Comparative Analysis of Embryonic Stem Cells and Multipotent Adult Germline Stem Cells at the Level of Transcriptome and Proteome

Abstract

Bei der Pluripotenz verschiedener Stammzelltypen handelt es sich um einen komplexen biologischen Zustand, der der Zelle erlaubt, sich unbegrenzt zu teilen und zu proliferieren (Selbst-Erneuerung), der die Zelle aber auch auf eine Differenzierung in Gewebe aller drei Keimblätter und zu Keimzellen vorbereitet. Pluripotenz wird durch das Vorhandensein von speziellen transkriptionellen regulatorischen Netzwerken aufrechterhalten, deren Komponenten bis jetzt allerdings noch nicht vollständig identifiziert wurden. In der vorliegenden Arbeit sollten Ähnlichkeiten und Unterschiede im Genexpressionsmuster von embryonalen Stammzellen (ESCs) und multipotenten adulten Keimbahnstammzellen (maGSCs) herausgearbeitet werden. Dabei sollte ein besonderer Fokus auf die Gene gelegt werden, die bekanntermaßen an der Regulation von Pluripotenz beteiligt sind. Ein weiteres Ziel war die Identifizierung putativer neuer Faktoren, die Pluripotenz regulieren. Zunächst wurde deswegen eine Microarray-Analyse durchgeführt, um ESCs, maGSCs und deren differenzierte Abkömmlinge auf RNA-Ebene zu vergleichen. Es konnte gezeigt werden, dass die beiden undifferenzierten Zelltypen weder anhand der Expression bekannter Pluripotenzgene noch anhand ihres globalen Genexpressions¬musters unterschieden werden können. Beim Vergleich differenzierter und undifferenzierter Zellen konnte die erwartete Veränderung im Genexpressions¬muster dargestellt werden. Dahingegen wiesen die zwei Zelltypen nach ihrer Differenzierung wieder eine sehr ähnliche Genexpression auf. Außerdem wird der Vergleich von ESCs und maGSCs auf Proteinebene beschrieben. Hierdurch war es möglich, die Ähnlichkeiten zwischen den Zelltypen im undifferenzierten Zustand zu bestätigen. Allerdings konnten sowohl qualitative als auch quantitative Unterschiede in der Proteinausstattung der Zellen nach der Differenzierung beider Zelltypen gefunden werden. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die post-translationale Modifikation Hypusinierung von Eif5a einen Einfluss auf die Pr oliferation von ESCs und maGSCs hat, wohingegen sie sich nicht auf die Pluripotenz der Zellen auswirkt. Letztlich wird die funktionelle Charakterisierung des putativen Pluripotenzgens Stra8 beschrieben. Es konnte gezeigt werden, dass Stra8 alle Charakteristika eines Proteins erfüllt, das an der transkriptionellen Regulation der Pluripotenz beteiligt ist. Es konnte gezeigt werden, dass eine Veränderung im Proteingehalt von Stra8, und zwar siRNA-vermittelte Herunterregulation und stabile Überexpression, eine Veränderung des Expressionslevels sowohl verschiedener bekannter Pluripotenzgene als auch von Markergenen für die Differenzierung in die drei Keimblätter bewirkt. Zusätzlich wird die Identifizierung und Charakterisierung weiterer putativer Pluripotenzgene dargestellt. Hierfür wurden die Ergebnisse der Transkriptomanalyse, die im ersten Teil der Arbeit beschrieben werden, neu ausgewertet. Damit sollten Transkriptionsfaktoren identifiziert werden, deren Expression während der Differenzierung von ESCs und maGSCs herunterreguliert wird. Diese Kandidatengene wurden anhand ihres Expressionsmusters in pluripotenten Zellen und adulten Organen weiter analysiert.