haplotyps signifikant stärker methyliert als in Trägern des Risiko-Haplotyps.
Der Mechanismus, über den der Effekt des 9p21.3 Risiko-Locus auf zellulärer Ebene vermittelt wird, scheint ein komplexes Zusammenspiel verschiedener regulatorischer Einflüsse auf den 9p21.3 Locus sowie auf die genomweite Genexpression zu sein. Eine systematische Analyse der Expression und Regulation der 9p21.3 Region sowie das Verständnis in der Pathophysiologie der im Makrophagen-Modell identifizierten Gene/Pathways wird in Zukunft ein besseres Verstehen des 9p21.3-vermittelten KHK-Risikos erlauben.

Translation of the abstract (English)

In this work the well-known risk locus on chromosome 9p21.3 was examined with regard to its role in atherosclerosis and coronary artery disease (CAD) / myocardial infarction (MI). Differences in gene expression can provide insight into the function of genomic regions that are associated with a disease. Using microarrays, the genome-wide gene expression of macrophages derived from healthy individuals and MI patients stratified according to 9p21.3 haplotypes was assessed both in the basal state as well as after atherogenic treatment and differentially expressed genes between the haplotype groups were identified.
CCL8 showed different expression and regulation dependent on 9p21.3 CAD risk locus in macrophages in the basal state as well as upon treatment with 9cRA-T0901317 and IFNγ-LPS. In addition, different expression changes of metallothioneins and interleukins were detected in risk allele carriers compared to non-risk groups upon pro-inflammatory treatment of the cells with IFNγ-LPS. Lipid-loading with 9cRA-T0901317 led to weaker down-regulation of genes linked to cell cycle and proliferation in macrophages of MI patients homozygous for the risk haplotype. It would be possible that the long non-coding RNA CDKN2BAS which is encoded on chromosome 9p21.3 exerts a regulatory function, and so, by the influence on the expression of various genes dependent on 9p21.3 CAD risk locus, mediates the cellular effect of the finding from genome-wide association studies.
Regarding the expression of the genes encoded on chromosome 9p21.3 a dependence on the risk locus was observed for alternative splicing variants of CDKN2BAS. In monocytes, an alternative 5’-end was found containing marked more binding sites for transcription factors compared to the annotated sequence. A CpG dinucleotide located directly adjacent to the binding site for the transcription factor STAT1 in an enhancer on chromosome 9p21.3 was significantly stronger methylated in carriers of the non-risk haplotype compared to carriers of the risk haplotype.
The mechanism by which the effect of the 9p21.3 risk locus is mediated at the cellular level seems to be a complex interplay of various regulatory influences on the 9p21.3 locus as well as on the genome-wide gene expression. A systematic analysis of the expression and regulation of the 9p21.3 region and the understanding in the pathophysiology of the genes/pathways identified in the macrophage model will allow better insight into the 9p21.3 mediated risk for CAD.

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