Die Rolle von PU.1 in der Unterdrückung leukämischer Selbsterneuerungsprogramme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Entwicklung und Funktion von Immunzellen ist eines der am besten untersuchten zellulären Systeme in Vertebraten. Transkriptionsfaktoren kontrollieren die multiplen Differenzierungsentscheidungen, die für die Reifung einer undifferenzierten hämatopoetischen Stammzelle in eine spezialisierte Blutzelle nötig sind. Fehler in diesen Differenzierungsentscheidungen können zum zellulären Entwicklungsblock und einer einhergehenden leukämischen Transformation führen. Darüber hinaus sind Transkriptionsfaktoren für die Steuerung der Funktion von Immunzellen verantwortlich. Neue genomweite Methoden haben zu weitreichenden Erkenntnissen der Funktionsweisen von Transkriptionsfaktoren in Differenzierung, maligner Transformation und Funktion von Immunzellen beigetragen. Ein wichtiger Transkriptionsfaktor für die Entwicklung der meisten Immunzellen ist PU.1. Besonders Makrophagen sind auf die starke Expression von PU.1 angewiesen, um sich aus Vorläufern entwickeln und ihre Funktionen während einer Immunantwort ausüben zu können. Unsere zurückliegenden Arbeiten in Mäusen konnten darüber hinaus zeigen, dass ein quantitativer Verlust der PU.1 Expression in Vorläuferzellen rasch zu einer Leukämie führt. Die Entwicklung einer Leukämie basiert auf zwei molekularen Ereignissen, einem Differenzierungsblock und dem Erhalt bzw. der Wiedergewinnung eines zellulären Selbsterneuerungspotentials, ähnlich dem der hämatopoetischen Stammzellen. Im vorliegenden Projekt wurden neue knockout-Mauslinien genutzt, um den Zusammenhang von reduzierter PU.1 Expression mit dem leukämischen Stammzellpotential zu untersuchen. In einer dieser Mauslinien wurde die Expression von PU.1 Stammzellen ausgeschaltet, in der anderen erst in granulozytären Vorläufern. Beide Linien zeigten eine abgeschwächte Granulozytendifferenzierung, jedoch führt nur der PU.1-Verlust ab dem Stammzellkompartment zur Leukämie. Über vergleichende Genexpressionsprofilingstudien an diesen beiden Mausmodellen wurden PU.1 Zielgene identifiziert, die leukämische Stammzelleigenschaften vermitteln könnten. Es wurde damit begonnen, eine Auswahl dieser Gene funktionell zu charakterisieren. Diese Arbeiten sind jedoch noch nicht abgeschlossen. Neben den Untersuchungen zur Leukämie haben wir die Granulozyten-spezifische PU.1 knockout-Maus auch für Untersuchungen zur Rolle von PU.1 in der Funktion neutrophiler Granulozyten untersucht. Dafür haben wir ein systemisches Candida albicans-Infektionsmodell verwendet. In Verbindung mit immortalisierten Zellen, die wir aus diesen Mäusen generiert haben, konnten wir Signalwege finden, welche verschiedene Funktionen während der Immunantwort übernehmen und durch PU.1 als ‚Masterregulator‘ kontrolliert werden. Als wichtige generelle Schlussfolgerung kann aus unserer Studie geschlossen werden, dass die Pathogenbekämpfung durch Neutrophile nicht ausschließlich über proteolytische Reaktionsmechanismen stattzufinden scheint, sondern dass umfangreiche epigenetische Chromatinveränderungen mit einhergehenden Genexpressionsmodifikationen einen wichtigen Beitrag zur Neutrophilenantwort leisten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Cross talk between Wnt/β-catenin and Irf8 in leukemia progression and drug resistance. J Exp Med. 2013; 210:2239-56
Scheller M, Schönheit J, Zimmermann K, Leser U, Rosenbauer F, Leutz A
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PU.1 level-directed chromatin structure remodeling at the Irf8 gene drives dendritic cell commitment. Cell Rep. 2013; 3:1617-28
Schönheit J, Kuhl C, Gebhardt ML, Klett FF, Riemke P, Scheller M, Huang G, Naumann R, Leutz A, Stocking C, Priller J, Andrade-Navarro MA, Rosenbauer F
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Early aberrant DNA methylation events in a mouse model of acute myeloid leukemia. Genome Med. 2014; 6:34
Sonnet M, Claus R, Becker N, Zucknick M, Petersen J, Lipka DB, Oakes CC, Andrulis M, Lier A, Milsom MD, Witte T, Gu L, Kim-Wanner SZ, Schirmacher P, Wulfert M, Gattermann N, Lübbert M, Rosenbauer F, Rehli M, Bullinger L, Weichenhan D, Plass C
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Epigenetic control of hematopoiesis: the PU.1 chromatin connection. Biol Chem. 2014; 395(11):1265-74
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Rosenbauer F, Goodell MA
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Mouse Models to Study DNA Methylation in Cancer Research. In: Lübbert M, Jones PA (Hrsg.) 2014. Epigenetic Therapy of Cancer - Preclinical Models and Treatment Approaches. Springer Verlag, S. 43-66
Savelyeva I, Rosenbauer F
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Schönheit J, Leutz A, Rosenbauer F
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Increased DNA methylation of Dnmt3b-targets impairs leukemogenesis. Blood. 2016 [Epub ahead of print]
Schulze I, Rohde C, Scheller-Wendorff M, Krause A, Herbst F, Riemke P, Hebestreit K, Tschanter P, Lin Q, Linhart H, Godley LA, Glimm H, Dugas M, Wagner W, Berdel WE, Rosenbauer F, Müller-Tidow C
