Expressionregulation von Androglobin
Das im Jahr 2012 entdeckte Androglobin ist das jüngste Mitglied in der Gruppe der Globine. Die höchste Expressionsrate konnte in Testis in Zusammenhang mit der Spermatogenese nachgewiesen werden und sie korreliert mit der männlichen Fruchtbarkeit. Die hohe evolutionäre Konservierung von Androglobin weist zusätzlich auf eine essenzielle Rolle im Organismus hin. Der molekulare Aufbau des Proteins zeigt eine chimäre Struktur, wobei die charakteristische Globindomäne zentral gelegen ist.
Das vorliegende Forschungsprojekt fokussiert sich auf die Expressionsregulation des Androglobin Genlokus. Das Forschungsprojekt hat das Ziel, Expressionsmuster und Interaktionen zwischen genregulatorischen Regionen darzustellen.
In diesem Zusammenhang wurden drei verschiedene Varianten des Androglobin Promoters und der Androglobin Enhancer durch in silico Analyse des Androglobin Genlokus identifiziert und jeweils in Gen Vektoren kloniert. Im Anschluss wurden die entstandenen Produkte in drei Zelllinien transfiziert und die Transkription in Ab- und Anwesenheit von Transkriptionsfaktoren gemessen und verglichen. Für zwei der Transkriptionsfaktoren, GATA Binding Protein 3 (GATA3) und Paired Box 5 (Pax5) wurde die den Transkriptionsfaktor bindende Gensequenz der untersuchten Androglobinabschnitte mittels Chromatin-Immunpräzipitations-Sequenzierungsexperimente (CHIP-seq) ermittelt. Exemplarisch wurde zusätzlich eine der GATA3 bindenden Gensequenzen mutiert, das Produkt transfiziert und die veränderte Transkription gemessen.
Zusammenfassend konnte dieses Forschungsprojekt ein enges genregulatorisches Netzwerk zwischen dem Androglobin Promoter, dem Androglobin Enhancer und den beteiligten Transkriptionsfaktoren abbilden und damit verbunden Erklärungen für die gezielte Expression des Proteins in bestimmten Phasen, sowie in ausgewählten Zellen der Spermatogenese geben. Des Weiteren konnte erstmalig ein Zusammenhang zwischen einer Androglobin Expression und der B Zell Lymphopoese, sowie der Expressionsregulation des Androgen Rezeptors hergestellt werden.
Insgesamt dient die vorliegende Arbeit somit der Erweiterung des Verständnisses über die erstaunliche Vielfalt der Globin Funktionen im Allgemeinen, mit besonderem Fokus auf die des Androglobins.Androglobin was discovered in 2012 as most recent member of the globin protein family. Most abundant mRNA expression levels were detected in testes and the corresponding protein expression was proven to be essential for male reproduction and influence in particular the process of sperm maturation. The strong evolutionary conservation of androglobin suggests a strongly conserved function. The protein structure displays a genetic chimerism with a central, characteristic globin domain.
Despite extensive research the exact circumstances where, when and why the protein is expressed however still remain unclear. This study aims to explore the expression regulation of the androglobin gene locus and reveal expression patterns and interactions between gene regulatory regions.
In this context, three sizes of the androglobin promoter and the androglobin enhancer were identified by in silico analysis of the androglobin gene region and cloned into three different vector constructs. To investigate ADGB promoter- and enhancer-dependent gene regulation, the various constructs were overexpressed in different cell lines with and without co-transfection of numerous transcription factors. For two specific transcription factors, GATA Binding Protein 3 (GATA3) and Paired Box 5 (Pax5) chromatin immunoprecipitation (ChIP) experiments were performed to identify the specific binding sites in the corresponding gene regions. Additionally, a GATA3 binding site sequence was exemplary mutated and the construct transfected to evaluate the specific binding capacity.
This research project could overall establish proof of a distinct gene regulatory network between the androglobin promoter and the androglobin enhancer and display corresponding interactions with transcription factors.
The interpretation of the outlined interactions hint for an androglobin expression limitation to specific stages of spermatogenesis and corresponding cells. Furthermore, this thesis could link androglobin expression for the first time to B-cell lymphopoiesis and the expression regulation of the androgen receptor, expanding the knowledge about the astonishing diversity of globin expression in general and, in particular of androglobin.