Charakterisierung der epigenetischen Mechanismen, welche die klonale Expression der KIR-Genfamilie kontrollieren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
KIR-Gene werden in NK-Zellen in einem klonal-verteilten Modus exprimiert, bei dem jede NK-Zelle eine bestimmte Kombination von KIR-Genen exprimiert. Dieser in erster Annäherung stochastisch regulierte Prozess ermöglicht es, dass in der Gesamtheit aller NK-Zellen, dem sogenannten NK-Zellrepertoire alle Kombinationsmöglichkeiten auch realisiert werden. Eine wichtige Funktion für die Aktivierung bzw. Abschaltung der KIR-Gene spielt dabei die Epigenetik, wobei sowohl DNA-Methylierung als auch Änderungen der Chromatinstruktur eine Rolle zu spielen scheinen. In diesem Projekt wurden zunächst Methoden entwickelt, um die Ausprägung des NK-Zellrepertoires mittels multiparametrischer Durchflusszytometrie mit größtmöglicher Genauigkeit zu analysieren. Hierdurch konnten wir zeigen, dass die Expression der inhibitorischen KIR-Gene durch die spezifischen HLA Klasse l-kodierten Liganden beeinflusst wird, d.h. die Frequenz der HLA Klasse l-spezifischen NK-Zellen erhöhte sich, während die Expressionsstärke des entsprechenden KIR sich gleichzeitig erniedrigte. Dieser Prozess scheint kein intrinsischer Teil der NK-Zelldifferenzierung zu sein, da sich bei der Untersuchung von neonatalem Blut im Gegensatz zu peripherem Blut von Erwachsenen keine Anpassung des KIR-Repertoires an vorhandene HLA Klasse I-Moleküle zeigt. Untersuchungen der epigenetischen Regulation dieser Vorgänge in einem in vitro Differenzierungssystem zeigen, dass die Blockade der G9a Histonmethyltransferase und die damit verbundene Verminderung der repressiven Histonmodifikation H3K9trime zu einer frühzeitigen KIR-Expression führt, während die chemische Blockade der DNA-Methylierung lediglich zu einer vermehrten KIR-Expression der reifen NK-Zellen führt. Diese Ergebnisse bestätigen die von uns postulierte mehrstufige Regulation der KIR-Gene, bei der zuerst die Chromatinstruktur gelockert und dann in einem nachfolgenden Schritt die DNA-Methylierung aufgehoben werden muss. Im Gegensatz dazu konnten wir für keine der putativen DNA Demethylasen AID, GADD45, oder APOBEC einen Einfluss auf die KIR-Expression feststellen. Als weiteres wichtiges Ergebnis zeigte sich in einem Screen auf epigenetische Faktoren, die in der NK-Zellentwicklung eine Rolle spielen, dass eine Komponente des Polycombkomplex 2, der Faktor EED, durch Trimethylierung des Position H3K27 zu einer Verschiebung der Hämatopoiese von lymphatischen zu myeloischen Linien führt, ein Phänomen, dass auch im Rahmen der physiologischen Alterung des hämatopoietischen Systems zu beobachten ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2011). Analyses of HLA-C-specific KIR repertoires in donors with group A and B haplotypes suggest a ligand-instructed model of NK cell receptor acquisition. Blood, 117:98-107
Schönberg K, Sribar M, Enczmann J, Fischer JC, and Uhrberg M
- (2011). Neonatal NK cell repertoires are functionally but not structurally biased towards recognition of self HLA class I. Blood, 117:5152-5156
Schönberg K, Fischer JC, Kögler G, and Uhrberg M
- (2013) The role of KIR genes and ligands in leukemia surveillance. Frontiers in Immunol, 4:27
Babor F, Fischer JC, Uhrberg M
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fimmu.2013.00027)
