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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-33069
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2007/3306/


Anwendung der Mikroarray-Technologie für eine globale Charakterisierung der Spermatogenese des Menschen und seiner Pathologien

Global gene expression profiling of normal and pathological human spermatogenesis using the microarray technology

Feig, Caroline

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SWD-Schlagwörter: Spermatogenese , Microarray , Differentielle Genexpression
Freie Schlagwörter (Deutsch): Männliche Infertilität , Johnsen Score
Freie Schlagwörter (Englisch): male infertility , Johnsen score
Basisklassifikation: 35.06 , 35.65 , 42.13 , 44.78
Institut: Chemie
DDC-Sachgruppe: Medizin, Gesundheit
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Hahn, Ulrich (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 11.05.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 21.05.2007
Kurzfassung auf Deutsch: Männliche Infertilität stellt ein Hauptgesundheitsproblem dar und betrifft weltweit 12-15 % aller Paare im reproduktionsfähigen Alter. In der Mehrheit der Fälle liegt eine Spermatogenesestörung unbekannter Ursache vor, und kausale Therapien sind gegenwärtig nur bei einer Minderheit von Patienten möglich. Bislang wurden nur wenige kleine Studien durchgeführt, um die globalen Genexpressionsmuster von gesunden und pathologisch veränderten humanen Hoden mittels der Mikroarray-Technologie zu erfassen. In dieser Arbeit wurde erstmals ein solcher Versuch im großen Maßstab durchgeführt. Um morphologisch klar definierte Hodenpathologien auf molekularer Ebene zu klassifizieren, wurden insgesamt 63 individuelle humane Hodenbiopsien mittels zweier unterschiedlicher Mikroarray-Plattformen charakterisiert. Verschiedene Clustering-Methoden zeigten, dass der molekulare Phänotyp bzw. die molekulare Signatur der verschiedenen Hodenpathologien mit der morphologischen Klassifizierung der Hodenbiopsien korrelierte.
Der fortschreitende Verlust bestimmter Keimzellstadien in den verschiedenen Hodenpathologien konnte zur Aufdeckung Stadien-spezifischer Genexpressionsprofile im humanen Hoden ausgenutzt werden. Mit Hilfe von statistischen Methoden (ANOVA und Permutationsanalysen) konnten tausende von Genen identifiziert werden, die mit hoher statistischer Signifikanz differentiell zwischen den verschiedenen Subtypen exprimiert waren. Die Mehrheit der Gene war Testis- bzw. Keimzell-spezifisch und nahm mit fortschreitender Degeneration der Spermatogenese ab. Dies spiegelte im Wesentlichen den Verlust der korrespondierenden mRNA-exprimierenden Zellen wider. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass diese Gene eine wichtige Rolle für den zeitlichen Ablauf der humanen Spermatogenese spielen. Durch Clusteranalysen wurden Gengruppen mit unterschiedlichen Transkriptionsprofilen identifiziert, die charakteristisch für die prä-/meiotische und postmeiotische Phase der Spermatogenese sind. Es war sogar bedingt möglich, zwischen Genen verschiedener Spermatidenstadien zu unterscheiden.
Eine kleinere Anzahl von Genen zeigte eine Zunahme der Trankriptmengen in Hodenpathologien im Vergleich zu intakter Spermatogenese. Diese überexprimierten Gene spiegelten auf molekularer Ebene histologische Veränderungen der somatischen Zelltypen des Hodens wider, die mit Spermatogenesestörungen assoziiert werden, unter anderem die testikuläre Fibrose und die Aktivierung bzw. Infiltration von Immunzellen einschließlich Mastzellen. Eine Überexpression dieser Gene wurde in allen pathologischen Proben beobachtet. Ihre gezielte Inhibition offenbart somit neue Möglichkeiten bei der Therapie von männlicher Infertilität.
Kurzfassung auf Englisch: Male infertility is a major health problem, affecting 12-15 % of reproductive aged couples worldwide. Still, in a majority of cases no cause of the infertility can be found and causal treatment can only be offered to a small minority of patients. As yet, few studies have used microarray technology to compare global gene expression patterns of the „normal“ and the “diseased” human testis. In order to describe distinct human testicular pathologies in molecular terms, 63 testicular biopsies were categorized by their ‘expression phenotypes’ employing two different microarray platforms. It could be shown by different clustering procedures that the molecular signature of the different pathologies correlated with the histological preclassification of the testicular biopsies based on a morphological score count system.
The progressive loss of specific germ cell stages in the distinct pathologies was further exploited to reveal stage-specific gene expression profiles of the human testis. By using analysis of variance (ANOVA) and permutation analysis, differentially expressed genes between the pathological subgroups were filtered that exhibit high statistical significance. The vast majority of these genes were testis- or germ cell-specific and decreased with progressive impairment of spermatogenesis, largely reflecting loss of the corresponding mRNA-expression cells. It could be shown that these genes play an important role throughout human spermatogenesis. By using different cluster analysis groups of genes with distinct transcriptional profiles could be built that were characteristic of the pre-/meiotic and post-meiotic phases of spermatogenesis. It was even possible to distinguish between genes which are specifically expressed in early and late stages of spermatid differentiation.
A smaller subset of genes showed increased transcript levels in testicular pathologies as compared to normal spermatogenesis. These over-expressed genes reflected on the molecular level histological changes of the somatic cells which are associated with impaired spermatogenesis, i.e. testicular fibrosis and infiltration of immune cells, including mast cells. Over-expression of these genes was a common signature of all pathological samples, possibly offering new opportunities for the management of male infertility.

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