Gestalten H3K4 Methyltransferasen MLL4 und MLL3 den Bauplan der Säugetiere?

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Andrea Kranz; Professor Dr. Adrian Francis Stewart
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426821658

MLL4 ist eine von sechs H3K4 Methyltransferasen in Säugetieren, die als epigenetische Regulatoren bekannt sind und häufig in verschiedenen Krebsarten mutiert sind. Heterozygote MLL4 Mutationen sind außerdem mit Kabuki Syndrom assoziiert, welches durch mentale Retardierung, Stoffwechselstörungen und Veränderungen der Gesichtsmorphologie charakterisiert ist. Trotz seiner Bedeutung in der Pathogenese wurde die Rolle von MLL4 in der murinen Entwicklung bisher nur unvollständig untersucht. Wir haben systematisch die Funktion aller sechs H3K4 Methyltransferasen in der Embryonalentwicklung dokumentiert und beschreiben hier dass Mll4-/- Embryonen eine gestörte Gastrulation aufgrund eines Defekts des anterioren viszeralen Endoderms (AVE) aufweisen. Folglich kann die anteriore-posteriore (A-P) Achse nicht etabliert werden. Um spätere Zeitfenster der Embryonalentwicklung zu untersuchen haben wir ein neues konditionelles Mll4 Allel generiert. Mittels Mutagenese mit Sox2Cre konnten wir feststellen, dass MLL4 auch im Epiblast von Bedeutung ist. Mittels Mutagenese mit R26CreERT2 und Tamoxifen Induktion zu unterschiedlichen Zeitpunkten konnten wir darüber hinaus ermitteln, dass MLL4 an der Ausbildung der A-P Achse bis E13.5 beteiligt ist. Für die von neuromesodermalen Progenitorzellen (NMPs) abhängige Verlängerung des Rumpfs und des Schwanz und deren Segmentierung ist MLL4 mitverantwortlich und zwar wahrscheinlich durch die Regulation der Hox Kollinearität. Hierbei kann das Schwestergen Mll3 die Funktion von MLL4 zu einem gewissen Maß substituieren. Via konditioneller Mutagenese in utero und in embryonalen Stammzelllinien (ESCs), die aus unseren konditionellen Knockout-Linien generiert worden sind, planen wir die Beteiligung von MLL4 (und MLL3) bei der Etablierung des Bauplans der Säugetiere zu entschlüsseln. Mittels Kultivierung von NMPs und 3D Embryoiden möchten wir untersuchen, ob die Embryonalentwicklung in vitro nachgestellt werden kann und zwar in der Abwesenheit von MLL4 (+/- MLL3). Der Fokus liegt hier auf der Analyse der kollinearen Induktion der Hox Cluster Expression. Zusätzlich werden wir eine Struktur/Funktions-Analyse basierend auf einer Serie von Mll4 BAC Deletionen, die via Transposon Technik in unsere konditionellen ESCs eingebracht werden, durchführen. Unter Verwendung von in situ Hybridisierung, bildgebender Verfahren und konditioneller Mutagenese zusammen mit Transkriptionsanalysen und in vitro Embryogenese sind wir zuversichtlich Schlüsselaspekte der regulatorischen Funktion von MLL4 (MLL3) im Zusammenhang mit dem Bauplan der Säugetiere aufklären zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen