{"id":{"repo_id":"freiburg-diss","oai_identifier":"oai:freidok.uni-freiburg.de:1320"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/freiburg-diss/oai:freidok.uni-freiburg.de:1320","repository":{"repo_id":"freiburg-diss","name":"University of Freiburg","base_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/oai/oai2.php"},"display":{"title":"Charakterisierung der stressinduzierten Genexpression in Endothelzellen - unter besonderer Berücksichtigung des Molekularen Chaperons Mdg1","abstract":"Mit seinen 6000 m2 Oberfläche ist das
vaskuläre Endothel keine passive Barriere zwischen dem Blut und
der angrenzenden Gefäßmuskelschicht, sondern ein endokrin aktives
Organ. Es spielt eine Schlüsselrolle in der Signalvermittlung
zwischen Blut und Extravasalraum. Ein wichtiger physiologischer
Stimulus der Endothelzellen ist dabei die an ihrer Oberfläche
angreifende Schubspannung. Sie ist unter anderem ein
entscheidender Faktor für das adaptive Gefäßwachstum, die sog.
Arteriogenese. Vor ihrem Hintergrund erfolgte hier die
systematische Analyse der Wirkungen von Schubspannung auf das
genetische Expressionsverhalten in vitro-kultivierter
Endothelzellen. Mittels Microarray- und Echtzeit-PCR-Technologie
konnten nicht nur ein umfassendes Wirkungsspektrum erstellt,
sondern auch Interferenzen mit zeitgleich applizierten Zytokinen
aufgezeigt werden. Aus den hier präsentierten Befunden geht
hervor, dass das Endothel durch beide Stimuli transkriptionell
aktiviert wird. Das Spektrum exprimierter Gene passt dabei gut zur
arteriogenetischen Mittlerfunktion des Endothels.
Mdg1 (Mikrovaskuläres Differenzierungs-Gen 1) kodiert für ein
DnaJ-analoges Protein der Hsp40-Chaperon-Klasse und ist bei der
zellulären Differenzierung entdeckt worden. Der Prozess der
Arteriogenese verlangt zelluläre Differenzierungsvorgänge. Eine
hier durchgeführte Untersuchung zeigt entsprechend eine Induktion
von Mdg1 während des arteriogenetischen Gefäßumbaus. In
systematischer in vitro-Analyse verschiedener zellulärer
Stressformen wurde die Belastung des Endoplasmatischen Retikulum
als ursächlicher subzellulärer Stimulus identifiziert (ER-Stress).
Substanzen, die die ER-Homöostase stören, erwiesen sich
entsprechend als starke Mdg1-Induktoren. Die Mdg1-Erhöhung war
dabei am ausgeprägtesten im Endothel und erfolgte deutlich
sensibler als bei herkömmlichen ER-Stress-Indikatoren. ER-Stress
ist ein Resultat sehr vielfältiger physiologischer sowie
pathologischer Bedingungen. Schon leichte Veränderungen der
extrazellulären Matrix verursachen die Umstellung
translational-sekretorischer Programme und damit ER-Stress. Alle
Zellen besitzen zur Reaktion hierauf ein Signalsystem, das vom ER
zum Kern gerichtet ist. Es konnte gezeigt werden, dass Mdg1 ein
sensitiver Marker der endothelialen ER-Belastung ist. Die Daten
zur Regulation von Mdg1 auf mRNA- und Proteinebene sprechen für
eine Beteiligung von Mdg1 innerhalb der ER-Stress-Signalkaskaden.","abstract_html":"Mit seinen 6000 m2 Oberfläche ist das <br>vaskuläre Endothel keine passive Barriere zwischen dem Blut und <br>der angrenzenden Gefäßmuskelschicht, sondern ein endokrin aktives <br>Organ. Es spielt eine Schlüsselrolle in der Signalvermittlung <br>zwischen Blut und Extravasalraum. Ein wichtiger physiologischer <br>Stimulus der Endothelzellen ist dabei die an ihrer Oberfläche <br>angreifende Schubspannung. Sie ist unter anderem ein <br>entscheidender Faktor für das adaptive Gefäßwachstum, die sog. <br>Arteriogenese. Vor ihrem Hintergrund erfolgte hier die <br>systematische Analyse der Wirkungen von Schubspannung auf das <br>genetische Expressionsverhalten in vitro-kultivierter <br>Endothelzellen. Mittels Microarray- und Echtzeit-PCR-Technologie <br>konnten nicht nur ein umfassendes Wirkungsspektrum erstellt, <br>sondern auch Interferenzen mit zeitgleich applizierten Zytokinen <br>aufgezeigt werden. Aus den hier präsentierten Befunden geht <br>hervor, dass das Endothel durch beide Stimuli transkriptionell <br>aktiviert wird. Das Spektrum exprimierter Gene passt dabei gut zur <br>arteriogenetischen Mittlerfunktion des Endothels. <br> <br>Mdg1 (Mikrovaskuläres Differenzierungs-Gen 1) kodiert für ein <br>DnaJ-analoges Protein der Hsp40-Chaperon-Klasse und ist bei der <br>zellulären Differenzierung entdeckt worden. Der Prozess der <br>Arteriogenese verlangt zelluläre Differenzierungsvorgänge. Eine <br>hier durchgeführte Untersuchung zeigt entsprechend eine Induktion <br>von Mdg1 während des arteriogenetischen Gefäßumbaus. In <br>systematischer in vitro-Analyse verschiedener zellulärer <br>Stressformen wurde die Belastung des Endoplasmatischen Retikulum <br>als ursächlicher subzellulärer Stimulus identifiziert (ER-Stress). <br>Substanzen, die die ER-Homöostase stören, erwiesen sich <br>entsprechend als starke Mdg1-Induktoren. Die Mdg1-Erhöhung war <br>dabei am ausgeprägtesten im Endothel und erfolgte deutlich <br>sensibler als bei herkömmlichen ER-Stress-Indikatoren. ER-Stress <br>ist ein Resultat sehr vielfältiger physiologischer sowie <br>pathologischer Bedingungen. Schon leichte Veränderungen der <br>extrazellulären Matrix verursachen die Umstellung <br>translational-sekretorischer Programme und damit ER-Stress. Alle <br>Zellen besitzen zur Reaktion hierauf ein Signalsystem, das vom ER <br>zum Kern gerichtet ist. Es konnte gezeigt werden, dass Mdg1 ein <br>sensitiver Marker der endothelialen ER-Belastung ist. Die Daten <br>zur Regulation von Mdg1 auf mRNA- und Proteinebene sprechen für <br>eine Beteiligung von Mdg1 innerhalb der ER-Stress-Signalkaskaden.","abstract_has_math":false,"creators":["Berger, Bernhard"],"institution":null,"degree_name":null,"degree_level":null,"degree_discipline":null,"degree_department":null,"school":null,"contributors":["Christ, Bodo"],"advisors":[],"committee_chairs":[],"committee_members":[],"year":null,"date_issued":"","date_published":null,"updated_at":"2026-07-24T02:22:10Z","subjects":["Arteriogenese","Schubspannung","arteriogenesis"],"languages":[],"rights":[],"rights_urls":[],"identifier_entries":[]},"links":{"outbound_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/data/1320","outbound_label":"Repository record","outbound_source":"source_url"},"metadata_groups":[{"id":"people","label":"People","entries":[{"key":"dc:contributor","label":"Contributor","values":["Christ, Bodo"]},{"key":"dc:creator","label":"Author","values":["Berger, Bernhard"]}]},{"id":"academic_context","label":"Academic Context","entries":[{"key":"dc:type","label":"Dc Type","values":["DoctoralThesis"]}]},{"id":"subjects_keywords","label":"Subjects and Keywords","entries":[{"key":"dc:subject","label":"Dc Subject","values":["Arteriogenese","Schubspannung","arteriogenesis"]}]},{"id":"additional","label":"Additional Metadata","entries":[{"key":"dc:description.abstract","label":"Abstract","values":["Mit seinen 6000 m2 Oberfläche ist das
vaskuläre Endothel keine passive Barriere zwischen dem Blut und
der angrenzenden Gefäßmuskelschicht, sondern ein endokrin aktives
Organ. Es spielt eine Schlüsselrolle in der Signalvermittlung
zwischen Blut und Extravasalraum. Ein wichtiger physiologischer
Stimulus der Endothelzellen ist dabei die an ihrer Oberfläche
angreifende Schubspannung. Sie ist unter anderem ein
entscheidender Faktor für das adaptive Gefäßwachstum, die sog.
Arteriogenese. Vor ihrem Hintergrund erfolgte hier die
systematische Analyse der Wirkungen von Schubspannung auf das
genetische Expressionsverhalten in vitro-kultivierter
Endothelzellen. Mittels Microarray- und Echtzeit-PCR-Technologie
konnten nicht nur ein umfassendes Wirkungsspektrum erstellt,
sondern auch Interferenzen mit zeitgleich applizierten Zytokinen
aufgezeigt werden. Aus den hier präsentierten Befunden geht
hervor, dass das Endothel durch beide Stimuli transkriptionell
aktiviert wird. Das Spektrum exprimierter Gene passt dabei gut zur
arteriogenetischen Mittlerfunktion des Endothels.
Mdg1 (Mikrovaskuläres Differenzierungs-Gen 1) kodiert für ein
DnaJ-analoges Protein der Hsp40-Chaperon-Klasse und ist bei der
zellulären Differenzierung entdeckt worden. Der Prozess der
Arteriogenese verlangt zelluläre Differenzierungsvorgänge. Eine
hier durchgeführte Untersuchung zeigt entsprechend eine Induktion
von Mdg1 während des arteriogenetischen Gefäßumbaus. In
systematischer in vitro-Analyse verschiedener zellulärer
Stressformen wurde die Belastung des Endoplasmatischen Retikulum
als ursächlicher subzellulärer Stimulus identifiziert (ER-Stress).
Substanzen, die die ER-Homöostase stören, erwiesen sich
entsprechend als starke Mdg1-Induktoren. Die Mdg1-Erhöhung war
dabei am ausgeprägtesten im Endothel und erfolgte deutlich
sensibler als bei herkömmlichen ER-Stress-Indikatoren. ER-Stress
ist ein Resultat sehr vielfältiger physiologischer sowie
pathologischer Bedingungen. Schon leichte Veränderungen der
extrazellulären Matrix verursachen die Umstellung
translational-sekretorischer Programme und damit ER-Stress. Alle
Zellen besitzen zur Reaktion hierauf ein Signalsystem, das vom ER
zum Kern gerichtet ist. Es konnte gezeigt werden, dass Mdg1 ein
sensitiver Marker der endothelialen ER-Belastung ist. Die Daten
zur Regulation von Mdg1 auf mRNA- und Proteinebene sprechen für
eine Beteiligung von Mdg1 innerhalb der ER-Stress-Signalkaskaden.","Several physiological and pathophysiological conditions specifically activate the vascular endothelium, e. g. during inflammation, angiogenesis, and atherosclerosis. The corresponding stimuli are e.g. inflammatory or procoagulant cytokines, hypoxia, transiently elevated temperature, or changes of fluid shear stress. The endothelial response to those stimuli comprises the synthesis of a novel set of receptors, secretion of proteases, cytokines, and/or extracellular matrix proteins. Increased secretory activity imposes enlarged ER capacity, because more proteins have to be processed within the ER. Since all these processes are controlled by molecular chaperones, the specific state of cellular activation can be characterized by the presence of individual chaperones.
Mdg1 is a molecular chaperone of the Hsp40 chaperone family, the target protein of which has not yet been identified. As being a DnaJ homologous protein, it presumably cooperates with other chaperones of the Hsp70 family. Mdg1 is expressed in every mammalian cell species though at low levels. Due to the patchy expression pattern with Mdg1-positive next to Mdg1-negative endothelium, we hypothesized that increased Mdg1 mRNA levels indicate the functional state of the endothelium. Therefore, we studied diverse stimuli that specifically affect the endothelium.
Vascular endothelial cells are constitutively exposed to hemodynamic forces. Among hundreds of genes that are proposed to be differentially regulated by shear forces, the endothelial NO synthase gene (eNOS) is shear regulated, producing NO and thereby providing physiological flow dependent vasodilation. Though eNOS mRNA levels increased significantly in endothelial cells during experimentally induced laminar shear stress, no stimulation of Mdg1 mRNA expression could be observed.
Activated macrophages secrete reactive NO radicals as well as different chemokines. An increase in Mdg1 mRNA was measured when activated macrophages were directly cocultured with HDMEC, indicating that NO radicals induced Mdg1 upregulation. Subsequent experiments proved that NO radicals led to a dose-dependent increase of Mdg1. This increase was also observed for BiP though at strikingly lower amplitudes, suggesting that Mdg1 is a more sensitive indicator for cellular stress than BiP.
Inflammation, as mimicked by the cocultivation of HDMEC with activated macrophages, furthermore leads to a local increase in temperature. When subjecting endothelial cells to heat shock, Hsp70 levels significantly increased after 1 hour, while Mdg1 remained at control levels. However, prolonged heat shock periods resulted in a significant increase in Mdg1 mRNA after 2 hours, which peaked after 8 hours. This expression profile corresponded to the one of BiP, the ER specific Hsp70 gene.
