Das Knochenmark Transkriptom

Die Transkriptomanalyse des Knochenmarks kann in Bezug auf spezifität und Verteilung transkribierter mRNA-Moleküle (Abbildung 1). Spezifität veranschaulicht die Anzahl der Gene mit erhöhter oder nicht erhöhter Expression im Knochenmark im Vergleich zu anderen Geweben., Die erhöhte Expression umfasst drei Unterkategorietypen der erhöhten Expression:

• Gewebeanreicherung: Mindestens viermal höherer mRNA-Spiegel im Knochenmark im Vergleich zu anderen Geweben.
• – Gruppe angereichert: Mindestens viermal höherer durchschnittlicher mRNA-Spiegel in einer Gruppe von 2-5 Geweben im Vergleich zu jedem anderen Gewebe.
• Tissue enhanced: Mindestens viermal höherer mRNA-Spiegel im Knochenmark im Vergleich zum durchschnittlichen Spiegel in allen anderen Geweben.,

Die Verteilung visualisiert andererseits, wie viele Gene nachweisbare Spiegel (NX≥1) transkribierter mRNA-Moleküle im Knochenmark im Vergleich zu anderen Geweben aufweisen oder nicht. Wie in Tabelle 1 ersichtlich, werden alle Gene, die im Knochenmark erhöht sind, kategorisiert als:

• Nachgewiesen in Einzel: Nachgewiesen in einem einzigen Gewebe
• Nachgewiesen in einigen: Nachgewiesen in mehr als einem, aber weniger als einem Drittel der Gewebe
• Nachgewiesen in vielen: Nachgewiesen in mindestens einem Drittel, aber nicht in allen Geweben
• Nachgewiesen in allen Geweben

Abbildung 1. (A) Die Verteilung aller Gene auf die fünf Kategorien auf der Grundlage der Transkriptspezifität im Knochenmark sowie in allen anderen Geweben. (B) Die Verteilung aller Gene auf die sechs Kategorien, basierend auf dem Transkriptnachweis (NX?1) im Knochenmark sowie in allen anderen Geweben.

Wie in Abbildung 1 gezeigt, zeigen 534 Gene im Vergleich zu anderen Geweben eine gewisse erhöhte Expression im Knochenmark., Die drei Kategorien von Genen mit erhöhter Expression im Knochenmark im Vergleich zu anderen Organen sind in Tabelle 1 dargestellt. In Tabelle 2 sind die 12 Gene mit der höchsten Anreicherung im Knochenmark definiert.

Tabelle 1. Anzahl der Gene in den unterteilten Kategorien der erhöhten Expression im Knochenmark.,div id=“e942bc20a8″>53

72 10 135 Tissue enhanced 7 83 181 99 370 Total 9 150 262 113 534

Table 2., Die 12 Gene mit dem höchsten Grad an Genexpression im Knochenmark. „Tissue Distribution“ beschreibt den Transkript-Nachweis (NX?1) im Knochenmark sowie in allen anderen Geweben. „mRNA (Gewebe)“ zeigt den Transkriptspiegel im Knochenmark als NX-Werte an. „Tissue specificity score (TS)“ entspricht der Falzänderung zwischen dem Expressionsniveau im Knochenmark und dem Gewebe mit dem zweithöchsten Expressionsniveau.,

Gene	Description	Tissue distribution	mRNA (tissue)	Tissue specificity score
CTSG	cathepsin G	Detected in many	450.3	19
OR10Z1	olfactory receptor family 10 subfamily Z member 1	Detected in single	12.,1	17
DEFA1B	defensin alpha 1B	Detected in some	734.0	15
MPO	myeloperoxidase	Detected in some	315.2	15
GYPA	glycophorin A (MNS blood group)	Detected in some	56.,9	9
RHAG	Rh associated glycoprotein	Detected in many	54.1	9
ELANE	elastase, neutrophil expressed	Detected in many	244.3	8
HBB	hemoglobin subunit beta	Detected in all	3646.,7	7
DEFA1	defensin alpha 1	Detected in some	825.5	7
DEFA4	defensin alpha 4	Detected in some	245.5	7
AZU1	azurocidin 1	Detected in some	238.2	7
HBD	hemoglobin subunit delta	Detected in many	233.,7	7

Proteinexpression von im Knochenmark erhöhten Genen

Eine eingehende Analyse der erhöhten Gene im Knochenmark mithilfe der antikörperbasierten Proteinprofilierung ermöglichte es uns, die Expressionsmuster dieser Proteine zu visualisieren.

