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Analysis of molecular mechanisms involved in calcification of porcine cardiac valve cells
Nele Aigner
Rupert Palme
Barbara Kapeller
Ingrid Walter
Bachelorarbeit - Veterinärmedizinische Universität Wien - 2021
Gefäß- und Klappenverkalkungen stellen häufig einen pathologischen Hintergrund von Gefäßerkrankungen dar und können somit zu schwerwiegenden gesundheitlichen Problemen führen. Vaskuläre Verkalkung ist ein aktiv gesteuerter multifaktorieller Prozess und ist als Mineralablagerung in Form von Kalzium- und Phosphatkomplexen gekennzeichnet.
Ziel dieser Arbeit war es, die Beziehung zwischen primären porcinen Endothelzellen, Verkalkung und mechanischem Stress anhand der resultierenden Expression von YAP, TAZ, OPG und OPN zu analysieren. YAP und TAZ sind Effektoren des Hippo-Signalweges, der mit Zellproliferation, Gewebewachstum, Wundheilung, Regeneration und Überleben der Zellen unter Stress in Verbindung steht, während OPG und OPN vor allem von Zellen der osteogenen Linie exprimiert werden und in direkterem Zusammenhang mit Verkalkung stehen.
Für mein Projekt wurden porcine vaskuläre und valvuläre Endothelzellen (EC und VEC) mit organischen und anorganischen Kalzifizierungsmedien behandelt, um Kalzifizierung in vitro zu induzieren. Um mechanischen Stress zu imitieren, wurden die Zellen, die jeweils mit und ohne Kalzifizierungsmedium kultiviert wurden, einer zyklischen Dehnung mit einem FlexCell FX-5000TM Gerät ausgesetzt. Anschließend verglichen wir die Expression der Gene YAP, TAZ, OPG und OPN dieser Zellen mit Hilfe molekularbiologischer Assays wie qPCR und Western Blots. Darüber hinaus wurde eine immunhistochemische Färbung durchgeführt, um die Zellen zu charakterisieren.
Meine Ergebnisse zeigen eine Korrelation zwischen erhöhter mechanischer Belastung und Verkalkung. Darüber hinaus konnte beobachtet werden, dass nicht nur Endothelzellen der Aorta und Endothelzellen der Herzklappen unterschiedlich auf mechanischen Stress reagieren, sondern auch dass es auch einen Unterschied macht, ob organisches oder anorganisches Phosphat verwendet wurde, um Verkalkung zu induzieren.
Mit dieser Arbeit möchte ich zu einem besseren Verständnis der verschiedenen Mechanismen und Einflüsse beitragen, die an dem vielseitigen Prozess der Verkalkung beteiligt sind, damit in Zukunft weitere therapeutische Ansätze entwickelt werden können, mit denen sich Gefäß- und Herzklappenverkalkungen gezielter behandeln oder rückgängig machen lassen.
Bachelor thesis - University of Veterinary Medicine Vienna - 2021
Vascular and valvular calcification often represents a pathological background of vascular diseases and thus can lead to serious health problems. Vascular calcification is an actively controlled multifactorial process and is characterized as mineral deposition in the form of calcium and phosphate complexes. This work aimed to explore the relationship between primary porcine endothelial cells, calcification, and mechanical stress through the resultant expression of YAP, TAZ, OPN, and OPG. YAP and TAZ are effectors of the Hippo pathway, that is related to cell proliferation, tissue growth, wound healing, regeneration, and cell survival under stress, while OPG and OPN are more directly related to calcification and mainly expressed by cells of the osteogenic lineage. For my project, porcine vascular and valvular endothelial cells (EC and VEC) were treated with organic and inorganic calcification media to induce calcification in vitro. In order to mimic mechanical stress, cells - cultured with and without calcification media – were subjected to cyclic stretch by a FlexCell FX-5000TM device. Afterward, we compared the expression of calcification related genes of these cells, using molecular biological assays, like qPCR and Western blots. In addition, immunohistochemical staining was performed to further characterize the cells. My results show a clear correlation between increased mechanical stress and calcification. Furthermore, it could be observed that not only endothelial cells of the aorta and endothelial cells of cardiac valves respond differently to mechanical stress, there is also a difference whether organic or inorganic phosphate was used to induce calcification. With this work, I want to contribute to a better understanding of the different mechanisms and influences involved in the multifaceted process of calcification in order to help discover new therapeutic approaches to treat or reverse vascular and valvular calcification in a more targeted way in the future.
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2021
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