Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Pathomorphologische Phänotypisierung und Expressionsanalyse von hCD59-transgenen Schweinen für Xenotransplantationen

Deppenmeier, Stefanie

The shortage of human donor organs in recent years has led to an increasing interest in the xenotransplantation of porcine organs. To prevent the hyperacute rejection of the porcine donor organs, transgenic pigs were designed via microinjection of a cytomegalovirus (CMV)-Promotor driven construct that contained the human complement regulator hCD59. This construct should overcome the rejection of the donor organ by inhibiting the activation of the complement cascade. The accomplished examinations gave no hints to a specific pathomorphologic phenotype in the transgenic animals. Some animals showed pathomorphologic lesions, but these were interpreted as background pathology. All animals examined had a detection of hCD59-DNA in all organs and tissues examined. The hCD59-mRNA and the hCD59-protein showed a wide distribution in the organs and tissues examined and could be detected in heart, lung, spleen, liver, kidney, pancreas, brain, skeletal muscle and the intestinal tract. The mRNA und protein expression showed a large variation between animals of different lines, between animals of one line and between different organs and tissues of individual animals. In addition, in heart, kidney and skeletal muscle the protein expression showed a patchy expression pattern with only single positively staining cells within the organs. It is possible, that the so called „variegation“, which is caused by a translocation of a gene and was described already in yeast, Drosophila and mice, is responsible for  the described expression pattern. The ubiquitous hCD59-DNA detection demonstrates the successful integration of the hCD59-construct, whereas the expression of the mRNA and the protein shows a large variation. All in all the CMV-Promotor leads to an extensive expression of the transgene in different organs and tissues. Taken together, the application of transgenic pigs is problematic as long as the hCD59-protein has a varying expression pattern, since organs and tissues which do not express the protein would probably be rejected hyperacutely.

Der Mangel an humanen Spenderorganen für Transplantationen hat in den letzten Jahren zu einem gesteigerten Interesse an der Xenotranplantation von Schweineorganen geführt. Um eine hyperakute Abstoßung der porzinen Spenderorgane zu verhindern, wurden mittels Mikroinjektion transgene Schweine konstruiert, die ein Konstrukt mit dem humanen Komplementregulator hCD59 unter der Kontrolle eines Cytomegalovirus (CMV)-Promotors tragen. Dieses Konstrukt soll die Abstoßung des Spenderorgans über eine Hemmung der Aktivierung der Komplementkaskade verhindern. Die durchgeführten Untersuchungen ergaben keinen Hinweis auf einen spezifischen, pathomorphologischen Phänotyp der transgenen Tiere. Einige Tiere zeigten pathomorphologische Läsionen, die jedoch als „unspezifische“ Hintergrundpathologie interpretiert wurden. Alle untersuchten Tiere wiesen eine Detektion der hCD59-DNA in allen untersuchten Organen und Geweben auf. Die hCD59-mRNA und das hCD59-Protein zeigte eine breite Verteilung in den untersuchten Organen und Geweben und konnte in Herz, Lunge, Milz, Leber, Niere, Pankreas, Gehirn, Skelettmuskel und Verdauungstrakt nachgewiesen werden. Dabei variierte die Expression der mRNA und des Proteins stark zwischen den verschiedenen Linien, zwischen Tieren einer Linie sowie zwischen verschiedenen Organen und Geweben jedes einzelnen Tieres. Im Herz, in der Niere und im Skelettmuskel zeigte die Expression zudem ein „patchy pattern“, indem sich nur einzelne Zellen der Organe distinkt positiv anfärbten. Es ist möglich, dass für dieses Expressionsmuster die so genannte „Variegation“ verantwortlich ist, die durch eine Translokation eines Gens verursacht wird und bereits in Hefen, Drosophila und Mäusen beschrieben wurde.  Die ubiquitäre hCD59-DNA-Detektion spricht für eine erfolgreiche Integration des hCD59-Konstrukts, während die mRNA- und Protein-Expression eine starke Variation aufweist. Insgesamt führt der eingesetzte CMV-Promotor jedoch zu einer weitreichenden Expression des Transgens in den verschiedenen Organen und Geweben. Insgesamt ist der Einsatz der transgenen Schweine für Xenotransplantationen problematisch, solange das hCD59-Protein ein variierendes Expressionsmuster aufweist, da Organe und Gewebe die das Protein nicht exprimieren wahrscheinlich hyperakut abgestoßen würden.

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Deppenmeier, Stefanie: Pathomorphologische Phänotypisierung und Expressionsanalyse von hCD59-transgenen Schweinen für Xenotransplantationen. Hannover 2005. Tierärztliche Hochschule.

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