Die Liste der erhöhten Gene (n=534) stimmt gut mit der Funktion des Knochenmarks überein, da sie eine Überrepräsentation von Proteinen umfasst, die mit Immunantwort, Leukozytenmigration und Atmung assoziiert sind., Unter den Genen mit der höchsten Proteinexpression im Knochenmark (Tabelle 2) kodieren fünf Proteine mit bekannten Funktionen in Neutrophilen und Monozyten (AZU1, CTSG, MP4, ELAN und MPO). Zwei weitere erhöhte Proteine sind in Lymphozyten kodiert (DEFA1, DEF1B) und vier Gene kodieren Proteine für die Erythrozytenfunktion (HBB, HBD; beide Hämoglobinproteine, GYPA, ein intrinsisches Membranprotein und RHAG, von denen angenommen wird, dass sie Teil eines Membrankanals sind, der Ammonium und Kohlendioxid transportiert)., Sowohl Neutrophile als auch Erythrozyten erreichen die Reife im Knochenmark und werden als Effektorzellen in den Blutkreislauf freigesetzt, die mit notwendigen Proteinen für ihre spezialisierten Funktionen ausgestattet sind. Folglich findet eine hohe Transkription entsprechender Gene im Knochenmark statt, was ihren hohen TS-Score in Tabelle 2 erklärt.

Proteine mit angereicherter Expression in Granulozyten

Neben erythropoetischen Zellen und Thrombozyten bilden polymorphkernige Leukozytenzellen und insbesondere Zellen der neutrophilen Linie die Mehrheit der hämatopoetischen Zellen im Knochenmark., CTSG (Cathepsin G) und CTS4 (Defensin alpha 4) sind zwei der erhöhten Gene im Knochenmark. Es ist bekannt, dass sie in Neutrophilen exprimiert werden und an der Abwehr von Bakterien beteiligt sind. PRTN3 (Proteinase-3), eine neutrophile Serin-Protease (NSPs) unterscheidet sich von den beiden anderen NSPs (CTSG und ELAN) in Bezug auf die Funktion. Ein Beispiel dafür ist, dass Proteinase-3 auch als Rückkopplungsregler bei der Myeloiddifferenzierung wirkt. Proteinprofile für CTSG, PRTN3 und PRTN4 zeigen eine starke Färbung von Granulozyten.,

CTSG
PRTN3
HN4

Proteine mit angereicherter Expression in Monozyten

Die granulozytären Mastzellen und die agranulozytären Makrophagen sind in geringerer Anzahl vorhanden als Neutrophile im Knochenmark. MCEMP1, ein ziemlich uncharakterisiertes Gen, das gefunden wurde, um ein Single-Pass-Transmembranprotein zu kodieren, das in menschlichen Mastzellen exprimiert wird, zeigt eine Gruppe angereicherte Expression im Knochenmark, zusammen mit Lunge und Anhang. Die RNA-seq-Daten werden durch Immunhistochemie mit Positivität in Teilmengen von Zellen im Knochenmark und Blinddarm sowie in Alveolarmakrophagen in der Lunge unterstützt.,

MCEMP1-Knochenmark
MCEMP1-Lunge
MCEMP1-Anhang

Genexpression zwischen Knochenmark und anderen Geweben geteilt

Es gibt 135 gruppenangereicherte Gene, die im Knochenmark exprimiert werden. Gruppe angereicherte Gene sind definiert als Gene, die ein 4-fach höheres durchschnittliches Niveau der mRNA-Expression in einer Gruppe von 2-5 Geweben, einschließlich Knochenmark, im Vergleich zu allen anderen Geweben zeigen.,

Um die Beziehung von Knochenmarkgewebe zu anderen Gewebetypen zu veranschaulichen, wurde ein Netzwerkdiagramm erzeugt, das die Anzahl der Gene mit gemeinsamer Expression zwischen verschiedenen Gewebetypen anzeigt.

Abbildung 2. Ein interaktives Netzwerkdiagramm der mit Knochenmark angereicherten und gruppenangereicherten Gene, die mit ihren jeweiligen angereicherten Geweben verbunden sind (graue Kreise). Rote Knoten repräsentieren die Anzahl der mit Knochenmark angereicherten Gene und orange Knoten die Anzahl der Gene, die mit Gruppen angereichert sind., Die Größe der roten und orangefarbenen Knoten hängt von der Anzahl der innerhalb des Knotens angezeigten Gene ab. Jeder Knoten ist anklickbar und führt zu einer Liste aller angereicherten Gene, die mit den markierten Kanten verbunden sind. Das Netzwerk ist auf gruppenangereicherte Gene in Kombinationen von bis zu 3 Geweben beschränkt, aber die resultierenden Listen zeigen den vollständigen Satz von gruppenangereicherten Genen im jeweiligen Gewebe.,

Unter der Gruppe angereicherter Gene im Knochenmark fanden wir zwei Gene, S100A12 (S100 calcium binding protein A12) und IGLL1 (Immunglobulin lambda like polypeptide 1) zeigen eine angereicherte Expression in Lymphgewebe bzw. S100A12 ist ein ziemlich gut charakterisiertes kalziumbindendes proinflammatorisches Protein, das sowohl in Neutrophilen als auch in Makrophagen konstitutiv exprimiert und von aktivierten Neutrophilen sezerniert wird., Die immunhistochemische Färbung von S100A12 stimmt mit den RNA-seq-Daten und der Literatur überein und zeigt eine starke Positivität im Knochenmark und im peripheren lymphatischen Gewebe.

