Steroidhormone regulieren eine große Zahl an biochemischen und physiologischen Vorgängen. Die Entdeckung nuklearer Hormonrezeptoren und die Aufklärung ihrer Wirkungsweise trugen in den vergangenen Jahren dazu bei, Steuerungsmechanismen der Transkription aufzuklären, die von Steroiden reguliert werden. Störungen in der Kontrolle dieser komplexen Netzwerke der Genregulation können schwere Krankheiten verursachen. Die Microarray Technologie war die Methode der Wahl, um den Einfluß der Steroidhormone Vitamin D und Kortikosteron auf die Transkription näher zu untersuchen. Die erste Aufgabe in diesem Projekt war die Etablierung der cDNA Microarray Technologie. Microarrays mit cDNA Fragmenten als Sonden für mehrere hundert Gene wurden durch die Messung von Veränderungen im Transkriptionsprofil von Zellinien nach der Behandlung mit Steroiden getestet. Fötale menschliche Osteoblasten (hfOB) wurden mit Cyr61 behandelt, einem Faktor, dessen Expression Vitamin D in Knochenzellen induziert. Dadurch wurden Gene aus dem dem Notch- und dem Hedgehog Signalweg aktiviert. Die Identifizierung von Zielgenen von Cyr61, dem eine Rolle insbesondere während der Heilung von Frakturen zugeschrieben wurde, zeigt neue Signalwege unter der Kontrolle von Vitamin D und Cyr61 in Knochen. Die Entwicklung und Herstellung von cDNA Arrays mit knapp 21.000 Sonden ermöglichte eine genomweite Transkriptionsanalyse bei Mäusen. Mit diesen Microarrays wurde u.a. untersucht, wie sich eine Glukokortikoid-Behandlung von Insulin-produzierenden Inselzellen des Pankreas auf deren Expressionsprofil auswirkt. Die Behandlung mit Kortikosteron verstärkte die Ausschüttung von Insulin und induzierte Gene, die als Marker für Stresszustände, Inflammation und für die Entwicklung von Diabetes bekannt sind. Das Hauptprojekt in dieser Promotionsarbeit war es zu untersuchen, wie Vitamin D die Transkription in vivo reguliert. Gewebe, insbesondere aus Niere und Herz von Wildtyp (WT)-Mäusen und von transgenen Mäusen, die einen auf Transkriptionsebene inaktiven Vitamin D Rezeptor (VDR) exprimieren (VDRKO- Mäuse), wurden auf Unterschiede im Transkriptionsprofil analysiert. Bei normaler Ernährung entwickeln VDRKO Mäuse einen Phänotyp, der schwere Rachitis, Hypokalzämie, Hyperparathyroidismus, Alopecia, sowie Störungen im Wachstum und bei der Entwicklung von Knochen aufweist. Die Rolle von Vitamin D beim Lipidstoffwechsel und bei der Entstehung von Stoffwechselkrankheiten, wie Adiposität, Bluthochdruck oder Diabetes spiegelt sich klar in der funktionalen Annotierung differentiell exprimierter Gene in Nieren von VDRKO Mäusen wieder. Gene, die an der Lipogenese beteiligt sind, sind offenbar durch erhöhte intrazelluläre Kalziumkonzentrationen aktiviert. Die Konzentration von Kalzium im Zytosol kann durch Vitamin D durch Mechanismen reguliert werden, die nicht vom Vitamin D Rezeptor abhängen. Gleichzeitig wird durch die fehlende Unterdrückung durch den Vitamin D Rezeptor die Expression des uncoupling protein 1 (UCP1) erhöht. "Uncoupling" in den Mitochondrien verstärkt die Erzeugung von Wärme. Eine folglich geringere Effizienz bei der Produktion von ATP kann die Signalübertragung durch Insulin stören. Eine kürzlich beschriebene Aktivierung des Renin-Angiotensin Systems in VDRKO Mäusen wurde bestätigt. Darüber hinaus wurde in dieser Arbeit die Induktion mehrerer Gene festgestellt, die charakteristisch für Bluthochdruck und verwandte Krankheiten sind. Das Herz, ein nicht-klassisches Zielorgan von Vitamin D, weist bei VDRKO Mäusen Veränderungen in der Genexpression auf, die gut mit den Daten aus Untersuchungen der Niere korrelieren. Wie in der Niere, war die Expression von an der Lipogenese beteiligten Genen im Herz erhöht, zusammen mit Markern für Inflammation, Stressantwort, und Herzschwäche. Aktiviert waren auch Gene, die im Zusammenhang mit der Entwicklung von Hypertrophie des Herzens bekannt sind und charakteristisch sind für ein Wechsel im Metabolismus von Lipiden auf Glucose und Glutamin als Energieträger. Die starke Induktion von Calgranulin A und B sowie des Vitamin D-bindenden Proteins (DBP) zeigen erstmalig die Wirkung von Vitamin D auf das Immunsystem im Herzen in vivo. Die Arbeiten in dieser Dissertation sind ein Beitrag zur Weiterentwicklung der Microarray Technologie und zu deren Anwendung in der Erforschung der Rolle von Steroiden bei der Ausbildung multifaktorieller Krankheiten. Es wurde nachgewiesen, daß Vitamin D die Regulierung von Faktoren beeinflußt, die zentrale Funktionen im Stoffwechsel steuern. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, daß Vitamin D ein bedeutendes Glied in der bislang noch nicht aufgeklärten Verbindung zwischen Rachtis und Hypertonie, Diabetes, sowie mit kardiovaskulären Erkrankungen darstellt.
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Steroidhormone regulieren eine große Zahl an biochemischen und physiologischen Vorgängen. Die Entdeckung nuklearer Hormonrezeptoren und die Aufklärung ihrer Wirkungsweise trugen in den vergangenen Jahren dazu bei, Steuerungsmechanismen der Transkription aufzuklären, die von Steroiden reguliert werden. Störungen in der Kontrolle dieser komplexen Netzwerke der Genregulation können schwere Krankheiten verursachen. Die Microarray Technologie war die Methode der Wahl, um den Einfluß der Steroidhormon...
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