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Analysis of molecular events Involved in chondrogeenesis and somitogenesis by global gene expression profiling.

Analyse der molekularen Abläufe während Chondrogenese und Somitogenese durch Erstellung globaler Genexpressionsprofile.

München, Technische Universität, Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan, Diss., 2003, 135 S.
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In order to better understand the molecular mechanisms that control chondrogenesis and somitogenesis, a global quantitative expression profiling using SAGE (Serial Analysis of Gene Expression) was performed on a chondrogenic cell line, ATDC5, and on somitic tissues dissected from mouse E10.5 embryos. Among a total of 43,656 SAGE tags derived from mouse chondrogenic ATDC5 cells (21,875 from uninduced cells and 21,781 from cells induced with BMP4 for 6 h), 139 transcripts were differentially represented in the two libraries (P >= 0.05). Ninety-five of them matched to single UniGene entries (77 known genes and 18 ESTs), but surprisingly, many of them have never been implicated in chondrogenic differentiation. Interestingly, a significant fraction of these genes formed physical linkage groups. For the study of somitogenesis, the expression profiles in four different subsets of the caudal part of E10.5 embryos was compared: The tail bud (A), the caudal 2/3 (B) and the rostral 1/3 (C) of the presomitic mesoderm, and two pairs of nascent somites (D). A total of 171,639 LongSAGE tags (A: 21,595; B: 50,699; C: 49,732; D: 49,613) were generated leading to the identification of 1007 transcripts differentially represented between at least two of the libraries (P >= 0.05). The LongSAGE tags with a count of two or more were compared against the current genome annotation of EnsEMBL. The analysis of LongSAGE tags with no corresponding EnsEMBL gene lead to the identification of 1872 genes, that were not yet annotated to the genome, but represented by a UniGene cluster. Furthermore, 2348 GeneScan predictions could be verified with LongSAGE tags and 547 antisense genes were identified. A analysis of publically available SAGE libraries showed that target genes of signaling pathways other than BMP also cluster to the genome. Furthermore, the observed changes in the expression of ribosomal protein genes in various tissues under different conditions were examined. Surprisingly, cluster analysis showed that different tissue types had distinct profiles of ribosomal protein gene expression. In conclusion, the transcriptome analyses of both BMP-induced chondrogenesis and somitogenesis provided an insight on the molecular events during both developmental processes. In general, multiple signaling pathways and a variety of cellular processes are involved. Further study will clarify how these changes in gene expression are brought about and are organized into the concerted cellular events of chondrogenic and somitogenic differentiation.
Um die molekularen Mechanismen, welche Knorpelentwicklung und Somitogenese steuern, aufzuklären, wurde eine globale quantitative Genexpressions-analyse unter Verwendung von SAGE (Serial Analysis of Gene Expression) an der knorpelbildenden Zelllinie ATDC5 und an somitischem Gewebe, präpariert von E10.5 Mäusen, durchgeführt. Unter insgesamt 43,656 von der murinen knorpelbildenden Zelllinie ATDC5 gewonnenen SAGE Tags (21,875 aus uninduzierten Zellen und 21,781 aus Zellen, die für 6h mit BMP4 induziert wurden) waren 139 Transkripte unterschiedlich in den beiden Bibliotheken repräsentiert (P >= 0.05). 95 Tags konnten einzelnen UniGene Einträgen zugeordnet werden (77 bekannte Gene und 18 ESTs), aber überraschenderweise wurden viele davon bisher nicht mit der Differenzierung von Knorpel in Verbindung gebracht. Interessanterweise wurde von einer signifikanten Fraktion dieser Gene Gruppen physikalischer Verknüpfung gebildet. Für die Untersuchung der Somitogenese wurden Expressionsprofile von vier verschiedenen Teilen des caudalen bereiches von E10.5 Maus Embryonen verglichen: Schwanzknospe (A), die caudalen zwei Drittel (B) und das rostrale Drittel (C) des präsomitischen Mesoderms und zwei Paare werdender Somiten. Insgesamt wurden 171,639 LongSAGE Tags (A: 21,595; B: 50,699; C: 49,732; D: 49,613) generiert, wodurch 1007 Transcripte identifiziert wurden, welche zumindest zwischen zwei Bibliotheken unterschiedlich repräsentiert waren (P >= 0.05). Alle LongSAGE Tags, die mindestens zwei Mal in dem gesamten Datensatz vorkamen, wurden mit der momentanen EnsEMBL Genom- Annotierung verglichen. Die Analyse von LongSAGE Tags ohne entsprechendem EnsEMBL Gen führte zur Identifikation von 1872 Gene, welche bisher noch nicht an das Genom annotiert wurden, aber durch einen UniGene Cluster repräsentiert sind. Zusätzlich konnten 2348 GeneScan Vorhersagen verifiziert und 547 Antisense- Gene identifiziert werden. Eine Analyse von öffentlich zugänglichen SAGE Bibliotheken zeigte, dass Zielgene von anderen Signaltransduktionswegen als BMP4 auch Cluster im Genom bilden. Desweiteren wurden die beobachteten Veränderungen in der Genexpression von ribosomalen Proteinen in verschiedenen Geweben unter unterschiedlichen Bedingungen untersucht. Erstaunlicherweise zeigte eine Cluster- Analyse, dass verschiedene Gewebetypen eindeutig abgegrenzte Genexpressionsprofile ribosomaler Proteine haben. Zusammenfassend bietet die Transkriptiom- Analyse von BMP- induzierter Knorpelentwicklung sowie Somitogenese einen Einblick auf die molekularen Ereignisse, welche beide Entwicklungsprozesse steuern. Generell sind mehrere Signaltransduktionswege sowie eine vielzahl zellulärer Prozesse involviert. Weitere Studien werden zeigen, wie diese Veränderungen in der Genexpression hervorgerufen werden und wie sie in die fein abgestimmten zellul"aren Ereignisse von Knorpel- und Somitenentwicklung organisiert werden.
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Publication type Other: Thesis
Thesis type Doctoral thesis
Keywords chondrogenesis; somitogenesis; expression profiling; genome annotation
Quellenangaben Volume: , Issue: , Pages: 135 S. Article Number: , Supplement: ,
University Technische Universität
University place München
Faculty Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan