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Untersuchungen zur Expressionsregulation der Phospholipid-Hydroperoxid Glutathion-Peroxidase

Ufer, Christoph 05 April 2006 (has links)
Die Phospholipid-Hydroperoxid Glutathion-Peroxidase (phGPx) ist ein monomeres Selenoprotein, welches innerhalb der Familie der Glutathion-Peroxidasen aufgrund seiner breiten Substratspezifität und der Fähigkeit Proteinthiole zu modifizieren eine Sonderstellung einnimmt. Vom Gen der phGPx werden nach heutigem Kenntnisstand drei verschiedene Protein-Isoformen gebildet. Die mitochondriale Isoform enthält am N-Terminus ein mitochondriales Insertionssignal und wird bevorzugt im Testis exprimiert. Von einem im Leserahmen stromabwärts liegenden Startkodon wird die kürzere, ubiquitär exprimierte zytosolische Isoform synthetisiert. Eine dritte phGPx-Isoform besitzt eine N-terminale nukleäre Lokalisationssequenz (kodiert von einem alternativen Exon 1) und wird vornehmlich in den Kernen post-meiotischer Zellen der Spermatogenese gefunden. Aufgabe dieser Arbeit war es, die molekularen Mechanismen zu untersuchen, die am Zustandekommen des vielfältigen Expressionsmusters der phGPx-Isoformen beteiligt sind. Im ersten Teil der Arbeit wurden transkriptionelle Regulationsmechanismen der phGPx-Expression untersucht. Im proximalen Promotorbereich (-100 bp – +228 bp) des phGPx-Gens wurden unter in vitro (Supershift-Assay) und in vivo (Chromatin-Immunopräzipitation) Bedingungen die Transkriptionsfaktoren Sp1 und NF-Y identifiziert, die an drei GC-reiche Motive beziehungsweise zwei inverse CCAAT-Boxen binden. Darüber hinaus konnten in kompetetiven Gelshift-Assays im proximalen Promotorbereich zwei Bindungssequenzen identifiziert werden, die von Faktoren der Smad-Familie gebunden werden. Funktionelle in vitro Promotorstudien mit mutierten Promotorkonstrukten zeigten, dass die Mutagenesen der Sp1- und NF-Y Bindestellen einen starken Einfluss auf die Reportergenaktivität hatten. Im zweiten Teil der Arbeit wurden durch Untersuchungen von Protein-RNA-Interaktionen post-transkriptionelle Mechanismen der Expressionsregulation studiert. Mit Hilfe des in vivo Ansatzes des Hefe Drei-Hybrid Systems wurde der Guanin-reiche Sequenz bindende Faktor 1 (GRSF1) identifiziert, der in der 5’-untranslatierte Region der mitochondrialen phGPx-mRNA bindet. In RNA Gelshift-Assays wurde die Spezifität dieser Interaktion bestätigt und näher charakterisiert. Schließlich wurden für GRSF1 und die phGPx Expressionsprofile in murinen Gewebe erstellt sowie die zeitabhängige Expression beider Proteine während der Embryogenese verfolgt. Die auffällig ähnlichen Expressionsmuster lassen ähnliche Regulationsmechanismen vermuten. Die in dieser Arbeit identifizierten trans-regulatorischen Proteine Sp1, NF-Y, Smad und GRSF1 sollten an der differentiellen Expression der phGPx-Isoformen beteiligt sein. / The Phospholipid Hydroperoxide Glutathione Peroxidase (phGPx) is a monomeric selenoprotein that is unique in the family of Glutathione Peroxidases due to its low substrate specificity and its ability to oxidise protein thiols. Three different isoforms are known to derive from one common gene. The mitochondrial Isoform contains an N-terminal mitochondrial insertion sequence and is preferentially expressed in postpubertal testis. The shorter, ubiquitously expressed, cytosolic isoform is expressed from an in-frame start codon. A third isoform contains an N-terminal nuclear localization signal coded for by an alternative exon 1 and is preferentially expressed in the nuclei of post-meiotic spermatides. The aim of the present study is to investigate the molecular mechanisms leading to the different isoforms and causing their tissue specific expression pattern. In the first part of this work transcriptional regulatory mechanisms will be analysed. Within the proximal promoter region (-100 to +228 bp) of the phGPx gene the transcription factors SP1 and NF-Y were identified to bind to three GC-boxes and two CCAAT-boxes respectively using in vitro methods (Supershift Assays) and in vivo methods (Chromatine immunoprecipitation). Moreover, performing competitive gel shift assays two binding elements for the smad family of transcription factors could be identified. Functional in vitro reporter gene assays provided evidence that the mutagenesis of the binding sequences for NF-Y and Sp1 has a strong impact on promoter activity. In the second part of this work post-transcriptional events in the expression regulation of the phGPx were analysed on the basis of protein/RNA interactions. Applying the in vivo approach of the yeast three hybrid system the Guanin-riche sequence binding factor 1 (GRSF1) could be identified binding to the 5’-untranslated region of the mitochondrial phGPx messenger. RNA mobility shift assays were performed to further characterize the specificity of this protein/RNA interaction. Eventually, the tissue distribution of GRSF1 and phGPx was studied in murine tissues and their expression kinetics were followed during murine embryogenesis. The obvious parallel expression kinetics for mitochondrial phGPx and GRSF1 suggest common regulatory mechanisms for these two genes. All the identified trans-regulatory elements are very likely to be involved in the differential expression regulation of the phGPx isoforms.

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