Analysis of the mammary gland specific effect of endothelin-1 in transgenic mice [Elektronische Ressource] / Nadir Gül. Gutachter: Richard Lucius ; Ahmed Mansouri ; Franz Theuring

Bjoern R.

Sujets

• Gesundheit

Informations

• Publié par: humboldt-universitat_zu_berlin
• Publié le: 01 janvier 2011
• Nombre de lectures: 28
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 7 Mo

Extrait

Analysis of the mammary gland specific effect of
endothelin-1 in transgenic mice
D i s s e r t a t i o n
Zur Erlangung des akademischen Grades
doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.)
im Fach Biologie

eingereicht an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
der Humboldt-Universität zu Berlin
von
Dipl. Biol. Nadir Gül
Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin
Prof. Dr. Jan-Hendrik Olbertz
Dekan der Mathematisch Naturwissenschaftlichen Fakultät I
Prof. Dr. Andreas Herrmann
Gutachter: 1. Prof. Dr. Richard Lucius
2. Prof. Dr. Ahmed Mansouri
3. Prof. Dr. Franz Theuring

Tag der mündlichen Prüfung: 07.04.2011























Dedicated to the memory of my dear father



I
Acknowledgement
I would like to show my gratitude to my advisor, Prof. Dr. Franz Theuring, whose encour-
agement, scientific guidance and support from the initial to the final level enabled me to de-
velop an understanding of my PhD study.
I would like to express my special thank to Dr. Andreas Fischer who made this thesis possi-
ble with his scientific criticism and friendly encouragement.
I also want to thank previous and current lab members of the AG Theuring for providing a
pleasant working environment where I enjoyed doing my research. It is also a pleasure to
thank Karima Schwab, Markus Gluth and Mandy Magbagbeolu for their technical support
and their sincere fellowship.
I owe my deepest gratitude to my family and my wife Mandy Greifenberg Gül for all their
complimentary supports and encouragements.
II


