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Dissertation

Autor(en): Nadir Gül
Titel: Analysis of the mammary gland specific effect of endothelin-1 in transgenic mice
Gutachter: Richard Lucius; Ahmed Mansouri; Franz Theuring
Erscheinungsdatum: 29.06.2011
Volltext: pdf (urn:nbn:de:kobv:11-100189107)
Fachgebiet(e): Biowissenschaften, Biologie
Schlagwörter (ger): Endothelin 1, Milchdrüse, Laktationsdefekt, Laktationshyperplasie, Transaktivierung der EGFR
Schlagwörter (eng): Endothelin 1, Mammary gland, Lactational defect, Lactational hyperplasia, EGFR transactivation
Einrichtung: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Lizenz: Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung (CC BY NC ND)
Zitationshinweis: Gül, Nadir: Analysis of the mammary gland specific effect of endothelin-1 in transgenic mice; Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 29.06.2011, urn:nbn:de:kobv:11-100189107
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Abstract (ger):
Endothelin-1 (ET-1) ist ein gefä?aktives Peptid, welches zusätzlich verschiedenste nicht kardiovaskuläre physiologische und pathophysiologische Effekte besitzt. So wurde z.B. beschrieben, 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 Ergebnisse zeigten, dass säugende Neugeborene der ET-1 transgenen Mäuse eine geringere Gewichtszunahme und eine erhöhte Mortalität aufwiesen, welches auf einen Laktationsdefekt 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 Repression 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 werden. Diese ging mit einer erhöhten Expression von STAT3 einher. Interessanterweise wies der bekannte Aktivator von STAT3, LIF, ebenfalls eine gesteigerte Aktivität auf, sowohl während der Tragzeit als auch während der Laktation. Zusätzlich zu den beschriebenen Defekten bei der Milchabgabe zeigten histologische Untersuchungen der Brustdrüse eine Laktationshyperplasie während der mittleren Laktationsphase. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass ET-1 Rezeptoren, neben den klassischen Signalwegen dieser G Protein-gekoppelte Rezeptoren, auch mit Tyosinkinaserezeptoren wie z. B. dem EGFR interagieren können. Brustdrüsen von ET-1 transgenen Tieren zeigten eine erhöhte Aktivität sowohl von EGFR als auch von ERK1/2, welches im Zusammenhang mit dem hyperplastischen Phänotyp stehen könnte. Die mögliche tumorfördernde Wirkung von ET-1 wird ferner durch die erhöhte Expression von Amphiregulin, 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 Jungtiere in der 1. Hälfte der Laktationsperiode nicht mehr gewährleistet ist. Zusätzlich verursachte ET-1 eine Laktationshyperplasie, welche auf die Induktion der EGFR-Achse zurückzuführen ist. Zusammenfassend kann somit festgestellt werden, dass die Ergebnisse auf eine wichtige Rolle von ET-1 in der Brüstphysiologie des Säugers hinweisen.
Abstract (eng):
Endothelin-1 (ET-1) is a potent vasoactive peptide having wide physiological effects on vascular homeostasis and on a variety of pathophysiological processes unrelated to cardiovascular 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 physiological 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 development 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 increased 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, collapsed 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 revealed a local lactational hyperplasia during the middle of lactation. Alternatively to the classical 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. Consequently 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 mammary glands due to the induction of the EGFR axis. This suggests an important role for ET-1 in mammary gland physiology.
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