Sibylle von Vietinghoff

• Zusammenfassung Systeme zur induzierbaren Transgenexpression sind wichtige Werkzeuge, um die Funktion einzelner Gene in vitro und in vivo zu untersuchen. Sie bestehen aus drei Grundkomponenten, einem zu regulierenden Zielgen, einem "Schalter" und einem Liganden, der diesen Schalter bedient. In dieser Arbeit wurden Untersuchungen am Ecdysonsystem durchgeführt, das als Schalter den Insektensteroidhormonrezeptor für das Verpuppungshormon Ecdyson verwendet. Zunächst wurde ein neuer Rezeptor mit der Ligandenbindedomäne des Ecdysonrezeptors (EcR) desZusammenfassung Systeme zur induzierbaren Transgenexpression sind wichtige Werkzeuge, um die Funktion einzelner Gene in vitro und in vivo zu untersuchen. Sie bestehen aus drei Grundkomponenten, einem zu regulierenden Zielgen, einem "Schalter" und einem Liganden, der diesen Schalter bedient. In dieser Arbeit wurden Untersuchungen am Ecdysonsystem durchgeführt, das als Schalter den Insektensteroidhormonrezeptor für das Verpuppungshormon Ecdyson verwendet. Zunächst wurde ein neuer Rezeptor mit der Ligandenbindedomäne des Ecdysonrezeptors (EcR) des Seidenspinners Bombyx mori konstruiert, dessen Eigenschaften in der Zellkultur mit einem DrosophilaEcR-Konstrukt, das für mammalische Expression optimiert ist, verglichen wurden. Mit dem BombyxEcR konnte die Transgenexpression durch den nichtsteroidalen Liganden Tebufenozid gesteuert werden, was beim DrosophilaEcR nicht möglich war. Damit ist man in diesem Expressionssystem nicht wie beim DrosophilaEcR auf teure steroidale Liganden wie Ponasteron angewiesen. Außerdem mußte beim BombyxEcR der Heterodimerisierungspartner RXR nicht kotransfiziert werden. In Bezug auf erreichbaren Induktionsfaktor und Kinetik der Genexpression zeigten sich für die beiden Systeme vergleichbare Ergebnisse. Weiterhin wurden durch Pronukleusinjektion transgene Mäuse erzeugt, die den BombyxEcR unter einem herzspezifischen Promotor (aMHC) exprimieren. Als Zielgen wurde die b2a-Untereinheit des L-Typ-Calciumkanals eingebracht, die mit dem neuen Schaltsystem herzspezifisch gesteuert werden sollte. Die Bioverfügbarkeit des Agonisten Tebufenozid nach intraperitonealer Injektion wurde in einem in-vitro Assay in HEK293-Zellen überprüft. Es ergaben sich hinreichende Wirkstoffspiegel im Serum der Mäuse, um das Reportergen zu induzieren. Auch wenn bei der transgenen Maus nach der Induktion mit Tebufenozid kein immunologischer Nachweis erhöhter Expression der b2a-Untereinheit gelang,konnte doch in Herzkatheteruntersuchungen eine veränderte Herzfunktion nachgewiesen werden. Bei transgenen Mäusen führte die intraperitoneale Applikation von Tebufenozid für bis zu sieben Tage zu einem signifikanten Anstieg des systolischen Blutdrucks und der maximalen linksventrikulären Kontraktionsgeschwindigkeit, der bei nicht-transgenen Kontrolltieren nicht beobachtet wurde. Diese Befunde deuten erstmals in vivo darauf hin, daß die b2a–Untereinheit des L-Typ-Calciumkanals am Herzen eine positiv inotrope Wirkung vermitteln kann. Systeme zur induzierbaren Genexpression müssen weiterentwickelt werden, um die Ideale der präzisen Steuerung ohne Nebenwirkungen sowohl für die Grundlagenforschung als auch für eine in weiterer Zukunft liegende Verwendung in der Gentherapie zu erreichen.…
• English Summary Systems for inducible transgene expression are important tools to study the function of single genes in vitro and in vivo. They consist of three compounds, a regulated target gene, the gene for the "switch" and a ligand to operate this switch. This work describes experiments on the ecdysone system, which uses the insect steroid hormone receptor for the molting hormone Ecdysone. First, a new receptor with the ligand binding domain of the Ecdysone receptor (EcR) of the silkmoth Bombyx mori was constructed and compared in cellEnglish Summary Systems for inducible transgene expression are important tools to study the function of single genes in vitro and in vivo. They consist of three compounds, a regulated target gene, the gene for the "switch" and a ligand to operate this switch. This work describes experiments on the ecdysone system, which uses the insect steroid hormone receptor for the molting hormone Ecdysone. First, a new receptor with the ligand binding domain of the Ecdysone receptor (EcR) of the silkmoth Bombyx mori was constructed and compared in cell culture to a DrosophilaEcR optimised for use in mammal expression. The BombyxEcR could regulate transgene expression with the nonsteroidal ligand Tebufenozide in contrast to the DrosophilaEcR. So the investigator becomes independent of expensive steroidal ligands like Ponasterone. Additionally, it was not necessary to cotransfect RXR, the partner for heterodimerisation, with the BombyxEcR. Concerning induction factor and kinetics of gene expression, there was no signifikant difference between the two systems. Second, transgenic mice that expressed the BombyxEcR under the cardiac specific promotor aMHC were generated by pronucleus injection. The target gene that was ment to be regulated in a cardiac specific manner was the b2a-subunit of the L-type Calcium channel. The bioavailability of the agonist Tebufenozide after intraperitoneal injection was studied in a bioassay with HEK293-cells. It showed sufficient serum concentrations of the agonist to induce the reporter gene. Although it was not possible to prove an overexpression of the b2a-subunit after Tebufenozide treatment immunologically, cardiac catheterisations showed an altered cardiac function. In transgenic mice, intraperitoneal application of Tebufenozide for seven days or less led to a significant increase of systolic blood pressure and maximal left ventricular contractiliy. No effect was observed in non-transgenic control animals. This results indicate for the first time in vivo , that the b2a–subunit of the L-type calcium channel can have a positive ionotropic effect on the heart. Systems for inducible transgene expression will further have to be modified to reach the ideals of precise regulation without side effects for basic research as well as for use in gene therapy in a much more distant future.…