In fact, highest induction of Mdg1 mRNA was achieved by agents that directly induced ER stress, i. e. by inhibiting the ER-localized protein glycosylation machinery by tunicamycin. Selective Ca2+-depletion of the ER by thapsigargin did stimulate Mdg1 mRNA to almost equal levels. Both stimuli are leading to accumulation of misfolded proteins in the ER lumen, thereby initiating several complex ER stress responses (e. g. the UPR pathway). These results clearly demonstrate that Mdg1 levels indicate ER-related stresses due to mismatches in protein folding and processing. In endothelial cells, upregulation of Mdg1 levels was significantly higher than in other primary cells as fibroblasts, smooth muscle, skeletal muscle cells, or the HeLa cell line. Mdg1 increases were 2-4 fold higher than those reached by BiP, though the temporal profiles of Mdg1 and BiP mRNA levels were comparable.
BiP plays an important role in the initial sensing of unfolded proteins. Dissociation from stable complexes with stress transducer proteins such as Ire1a, PERK, or procaspase12 leads to activation of several ER stress responsive pathways. However, little is known about regulatory co-chaperones controlling ATPase activity of BiP and its activity during different stages of ER protein load. Considering the stress-induced temporal profiles of Mdg1 and BiP mRNA as well as their subcellular localization, a functional interaction can be assumed."]},{"key":"dc:format.medium","label":"Dc Format Medium","values":["application/pdf"]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Charakterisierung der stressinduzierten Genexpression in Endothelzellen - unter besonderer Berücksichtigung des Molekularen Chaperons Mdg1","Characterization of stress-induced gene expression in endothelial cells"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor":["Christ, Bodo"],"dc:creator":["Berger, Bernhard"],"dc:description.abstract":["Mit seinen 6000 m2 Oberfläche ist das
vaskuläre Endothel keine passive Barriere zwischen dem Blut und
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zwischen Blut und Extravasalraum. Ein wichtiger physiologischer
Stimulus der Endothelzellen ist dabei die an ihrer Oberfläche
angreifende Schubspannung. Sie ist unter anderem ein
entscheidender Faktor für das adaptive Gefäßwachstum, die sog.
Arteriogenese. Vor ihrem Hintergrund erfolgte hier die
systematische Analyse der Wirkungen von Schubspannung auf das
genetische Expressionsverhalten in vitro-kultivierter
Endothelzellen. Mittels Microarray- und Echtzeit-PCR-Technologie
konnten nicht nur ein umfassendes Wirkungsspektrum erstellt,
sondern auch Interferenzen mit zeitgleich applizierten Zytokinen
aufgezeigt werden. Aus den hier präsentierten Befunden geht
hervor, dass das Endothel durch beide Stimuli transkriptionell
aktiviert wird. Das Spektrum exprimierter Gene passt dabei gut zur
arteriogenetischen Mittlerfunktion des Endothels.
Mdg1 (Mikrovaskuläres Differenzierungs-Gen 1) kodiert für ein
DnaJ-analoges Protein der Hsp40-Chaperon-Klasse und ist bei der
zellulären Differenzierung entdeckt worden. Der Prozess der
Arteriogenese verlangt zelluläre Differenzierungsvorgänge. Eine
hier durchgeführte Untersuchung zeigt entsprechend eine Induktion
von Mdg1 während des arteriogenetischen Gefäßumbaus. In
systematischer in vitro-Analyse verschiedener zellulärer
Stressformen wurde die Belastung des Endoplasmatischen Retikulum
als ursächlicher subzellulärer Stimulus identifiziert (ER-Stress).
