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The role of low-density-lipoprotein receptor (LDLR) family members in human coronary artery endothelial cells in response to modified LDL

Gensberger, Eva Theres (2010) The role of low-density-lipoprotein receptor (LDLR) family members in human coronary artery endothelial cells in response to modified LDL.
Diplomarbeit, University of Vienna. Zentrum für Molekulare Biologie
BetreuerIn: Hermann, Marcela

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DOI: 10.25365/thesis.11804
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-30486.82875.282166-6

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Abstract in English

First mark of atherosclerosis is linked to endothelial dysfunction, with a massive injury of endothelium of the vascular intima of blood vessels. Mechanical forces, as blood associated shear stress, play an important role in cardiovascular physiology. Atherosclerotic lesions can be detected in regions of low shear stress (LSS) and disturbed blood flow at curvatures and narrows of vessels and capillaries. Various diseases such as diabetes, chronic renal insufficiency, and obesity come along with elevated levels of blood cholesterol and different modified low-density- lipoproteins (LDL). The modification of lipoproteins is a key event in early atherosclerosis, which leads to endothelial dysfunction and the formation of foam cells. Human coronary artery endothelial cells (HCAEC) are used for studies of atherosclerosis, to observe the effect of modified LDL, such as oxidized, carbamylated, and glycated LDL. High-density-lipoprotein (HDL) and also the female hormone estrogen are defined to be vasoprotective and antagonize the formation of atherosclerotic lesions. Lipotoxicity on endothelial cells could be demonstrated with increasing concentration of different modified LDL. We could determine that estrogen and HDL lower the cytotoxic effect of modified LDL on endothelial cells in cell culture experiments. Previous data focused on the regulation of inflammatory sensors and upregulation of scavenger receptors. In this study the question was addressed to determine the role of LDL receptor gene family members, such as LDL receptor, LRP1 and LRP2 in HCAEC and the impact of modified LDL. More interest was also raised in sex specific differences and the impact of estrogen 17-beta estradiol (E2) in vasculature. The investigation was based on incubation of HCAEC with different modified LDL under static cell culture condition and also under subjection to shear stress. The Fiber Cell™ module is designed for cell culture experiments to study endothelial cells under shear stress. However, LDL receptor expression seemed to be downregulated on the transcript level after exposure of endothelial cells to modified LDL under static conditions and under LSS. HSS affects the activation of LDLR in vasculature. Hence, LRP2 could be detected at low-level expression on the mRNA level in both conditions. LRP1 could not be detected under static conditions, but a slight upregulation under shear stress could be detected. Moreover, estrogen induced a slight upregulation of the mRNA level of LRP1 and LRP2 under static conditions. The LDL receptor seemed to be significantly upregulated by estrogen administration, also published by Smith et al, 2004. Concluding, the vasoprotective effect of estrogen and HDL and the lower incidence of toxic effects of modified LDL on HCAEC could be shown. The expression of LDL receptor gene family members, including LDLR, LRP1, and LRP2 seemed to be downregulated in atherosclerotic events.

Schlagwörter in Englisch

Atherosclerosis / endothelial dysfunction / modified LDL, LDL receptor family / toxicity / estrogen

Abstract in German

Erste Anzeichen der Atherosklerose kennzeichnen sich durch die endotheliale Dysfunktion in Folge von massiver Schädigung des Endothels in der Intima der Blutgefäße. Der Blutfluss und die dabei wirkenden mechanischen Scherkräfte spielen eine entscheidende Rolle in der Gefäßhomeostase und der Aufrechterhaltung der Endothelfunktion. An Abgängen, Verzweigungen und Verengungen von Blutgefäßen wirken geringere Scherkräfte und der Blutfluss verlangsamt sich, infolgedessen treten an diesen Stellen vermehrt atherosklerotische Plauqes auf. Verschiedene Krankheiten wie Diabetes, chronische Niereninsuffizienz und Übergewicht gehen mit erhöhtem Blutcholesterolspiegel einher. Patienten haben durch die Krankheit vermehrt modifizierte Lipoproteine im Blut. Modifikationsprozesse von LDL stehen mit ersten Anzeichen der Atherosklerose in Verbindung. Humane koronare arterielle Endothelzellen (HCAEC) werden häufig im Forschungsbereich der Atherosklerose, insbesondere der endothelialen Dysfunktion eingesetzt, um die Wirkung von modifizierten LDLs und die dabei resultierende Schädigung der Endothelzellen herauszufinden. HDL und das weibliche Hormon Östrogen wirken Schädigungen entgegen und werden als vasoprotektiv beschrieben. Anhand von Toxizitätstests konnte die Lipotoxizität mit steigender Konzentration an modifizierten LDL auf Endothelzellen gezeigt werden. Die Vermutung konnte bekräftigt werden, dass HDL und 17-beta Estradiol (E2) den toxischen Effekt in Zellkulturexperimenten vermindern konnten. Frühere Studien befassten sich mit der Regulation von inflammatorischen Markern und der Regulierung von Scavenger Rezeptoren, den sogenannten Fressrezeptoren. Bisher ist wenig über die Regulation von LDL Rezeptor Familienmitgliedern im vaskulären Endothelium bekannt. Das Ziel meiner Diplomarbeit war, die Rolle von LDL Rezeptor Familienmitgliedern, wie LDL Rezeptor, LRP1 und LRP2, in diesem Zusammenhang zu definieren. Hierbei sollten HCAEC mit verschiedenen modifizierten LDLs (oxidiertem, glykiertem und carbamyliertem LDL) behandelt werden. Weiters sollten geschlechtsspezifische Unterschiede erfasst werden, indem Zellen zusätzlich zu modifizierten LDL mit E2 behandelt wurden. Die Expressionsanalysen wurden unter statischen Bedingungen und unter Einwirkung von Scherkräften in Zellkartuschen (Fiber Cell™ Model) durchgeführt. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass der Transkriptionslevel von LDL Rezeptoren unter statischen Bedingungen und unter geringen Scherkräften verringert wird. Erhöhter Blutfluss und Scherkräfte wirken aktiv auf Rezeptoren der Endothelzellen. LRP2 mRNA konnte nur mit geringem Expressionstatus nachgewiesen werden. LRP1 konnte auf Transkriptionsebene in Zellkulturexperimenten nicht nachgewiesen werden, aber eine basale Aktivierung unter Einfluss von Scherkräften. In Zellkulturexperimenten zeigte die Inkubation von Endothelzellen mit E2 und modifizierten LDL, einen geringen Antsieg von LRP1 und LRP2 auf mRNA Ebene. Eine signifikante Steigerung der LDL Rezeptor mRNA-Expression konnte bei E2 Zugabe erkannt werden. Generell scheint die mRNA-Expression von LDL Rezeptor Familienmitgliedern unter Einwirkung von modifizierten LDLs in frühen atherosklerotischen Stadien verringert zu werden.

Schlagwörter in Deutsch

Atherosklerose / endotheliale Dysfunktion / modifiziertes LDL / LDL Rezeptor Familie / Toxizität / Östrogen

Item Type: Hochschulschrift (Diplomarbeit)
Author: Gensberger, Eva Theres
Title: The role of low-density-lipoprotein receptor (LDLR) family members in human coronary artery endothelial cells in response to modified LDL
Umfangsangabe: 91 S. : Ill., graph. Darst.
Institution: University of Vienna
Faculty: Zentrum für Molekulare Biologie
Publication year: 2010
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Hermann, Marcela
Assessor: Hermann, Marcela
Classification: 42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Number: AC08745044
Item ID: 11804
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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