Untersuchung der Effekte der ERp29-Defizienz auf ER-Stress und auf physiologische Parameter in vitro und in vivo

Abstract

ERp29 ist ein ER-Protein aus der Familie der PDI-Proteine. Literaturhinweise auf seine Funktion in der Zelle basieren auf in vitro-Untersuchungen in der Zellkultur und erwiesen sich zum Teil als widersprüchlich. Als Alternative bieten sich in vivo- Untersuchung an einem ERp29-Knockout (KO)-Maus-Modell an, in dem dieses Protein vollständig eliminiert wurde. Die ERp29-KO-Maus ist das einzige lebensfähige Maus-Modell der PDI-Familie. Die Abwesenheit von ERp29 beeinflusst bei embryonalen Fibroblasten (MEF) weder den Immortalisierungsverlauf noch ihre Immortalisierungsrate. Im Gegensatz zu immortalen Wildtyp (WT)-Zellen reagierten immortalisierte KO-Zellen in Klonogenitäts- und Migrationsstudien sensitiver auf die Behandlung mit einem Karzinogen, zeigten aber keine Anomalien bei der Antwort auf oxidativen Stress. Bei der Analyse der Stressantwort in adulten Zellen (dermale Fibroblasten, Thyreozyten) konnte eine verminderte Aktivität der ATF6-CHOP-Achse der „unfolded protein response“-Kaskade in KO-Zellen festgestellt werden, die zu einer höheren Apoptose-Resistenz im Vergleich zum WT führte. Die Analyse der Proteinexpression in Leber und die primäre Phenotypisierung (in Zusammenarbeit mit der German Mouse Clinic in München) zeigten wesentliche Veränderungen im Fettstoffwechsel der KO-Mäuse, die mit zunehmendem Alter in Fettleibigkeit resultierten. Die ERp29-defizienten Mäuse zeigten im Vergleich zum WT erhöhte Futteraufnahme, verminderte Aktivität und verminderte Reproduktivität. Darüber hinaus konnte bei KO-Mäusen eine verminderte Leptin-Expression im Hypothalamus, eine erhöhte Freisetzung des Stress-Hormons Kortikosteron, eine verminderte Knochendichte sowie Herzrhythmusstörungen festgestellt werden.

ERp29 is an ER protein and belongs to the PDI protein family. Evidences on its biological function found in the literature are based on in vitro cell-based assays and were partly proved as controversial. An alternative to study the biological role of ERp29 is the complete elimination of this protein in a knock out (KO) mouse model. The ERp29 KO mouse is the only viable mouse model of the PDI-family. ERp29 absence in embryonic fibroblasts (MEF) affects neither process nor rate of immortalization. In contrast to immortal wild type (WT) cells immortal KO cells were more sensitive to treatment with a carcinogen in colony forming and migration assays, but did not exhibit abnormalities in response to oxidative stress. In a stress response analysis of adult cells (dermal fibroblasts, thyrocytes) a reduced activity of the ATF6-CHOP-axis of the unfolded protein response in KO cells was determined which leads to higher apoptosis resistance compared to WT cells. The analysis of protein expression in KO mouse liver and primary phenotyping (in collaboration with the German Mouse Clinic in Munich) showed essential changes in lipid metabolism resulting in adipose during aging. ERp29 KO mice show increased food uptake, decreased activity and decreased reproduction rate. Moreover, a decreased leptin expression in hypothalamus, an increased release of stress hormone corticosterone, a decreased bone density and heart dysrhythmia could be detected in KO mice.