III
Zusammenfassung
Endothelin-1 (ET-1) ist ein gefä βaktives Peptid, welches zusätzlich verschiedenste nicht kar-
diovaskuläre physiologische und pathophysiologische Effekte besitzt. So wurde z.B. be-
schrieben, dass ET-1 in der Brustdrüse während der Schwangerschaft und Stillzeit exprimiert
wird. Zusätzlich zu den bekannten Nährstoffen und Wachstumsfaktoren konnte auch ET-1 in
der Muttermilch nachgewiesen werden, was auf eine physiologische Rolle von ET-1 für die
Laktation und den säugenden Nachwuchs hinweist. In der vorliegenden Arbeit sollte die
Funktion von ET-1 in der Brustdrüsenentwicklung mit Hilfe von ET-1 transgenen Mäusen
aufgeklärt werden. Die eingesetzten transgenen Tiere überexprimieren humanes ET-1 mit
den entsprechenden 5'- und 3' regulatorischen Sequenzen. Mit Hilfe dieser Strategie sollen
die ET-1 spezifischen Funktionen während der Brustdrüsenentwicklung untersucht werden.
Transgenes ET-1 wurde während der Tragzeit und Stillzeit in der Brustdrüse detektiert. Die
Ergbnisse zeigten, dass säugende Neugeborene der ET-1 transgenen Mäuse eine geringere
Gewichtszunahme und eine erhöhte Mortalität aufwiesen, welches auf einen Laktationsde-
fekt hinweist. Die histologische Untersuchung der Brustdrüse während der Tragzeit ergab
eine reduzierte Milchkanalausbildung, kollabierte und nicht expandierende Alveoli, vermehrte
Adipozytenausbildung und fortbestehende zytoplasmatische Lipidtropfen (CLDs). Zusätzlich
war die Expression des Milchproteins WAP reprimiert. Interessanterweise wurde diese Re-
pression nicht durch STAT5, einem beschriebenem Regulator der Milchproteinexpression
und Alveolarexpansion, vermittelt, da dessen Aktivität unverändert war. Als Konsequenz
dieses Laktationsdefekts konnte eine verfrühte Rückbildung der Brustdrüse festgestellt wer-
den. Diese ging mit einer erhöhten Expression von STAT3 einher. Interessanterweise wies
der bekannte Aktivator von STAT3, LIF, ebenfalls eine gesteigerte Aktivität auf, sowohl wäh-
rend der Tragzeit als auch während der Laktation.
Zusätzlich zu den beschriebenen Defekten bei der Milchabgabe zeigten histologische Unter-
suchungen der Brustdrüse eine Laktationshyperplasie während der mittleren Laktationspha-
se. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass ET-1 Rezeptoren, neben den
klassischen Signalwegen dieser G Protein-gekoppelte Rezeptoren, auch mit Tyosinkinasere-
zeptoren wie z. B. dem EGFR interagieren können. Brustdrüsen von ET-1 transgenen Tie-
ren zeigten eine erhöhte Aktivität sowohl von EGFR als auch von ERK1/2, welches im Zu-
sammenhang mit dem hyperplastischen Phänotyp stehen könnte. Die mögliche
tumorfördernde Wirkung von ET-1 wird ferner durch die erhöhte Expression von Amphiregu-
lin, einem EGFR-Liganden, während der Tragzeit und der Laktation verstärkt.
Zusammenfassend konnte festgestellt werden, dass ET-1 sowohl die Milchsekretion als auch
den Milcheinschuss negativ beeinflusst, so dass eine ausreichende Versorgung säugender
IV
Jungtiere in der 1. Hälfte der Laktationsperiode nicht mehr gewährleistet ist. Zusätzlich ver-
ursachte ET-1 eine Laktationshyperplasie, welche auf die Induktion der EGFR-Achse zu-
rückzuführen ist. Zusammenfassend kann somit festgestellt werden, dass die Ergebnisse auf
eine wichtige Rolle von ET-1 in der Brüstphysiologie des Säugers hinweisen.
Schlagwörter:
Endothelin 1, Milchdrüse, Laktationsdefekt, Laktationshyperplasie, Transaktivierung
der EGFR
V
Summary
Endothelin-1 (ET-1) is a potent vasoactive peptide having wide physiological effects on vas-
cular homeostasis and on a variety of pathophysiological processes unrelated to cardiovas-
cular system. It has been noted that ET-1 is expressed in mammary glands during pregnancy
and lactation periods. Furthermore, ET-1 is secreted into milk, suggesting additional physio-
logical roles in the lactating mother and in the suckling neonate. Hence, the present study
was proposed to elucidate the possible functional roles of ET-1 in mammary gland develop-
ment employing ET-1 transgenic mice. ET-1 transgenic mice had been generated by using a
human genomic ET-1 construct containing 5´ and 3´ regulatory sequences. This transgenic
construction strategy grants to analyse the specific functions of ET-1 in normal mammary
gland physiology.
The transgene expression was found in mammary gland during pregnancy and lactation. ET-
1 transgenic mice exhibited a lactational incompetence with reduced weight gain and in-
creased mortality of their newborns, as a result of a secretory defect. In virtue of this defect,
ET-1 transgenic mammary glands histologically revealed a reduced ductal outgrowth, col-
lapsed alveoli with a reduced expansion capacity, increased adipocyte accumulation, and
persistence of cystoplasmic lipid droplets (CLDs) during lactation. In addition, the expression
of the milk protein, WAP, was found to be constantly suppressed in ET-1 mammary glands
although the activity of STAT5, which is known to be a regulator of the expression of milk
proteins and alveolar expansion, was found to be normal. Furthermore, as a consequence of
the secretory defect, ET-1 transgenic mammary glands exhibited focal precocious involution
during early stages of lactation along with an increased activity of STAT3. Consistently, the
known activator of STAT3, LIF, was strongly upregulated during lactation and pregnancy.
Besides the secretory defect of ET-1 transgenic mammary glands, histological analysis re-
vealed a local lactational hyperplasia during the middle of lactation. Alternatively to the clas-
sical G protein-coupled receptors GPCR signalling pathways, endothelin receptors are able
to communicate with tyrosine kinase receptors such as the epidermal growth factor receptor
(EGFR) for which the term receptor transactivation was coined. Mammary glands of ET-1
transgenic animals exhibited an increased activity of the EGFR and ERK1/2, which could
contribute to the observed hyperplastic phenotype. In support of the potential tumourigenicity
of ET-1, one of the EGFR ligands, amphiregulin, was found significantly upregulated in ET-1
transgenic mammary glands, both during pregnancy and lactation periods.
In summary, high levels of ET-1 affect the secretion and the milk let down process. Conse-
quently the normal support of milk for the suckling neonates is severely impaired during the
first half of the lactation period. In addition, ET-1 caused lactational hyperplasia in the mam-
VI
mary glands due to the induction of the EGFR axis. This suggests an important role for ET-1
in mammary gland physiology.
Keywords:
Endothelin 1, Mammary gland, Lactational defect, Lactational hyperplasia, EGFR
transactivation