S100A12-Knochenmark
S100A12-Milz

IGLL1 ist ein weniger bekanntes Gen, das ein Protein zu kodieren scheint, das in Prä-B-Zellen und Pro-B-Zellen exprimiert wird. Die Immunhistochemie zeigt eine zytoplasmatische Färbung in Knochenmark und Hoden, die durch RNA-seq-Daten unterstützt wird.,

IGLL1-Knochenmark
IGLL1-Hoden

Die Hauptfunktionen des Knochenmarks sind die Aufrechterhaltung konstanter Spiegel der verschiedenen Blutzelltypen im peripheren Blut, d. H. Die Produktion von Erythrozyten, Leukozyten und Thrombozyten. Knochenmark trägt neben Leber und Milz auch zum Abbau gealterter Erythrozyten bei.

Knochenmarkhistologie

Knochenmark ist in rote und gelbe Regionen unterteilt, die entweder durch ein Vorherrschen von hämatopoetischem (rotem) oder fettreichem (gelbem) Gewebe verursacht werden., Rotes Mark besteht aus einem stark vaskularisierten Stroma-Netzwerk, das pluripotente und engagierte Stammzellen aller hämatopoetischen Linien enthält, d. H. Erythrozyten, Leukozyten, Thrombozyten. Während sich Erythrozyten und Leukozyten aus Vorläuferstadien entwickeln, stammen Thrombozyten, kleine Blutzellenfragmente, die an der Gerinnung beteiligt sind, aus riesigen Markzellen, den sogenannten Megakaryozyten. Im Gegensatz dazu enthält gelbes Mark mesenchymale Stammzellen, die sich in mehrere Stromalinien wie Chondrozyten, Osteoblasten, Fibroblasten und Adipozyten differenzieren.,

Bei der Geburt und bis etwa zum Alter von sieben Jahren ist das gesamte menschliche Knochenmark rot, da der Bedarf an neuer Blutbildung hoch ist. Fettgewebe ersetzt allmählich das rote Knochenmark, das bei Erwachsenen hauptsächlich in flachen Knochen wie Wirbeln, Ilium, Brustbein und Schädel sowie an den Epiphysenenden der langen Knochen von Arm und Bein vorkommt.

Abbildung 3. Schematische Ansicht von Knochenmarkgewebe. Attribution: Von Mysid, über Wikimedia Commons., Quelle

Die Histologie des menschlichen Knochenmarks einschließlich detaillierter Bilder und Informationen kann im Protein Atlas Histology Dictionary eingesehen werden.

Hintergrund

Hier werden die im Knochenmark exprimierten proteinkodierenden Gene beschrieben und charakterisiert, zusammen mit Beispielen immunhistochemisch gefärbter Gewebeabschnitte, die entsprechende Proteinexpressionsmuster von Genen mit erhöhter Expression im Knochenmark visualisieren.,

Die Transkript-Profilierung basierte auf einer Kombination von drei Transkriptomik-Datensätzen (HPA, GTEx und FANTOM5), die insgesamt 483 Proben aus 37 verschiedenen menschlichen normalen Gewebetypen entsprachen. Der Final Consensus Normalized Expression (NX) – Wert für jeden Gewebetyp wurde für die Klassifizierung aller Gene gemäß der gewebespezifischen Expression in zwei verschiedene Kategorien verwendet, basierend auf Spezifität oder Verteilung.

Relevante links und Publikationen

Uhlén M et al.- , Tissue-based map of the human proteome. Science (2015)
PubMed: 25613900 DOI: 10.,1126/science.1260419
Yu-NY et al., Ergänzung der Gewebecharakterisierung durch Integration von Transkriptomprofilen aus dem Human Protein Atlas und aus dem FANTOM5-Konsortium. Nucleic Acids Res. (2015)
PubMed: 26117540 DOI: 10.1093/nar/gkv608
Fagerberg L et al. Analysis of the human tissue-specific expression by genome-wide integration of transcriptomics and antibody-based proteomics. Mol-Zell-Proteomik. (2014)
PubMed: 24309898 DOI: 10.1074/mcp.M113. 035600
Andersson S et al., Die transkriptomischen und proteomischen Landschaften von Knochenmark und sekundären lymphatischen Geweben. PLoS One., (2014)
PubMed: 25541736 DOI: 10.1371/journal.pone.0115911

Histologie Wörterbuch-Knochenmark