Marien Hospital Herne - Molekulare Forschung
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Marien Hospital Herne
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Klinik für Anästhesiologie, operative Intensivmedizin, Schmerz- und Palliativmedizin

Molekulare Forschung

Arbeitsgruppe: Mechanismen der transkriptionellen Genregulation im kardiovaskulären System

Die Entschlüsselung des humanen Genoms im Jahre 2000 war mit der Erwartung verknüpft, durch Identifizierung und Charakterisierung von Genen neue Möglichkeiten in der Diagnostik und Therapie zu eröffnen. Es zeigte sich jedoch, dass unser Erbgut nicht die initial geschätzten  bis zu 100.000 Gene enthält, sondern nach letzter Schätzung nur 27.000 Gene, und somit nur ca. 7.000 Gene mehr als z. B. der Fadenwurm. Diese Erkenntnis machte deutlich, dass die selektive transkriptionelle Kontrolle der Genexpression eine fundamentale Bedeutung sowohl für die Diversität der Arten als auch für Entstehung und Verlauf von Erkrankungen hat.
Die Expression wiederum wird sowohl durch selektive Aktivierung dem Gen vorgeschalteter Promotoren kontrolliert als auch kleine RNA-Moleküle, sogenannte micro-RNA. Zur Untersuchung relevanter Gene im kardiovaskulären System entwickelten wir einen Algorithmus, der die systematische Untersuchung der transkriptionellen Kontrolle sowie der Auswirkungen auf den zellulären Phänotyp dieser „genes of interest“ ermöglicht.
Zu Beginn wird der 5´- und 3´-untranslatierte Bereich eines Gens von verschiedenen Individuen unterschiedlicher Ethnien sequenziert, um potentielle Transkriptionsfaktorbindungsstellen sowie micro-RNA Bindungsstellen zu identifizieren. Des Weiteren sollten auf diese Art und Weise funktionelle genetische Varianten (SNPs) in regulatorischen Regionen identifiziert werden. Die Funktionalität dieser Bindungsstellen sowie von SNPs wird durch in vitro Methoden untersucht: Reporter Assays zur Untersuchung der transkriptionellen Wirkung sowie „electrophoretic mobility shift assays (EMSA)“ und „chromatin immunprecipitation (ChIP)“ zur cis/trans Interaktion. Die Frage, ob sich die in vitro Erkenntnisse auf die in vivo Situation übertragen lassen (Veränderung der Genexpression), wird mittels mRNA Expressionsuntersuchungen (real-time PCR) sowie Proteinexpressionsmessungen (Western Blot) beantwortet. Bei positiver Assoziation schließt sich ein funktioneller Test (Protein-Biochemie) im intakten Zellsystem sowie die Untersuchung eines Patientenkollektivs an (klinische Studie), um schließlich Genotyp-Phänotyp Korrelationen zu evaluieren.
Mit dieser Art des Vorgehens konnten wir bereits mehere bislang unbekannte SNPs im Promotor z. B. der G Protein-Untereinheiten Gαs sowie Gq identifizieren und mit klinischen Phänotypen assoziiieren.
In der sog. postgenomischen Ära können wir somit einen Beitrag zum Verständnis der Bedeutung unterschiedlicher Genexpression anästhesiologisch relevanten kardiovaskulären Erkrankungen leisten.

Arbeitsgruppe: Extrazelluläre Vesikel (EVs) als Mediatoren des interzellulären Kommunikationsnetzwerks

EVs sind membrangebundene Strukturen, die vermutlich von allen Organismen und Zelltypen über verschiedene Wege sezerniert werden. Ihren Ursprung reflektierend enthalten sie bestimmte Lipide, RNAs und Proteine. Sie werden aktiv sezerniert und spezifisch von selektiven Zielzellen aufgenommen. Auch wenn die pathophysiologische EV-Forschung noch in den Kinderschuhen steckt, ist die EV-vermittelte Signalübertragung neben direkter Zell-Zellkommunikation und Signalübertragung über lösliche Moleküle (Hormone, Wachstumsfaktoren, Chemokine etc.) offenbar eine dritte, sehr komplexe Art der interzellulären Signalübertragung, die essentiell an vielfältigen physiologischen und pathophysiologischen Prozessen beteiligt ist.
EVs, zu denen Exosomen und Mikrovesikel gehören, vermitteln nach neueren Erkenntnissen einen bedeutenden Anteil der interzellulären Kommunikation sowohl innerhalb als auch zwischen verschiedenen Geweben und Organen. Bei der EV-vermittelten Signalübertragung scheinen micro-RNAs (miRNAs) eine besondere Rolle zu spielen. Im Plasma zirkulierende miRNAs sind trotz hoher RNAse Aktivität im Plasma als potentielle Marker für Diagnose und Prognose verschiedener pathologischer Zustände detektiert worden. So wurden z. B. bei Patienten mit akutem Myokardinfarkt erhöhte Plasmakonzentrationen von miR-1 und miR-133a gemessen. Es scheint also ein spezifischer Schutzmechanismus im Plasma zu existieren, so dass die Degradation zirkulierender miRNAs verhindert werden kann. Dieser Schutz wird offenbar durch den Transport bestimmter miRNAs im Lumen von EVs gewährleistet, damit sie von ihren Ausgangszellen zu entsprechenden Zielzellen transportiert werden können. Andere miRNAs werden scheinbar in RNA-Proteinkomplexen u. a. in Assoziation mit Argonaute-2 vor extrazelluläre RNAsen geschützt. Weitere in vitro Experimente deuten darauf hin, dass EVs aus Kardiomyozyten miR-133a enthalten und diese miRNA auf Empfängerzellen übertragen. Hier modulieren sie nachweislich die Genexpression ihrer Zielzellen. Interessanterweise werden solche miRNAs bereits vor kardialer Troponin-Freisetzung nach Ischämie-induzierter myokardialer Apoptose sezerniert, so dass sie mögliche Biomarker für die frühe Detektion kardialer Ischämien sind. Die diagnostische Detektion plasmatischer miRNA erscheint also nur dadurch möglich zu sein, dass diese u. a. geschützt im Innern von EVs transportiert werden.

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