Genetische Analyse der Funktion von AP4 in Stammzellen, Tumoraufrechterhaltung und Metastasierung

• Antragsteller: Professor Dr. Heiko Hermeking
• Fachliche Zuordnung: Pathologie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 106373515

Das TFAP4/AP4-Protein gehört zur Klasse der Helix-Loop-Helix-Leucin-Zipper (bHLH-LZ) Transkriptionsfaktoren. AP4 bildet ausschließlich Homodimere, die das E-Box-Motiv CAG/CCTG binden und dadurch die Expression von Zielgenen regulieren. Wir haben zuvor das AP4-Gen als direktes Zielgen von c-MYC identifiziert. AP4 wird in Vorläufer/Transient Amplifying (TA)-Zellen in humanen Dickdarmkrypten und beim Kolorektalkarzinom (KRK) in einem ähnlichen Muster wie c-MYC exprimiert. Das prototypische Onkogen c-MYC ist ein direktes Ziel des APC (adenomatöse Polyposis coli)/Wnt-Signalweges und ein wesentlicher Mediator der Tumorbildung, die durch Inaktivierung von Apc im Darm induziert wird. Frühere Studien legten nahe, dass AP4 zur KRK-Progression beiträgt, indem es Gene reguliert, die an epithelial-mesenchymaler Transition (EMT) und Proliferation beteiligt sind. In der vorherigen Förderperiode haben wir Ap4 in ApcMin-Mäusen, einem präklinischen Modell für erblichen Darmkrebs, deletiert. Dies verlängerte ihr durchschnittliches Überleben um 110 Tage und verringerte die Bildung von Darmadenomen und abgeleiteten Organoiden. Die Auswirkungen der Ap4-Deletion waren vermutlich auf die verringerte Anzahl von funktionellen intestinalen Stammzellen (ISZs) zurückzuführen, die für Adenom-initiierende Mutationsereignisse zugänglich sind. Die Deletion von Ap4 verringerte auch die Anzahl der Kolonstammzellen und erhöhte die Anzahl der Paneth-Zellen. Expressionsanalysen zeigten, dass ISZ-Signaturen sowie die Wnt/β-Catenin- und Notch-Signalwege in Ap4-defizienten Adenomen und Darmorganoiden herunterreguliert waren. AP4-assoziierte Signaturen waren zwischen Mausadenomen und menschlichen Darmkrebsproben konserviert. Unsere Ergebnisse belegen, dass Ap4 als limitierender Mediator der Adenominitiierung sowie als Regulator der Homöostase von Darm- und Kolonstammzellen und Paneth-Zellen fungiert. Da Tumoren im ApcMin-Modell nicht invasiv sind und daher keine Metastasen bilden, soll nun die Rolle von Ap4 bei der Invasion und Metastasierung mittels AP4-Deletion in zwei KRK-Mausmodellen untersucht werden, die Invasion zeigen und lokale sowie entfernte Metastasen bilden. Zusätzlich soll die Auswirkung der ektopischen Ap4-Expression auf die Invasion und Metastasierung von KRKs bestimmt werden. Darüber hinaus wird die Rolle von Ap4 bei der Aufrechterhaltung von Dickdarmtumoren in DSS behandelten ApcMin-Mäusen untersucht. Außerdem soll die Auswirkung der spezifischen Deletion von Ap4 in ISCs auf die Tumorinitiierung in Lgr5-CreERT2, Apc fl/fl Mäusen und die Regeneration nach DNA-Schädigung durch Bestrahlung untersucht werden. Durch Next-Generation Sequenzierung sollen Mediatoren von AP4-kontrollierten Phänotypen identifiziert werden. Zudem sollen Organoide, die von intestinalen Epithelien abgeleitet wurden, untersucht werden. Insgesamt werden diese Studien entscheidend dazu beitragen, die Rolle von AP4 in der Darmbiologie und bei Krebs zu beleuchten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen