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Changes in the kidney proteome of vitamin D receptor knock-out mice.

Veränderungen im Proteom der Niere bei Vitamin D-Rezeptor knock out-Mäusen.

München, Technische Universität, Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan, Diss., 2003, 99 S.
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Vitamin D is a steroid hormone whose main function in organism is regulation of Ca2+ metabolism. The hormone acts in various tissues, but mostly in kidney, bone and intestine, either directly, influencing genomic and nongenomic responses, or indirectly via regulation of Ca2+ homeostasis. To exert its genomic actions vitamin D binds to the vitamin D receptor (VDR), whereupon liganded receptor binds to vitamin D response elements (VDRE) in target gene promoter regions and activates transcription. The mechanism of nongenomic responses, which take only seconds/minutes and modulate different signalling pathways, is still unclear. VDR belongs to the steroid hormone receptor superfamily and contains several domains common to all members of the family, including an N-terminal DNA binding domain, a ligand binding domain, a transcription factor domain and a C-terminal domain responsible for interactions with cofactors. In this study, VDR knock-out mice were examined, in which the DNA binding domain of VDR was partially deleted, thus disabling DNA binding, but the receptor was expressed and had an intact ligand binding domain. This mutation caused ablation of both, genomic and nongenomic responses in mice. Therefore, changes in the expression level of a large number of different proteins, which are regulated by vitamin D, or involved in vitamin D mediated response, were expected. Hence 2-dimensional electrophoresis was used to investigate changes in the kidney proteome of VDR knock-out mice. This approach enables an unbiased exploratory survey of a huge number of proteins at the same time. Using this technique a number of differentially expressed proteins were identified: VDR, cytosolic malate dehydrogenase, lactate dehydrogenase, hydroxyacid oxidase and adenosine kinase. Except VDR, all of them were significantly downregulated in VDR knock-out mice and they were generally involved in central metabolic processes in the cell. Taken together, downregulated expression of these enzymes implied lower energy supplies in kidneys of VDR deficient animals. However, no major functional abnormalities in VDR knock-out mice could be observed. Identification of VDR itself provided additional evidence that the receptor was expressed, even with partially deleted DNA binding domain, and therefore points to the importance of the N-terminal part of the protein in vitamin D response.
Vitamin D ist ein Steroidhormon, dessen Funktion hauptsächlich in der Regulation des Calciummetabolismus besteht. Hierfür wirkt es in zahlreichen Geweben, aber vor allem in der Niere, in den Knochen und im Darm. Vitamin D kann direkt (genomische und nicht-genomische Wirkweise) oder indirekt (Einfluss auf die Calciumhomöostase) wirken. Die genomische Wirkung wird durch die Bindung und des Vitamin D an den Vitamin D-Rezeptor (VDR) vermittelt. Dieser Komplex bindet an Vitamin D-Response-Elemente (VDRE) in Promotoren von Zielgenen und aktiviert so deren Transkription. Der Mechanismus der nicht-genomischen Reaktionen, die innerhalb von Sekunden oder Minuten ablaufen und verschiedene Signalwege modulieren, ist immer noch unklar. VDR gehört zur Steroid-Rezeptor-Superfamilie und enthält mehrere Domänen, die allen Mitgliedern gemeinsam sind. Dazu gehören eine N-terminale DNA-Bindungsdomäne, eine Liganden-Bindungsdomäne und eine C-terminale Region, die für die Wechselwirkung mit Cofaktoren zuständig ist. In der vorliegenden Arbeit wurden VDR-knock out-Mäuse (VDR-k.o.-Mäuse) untersucht. Diese zeichnen sich durch eine teilweise verkürzte DNA-Bindungsdomäne des VDR aus. Der Rezeptor wird zwar exprimiert, kann aber nur Vitamin D und nicht mehr VDREs binden. Erstaunlicherweise fallen dadurch sowohl die genomischen als auch die nicht-genomischen Reaktionen komplett aus. Deshalb wurde angenommen, dass sich das Expressionsniveau zahlreicher Proteine, die entweder von Vitamin D reguliert werden oder an der Vitamin D-Antwort beteiligt sind, ändern sollte. Um diese Veränderungen zu untersuchen, wurde das Nieren-Proteom von VDR-k.o.-Mäusen mit zwei-dimensionaler Elektrophorese analysiert. Durch diesen Ansatz wird die Analyse einer großen Zahl von Proteinen in einem einzigen Experiment auf unvoreingenommene und umfassende Art ermöglicht. Eine Reihe unterschiedlich exprimierter Proteine wurde mit Hilfe dieser Technik identifiziert: Neben VDR waren dies u.a. die zytosolische Malatdehydrogenase, die Laktatdehydrogenase, die Hydroxysäure-oxidase und die Adenosinkinase. Mit Ausnahme von VDR sind alle diese Proteine, die an zentralen intrazellulären Stoffwechselprozessen beteiligt sind, in den untersuchten VDR-k.o.-Mäusen signifikant herunterreguliert. Diese Daten weisen auf eine mangelhafte Energieversorgung in der Niere der VDR-defekten Tiere hin. Allerdings wurden keine signifikanten Funktionsstörungen beobachtet. Die Beobachtung, dass auch VDR selber in VDR-k.o.-Mäusen fehlreguliert ist, lieferte einen zusätzlichen Hinweis, dass der Rezeptor exprimiert wird, auch wenn ihm Teile der DNA-Bindungsdomäne fehlen. Das bestätigt die wichtige Funktion der N-terminalen Rezeptor-Domäne für die Vitamin D-Antwort.
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Publikationstyp Sonstiges: Hochschulschrift
Typ der Hochschulschrift Dissertationsschrift
Schlagwörter vitamin D; vitamin D receptor (VDR); knock-out mice; 2-DE; MALDI-TOF
Quellenangaben Band: , Heft: , Seiten: 99 S. Artikelnummer: , Supplement: ,
Hochschule Technische Universität
Hochschulort München
Fakultät Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan