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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-69330
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/6933/


Krovvidi, Ravi Kumar

Quantitative proteome and transcriptome changes studied in an in vitro erythroid differentiation system

Untersuchungen zu quantitativen Änderungen im Proteom und Transkriptom einesin vitro Differenzierungssystems für rote Blutzellen

Dokument1.pdf (4.331 KB) (md5sum: f7fd7083286e787640b8d3977f75876c)

Kurzfassung in Englisch

Erythropoiesis epitomizes highly specialized cellular differentiation and gene regulation. It is regulated by the concerted actions of cytokine signaling pathways and transcription factors that function as master regulators. Posttranscriptional regulatory events have been discussed to play a significant ole at the later stages of erythroid development (Weiss and dos Santos 2009).
MEL (murine erythroleukemia) cells represent the most common cellular model system for dissecting the molecular processes involved in red blood cell maturation. They recapitulate part of the erythroid differentiation programme by differentiating into non-dividing hemoglobin rich cells, a stage just before the formation of reticulocytes. In the present study we used microarray analysis along with SILAC (stable isotope labeling of aminoacids in cell culture) for the quantitative encoding of the MEL cell proteome in order to monitor the changes in global gene and protein expression levels associated with red blood cell maturation (in vitro). Our combined dataset represents the irst comprehensive description of the differentiation-induced-switch in the MEL-cell-gene-expression programme, both at the mRNA and protein levels.
For our in-depth proteome analysis we employed subcellular fractionation along with prefractionation techniques like peptide isoelectric focusing and 1D-SDS-PAGE, in order to reduce sample complexity for the subsequent nanoscale LC-MS analysis. High mass accuracy data acquisition using a linear ion trap on-cyclotron-resonance FT hybrid mass spectrometer (LTQFTUltra) resulted in confident identification and quantification of 3774 proteins (minimum 2 peptides matching, 1%FDR) which included known erythroid differentiation and heme biosynthesis markers. We identified 49 novel proteins that could play a potential role in erythroid differentiation among them the histone methyltransferase SUV4-20H2 that is strongly upregulated during differentiation. Proteome versus transcriptome analysis revealed 320 proteins exclusively regulated post-transcriptionally at the protein but not at the mRNA level. Gene Ontology (GO) analysis demonstrates these proteins to be mainly involved in heme-binding, transport function (mitochondria), lipid and sterol biosynthesis. GO based hierarchial clustering analysis of the quantitative proteome and transcriptome data indicated a strong correlation between proteome and transcriptome changes for several pathways, namely poryphyrin metabolism, SNARE interaction (vesicular transport), ubiquitin mediated processes, mTOR signaling and OXPHOS.


Kurzfassung in Deutsch

Die Erythropoese stellt ein hervorragendes Modellsystem für das Studium eines hochspezialisierten zellulären Differenzierungs- und Genexpressionsprogramms dar, welches durch das Zusammenspiel von Cytokinsignalwegen und gewebespezifischen Transkriptionsfaktoren reguliert wird. MEL (murine Erythroleukämie)-Zellen sind ein etabliertes in-vitro Modell für die Analyse molekularer Abläufe, die während der Reifung roter Blutzellen ablaufen, da sie in Zellkultur zu Retikulocytenvorläufern differenzieren können, die ein extrem hohes Expressionsniveau an Hämoglobin aufweisen. In dieser Arbeit wurden differnenzierungsabhängige globale Änderungen am Genexpressionsprogramm sowohl urch Gen Microarray-Analysen als auch durch SILAC („stable isotope labeling of amino acids in cell culture“)-basierte quantitative Proteomik untersucht. Der kombinierte Datensatz repräsentiert eine eingehende Beschreibung der differenzierungsinduzierten Änderungen im Genexpressions-programm auf mRNA- und Proteinebene. Präfraktionierungsmethoden im Kombination mit hochauflösender FTICR-Massenspektrometrie erlaubten die Identifikation und Quantifizierung von 3774 Proteinen bei einer FDR von einem Prozent. Die Änderungen im Transkriptom und Proteom waren generell deutlich korreliert; nur bei etwas weniger als zehn Prozent der Expressionsänderungen auf Proteinebene (320 Proteine) kann eine posttranskriptionelle Regulation als wahrscheinlich angenommen werden.


Freie Schlagwörter (deutsch): Quantitative Massenspektrometrie , Differenzierung von MEL Zellen , Transkriptom-Analyse
Freie Schlagwörter (englisch): Quantitative mass spectrometry , MEL cell differentiation , Transcriptome analysis
Institut: Max-Planck-Institut für Immunbiologie
Fakultät: Fakultät für Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Mittler, Gerhard (Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 08.10.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 11.11.2009
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