Substanzen, die die ER-Homöostase stören, erwiesen sich
entsprechend als starke Mdg1-Induktoren. Die Mdg1-Erhöhung war
dabei am ausgeprägtesten im Endothel und erfolgte deutlich
sensibler als bei herkömmlichen ER-Stress-Indikatoren. ER-Stress
ist ein Resultat sehr vielfältiger physiologischer sowie
pathologischer Bedingungen. Schon leichte Veränderungen der
extrazellulären Matrix verursachen die Umstellung
translational-sekretorischer Programme und damit ER-Stress. Alle
Zellen besitzen zur Reaktion hierauf ein Signalsystem, das vom ER
zum Kern gerichtet ist. Es konnte gezeigt werden, dass Mdg1 ein
sensitiver Marker der endothelialen ER-Belastung ist. Die Daten
zur Regulation von Mdg1 auf mRNA- und Proteinebene sprechen für
eine Beteiligung von Mdg1 innerhalb der ER-Stress-Signalkaskaden.","Several physiological and pathophysiological conditions specifically activate the vascular endothelium, e. g. during inflammation, angiogenesis, and atherosclerosis. The corresponding stimuli are e.g. inflammatory or procoagulant cytokines, hypoxia, transiently elevated temperature, or changes of fluid shear stress. The endothelial response to those stimuli comprises the synthesis of a novel set of receptors, secretion of proteases, cytokines, and/or extracellular matrix proteins. Increased secretory activity imposes enlarged ER capacity, because more proteins have to be processed within the ER. Since all these processes are controlled by molecular chaperones, the specific state of cellular activation can be characterized by the presence of individual chaperones.
Mdg1 is a molecular chaperone of the Hsp40 chaperone family, the target protein of which has not yet been identified. As being a DnaJ homologous protein, it presumably cooperates with other chaperones of the Hsp70 family. Mdg1 is expressed in every mammalian cell species though at low levels. Due to the patchy expression pattern with Mdg1-positive next to Mdg1-negative endothelium, we hypothesized that increased Mdg1 mRNA levels indicate the functional state of the endothelium. Therefore, we studied diverse stimuli that specifically affect the endothelium.
Vascular endothelial cells are constitutively exposed to hemodynamic forces. Among hundreds of genes that are proposed to be differentially regulated by shear forces, the endothelial NO synthase gene (eNOS) is shear regulated, producing NO and thereby providing physiological flow dependent vasodilation. Though eNOS mRNA levels increased significantly in endothelial cells during experimentally induced laminar shear stress, no stimulation of Mdg1 mRNA expression could be observed.
Activated macrophages secrete reactive NO radicals as well as different chemokines. An increase in Mdg1 mRNA was measured when activated macrophages were directly cocultured with HDMEC, indicating that NO radicals induced Mdg1 upregulation. Subsequent experiments proved that NO radicals led to a dose-dependent increase of Mdg1. This increase was also observed for BiP though at strikingly lower amplitudes, suggesting that Mdg1 is a more sensitive indicator for cellular stress than BiP.
Inflammation, as mimicked by the cocultivation of HDMEC with activated macrophages, furthermore leads to a local increase in temperature. When subjecting endothelial cells to heat shock, Hsp70 levels significantly increased after 1 hour, while Mdg1 remained at control levels. However, prolonged heat shock periods resulted in a significant increase in Mdg1 mRNA after 2 hours, which peaked after 8 hours. This expression profile corresponded to the one of BiP, the ER specific Hsp70 gene.
In fact, highest induction of Mdg1 mRNA was achieved by agents that directly induced ER stress, i. e. by inhibiting the ER-localized protein glycosylation machinery by tunicamycin. Selective Ca2+-depletion of the ER by thapsigargin did stimulate Mdg1 mRNA to almost equal levels. Both stimuli are leading to accumulation of misfolded proteins in the ER lumen, thereby initiating several complex ER stress responses (e. g. the UPR pathway). These results clearly demonstrate that Mdg1 levels indicate ER-related stresses due to mismatches in protein folding and processing. In endothelial cells, upregulation of Mdg1 levels was significantly higher than in other primary cells as fibroblasts, smooth muscle, skeletal muscle cells, or the HeLa cell line. Mdg1 increases were 2-4 fold higher than those reached by BiP, though the temporal profiles of Mdg1 and BiP mRNA levels were comparable.
BiP plays an important role in the initial sensing of unfolded proteins. Dissociation from stable complexes with stress transducer proteins such as Ire1a, PERK, or procaspase12 leads to activation of several ER stress responsive pathways. However, little is known about regulatory co-chaperones controlling ATPase activity of BiP and its activity during different stages of ER protein load. Considering the stress-induced temporal profiles of Mdg1 and BiP mRNA as well as their subcellular localization, a functional interaction can be assumed."],"dc:format.medium":["application/pdf"],"dc:subject":["Arteriogenese","Schubspannung","arteriogenesis"],"dc:title":["Charakterisierung der stressinduzierten Genexpression in Endothelzellen - unter besonderer Berücksichtigung des Molekularen Chaperons Mdg1","Characterization of stress-induced gene expression in endothelial cells"],"dc:type":["DoctoralThesis"]},"updated_at":"2026-07-24T02:22:10Z"}