Authors:	Frensch, Isabelle
Title:	Die Rolle der Topoisomerase 2 beta in der normalen Herzfunktion sowie in der Entstehung der Herzinsuffizienz
Online publication date:	18-Nov-2014
Year of first publication:	2014
Language:	german
Abstract:	Die Herzinsuffizienz (HI) ist eine der häufigsten und teuersten medizinischen Indikationen in der heutigen Zeit. rnIn der vorliegenden Arbeit konnte zum ersten Mal die Topoisomerase 2b (Top2b) in Zusammenhang mit der Entstehung einer dilatativen Kardiomyopathie gebracht werden. rnIn einem speziellen Mausmodell war es möglich, die Top2b gewebsspezifisch und zeitspezifisch nur in Kardiomyozyten zu deletieren. Dies geschah mittels eines Tamoxifen-induzierten Cre-Rekombinase-Gendeletionsmodells. Phänotypisch zeigten die Top2b-deletierten Mäuse 8 Wochen nach der Tamoxifen-Gabe signifikant reduzierte kardiale Ejektionsfraktionen sowie erhöhte linksventrikuläre enddiastolische und endsystolische Volumina. Weder Schlagvolumen noch Körpergewicht waren verändert. Die natriuretischen Peptide ANP und BNP waren in den Top2b-deletierten Tieren ebenfalls signifikant erhöht. Zusätzlich zeigten sowohl elektronenmikroskopische Untersuchungen als auch klassische histologische Verfahren fibrotische Veränderungen und erhöhte Kollagenablagerungen in Top2b-deletierten Tieren. Begleitend dazu stiegen die mRNA-Expressionslevel von Col1a1, Col3a1, Tgfβ1 und Tgfβ2 in den deletierten Tieren 8 Wochen nach der Implementierung der Deletion signifikant an. rnIn einer genomweiten Hochdurchsatz-Sequenzierung waren bereits 2 Wochen nach Tamoxifen-Gabe 128 Gene mindestens 2-fach gegenüber der Kontrollgruppe differentiell exprimiert. Eine genauere Analyse der veränderten Genexpression ließ bereits 14 Tage nach Implementierung der Deletion kardiale Verschlechterungen vermuten. So waren neben dem atrialen natriuretischen Peptid ANP die beiden häufigsten Kollagenarten im Herzen, Col3a1 und Col1a1, hochreguliert. rnInteressanterweise beinhalteten die 37 herunterregulierten Gene 11 Transkriptionsfaktoren. Da der Top2b in den letzten Jahren eine immer stärker werdende Bedeutung in der Transkription zugesprochen wird, sollte mittels Chromatin-Immunpräzipitation ein direkter Zusammenhang zwischen der Top2b-Deletion und der Herunterregulierung der 11 Transkriptionsfaktoren sowie die Bindung der Top2b an Promotoren ausgewählter, differentiell-exprimierter Gene untersucht werden. Generell konnte keine vermehrte Bindung von Top2b an Promotorbereiche gezeigt werden, was aber nicht dem generellen Fehlen einer Bindung gleichkommen muss. Vielmehr gab es methodische Schwierigkeiten, weshalb die Bedeutung der Top2b in der Transkription im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht ausreichend geklärt werden konnte.rnEine Kardiomyozyten-spezifische Top2b-Deletion mündete 8 Wochen nach Tamoxifen-Gabe in eine dilatative Kardiomyopathie. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind keine klaren Aussagen zum zugrundeliegenden Mechanismus der entstehenden Herzschädigung in Folge einer Top2b-Deletion zu treffen. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass der Tumorsuppressormarker p53 eine wichtige Rolle in der Entstehung der dilatativen Kardiomyopathie spielen könnte. So konnte 8 Wochen nach der Top2b-Deletion mittels Chromatin-Immunpräzipitation eine erhöhte Bindung von p53 an Promotorregionen von Col1a1, Tgfβ2 und Mmp2 detektiert werden. Die Bedeutung dieser Bindung, und ob aufgrund dessen die Entstehung der Fibrose erklärt werden könnte, ist zum jetzigen Zeitpunkt unklar.rn Heart failure is currently one of the most common and most expensive medical indications. The causes are numerous and include population ageing, improved survival of patients with coronary heart diseases, increasing prevalence of hypertension, diabetes, and dilated cardiomyopathy.rnIn the western countries around 1 - 2% of the adult population suffer from heart failure. rnDespite the therapeutic progress such as the blockade of beta-receptors, the inhibition of the renin-angiotensin-aldosterone-system or the use of cardioverter defibrillators every second patient dies within five years, which is comparable to the mortality from cancer. For this reason it is important to find alternative treatments and to develop a better understanding of the pathophysiology of heart failure.rnWe demonstrate for the first time that topoisomerase 2b (Top2b) is associated with the development of dilated cardiomyopathy. Through the generation of transient DNA strand breaks, topoisomerases resolve superhelical stress that occurs during transcription, replication, recombination, and DNA-repair. rnTop2b is expressed mainly in postmitotic cells (e. g. cardiomyocytes). In a special mouse model, Top2b was deleted exclusively in cardiomyocytes through tamoxifen-induced Cre-recombinase. Top2b-deleted mice showed significantly reduced ejection fraction values and significantly increased left ventricular enddiastolic and endsystolic volumes in MRI and echocardiographic studies 8 weeks after tamoxifen administration. Stroke volume and body weight remained unchanged. The natriuretic peptides ANP and BNP were significantly increased in Top2b-deleted mice. In addition to functional impairments, morphological changes were observed. Fibrotic changes and increased collagen depositions were detected in Top2b-deleted mice both by electron microscopy and by classical histological methods such as Masson-Goldner and Elastika-van-Gieson staining. In a semi-quantitative fibrosis evaluation, a 6-fold increase of fibrotic areas was detected in Top2b-deleted mice 8 weeks after tamoxifen administration. Consistently, mRNA expression levels of Col1a1, Col3a1, Tgfβ1 and Tgfβ2 increased significantly in deleted mice 8 weeks after Top2b deletion. rnIn a genome-wide RNA analysis 128 genes were at least 2-fold differentially expressed compared to the control group 2 weeks after tamoxifen administration. Of these genes 91 were upregulated, with 61 of them between 2- and 4-fold; 30 genes were more than 4-fold increased. 37 genes were 2- to 4-fold down-regulated. Upon a more detailed analysis of altered gene expression, cardial impairments were assumed 14 days after Top2b-deletion. ANP and the most common types of collagens in the heart Col1a1 and Col3a1 were also up-regulated. In addition the mRNA expression of inflammatory mediators such as Cd24a and CD44 was also increased. rnInterestingly, 11 transcription factors (including Fos, Egr1, Fosb, Snai3) among the 37 down-regulated genes appear to interact with each other. The relationship between the Top2b deletion and the down-regulation of the 11 transcriptional factors was examined by means of a chromatin immunoprecipitation of Top2b bound to promoters of selected differentially expressed genes. No increased binding of Top2b to promoter regions was detected, but this may have been caused by analytical difficulties. Therefore, the importance of Top2b in the transcription has not been clarified in the present work. rnIn summary, a cardiomyocyte-specific Top2b deletion leads to a dilated cardiomyopathy, which is described and characterized in the present work. The underlying mechanism remains to be clarified. The tumor suppressor marker p53 plays an important role in the development of the dilated cardiomyopathy. In this context, an increased binding of p53 to promoter regions of Col1a1, Tgfβ2 and Mmp2 was detected in Top2b deleted mice 8 weeks after deletion implementation. The importance of this binding for the development of fibrosis and dilated cardiomyopathy is under investigation. rnrnrn
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1493
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-39008
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	138 S.
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