SFB 684:  Molekulare Mechanismen der normalen und malignen Hämatopoese

• Fachliche Zuordnung: Medizin ; Biologie
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 13759457

• Erstellungsjahr: 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Tumorerkrankungen stellen neben Erkrankungen des kardiovaskulären Systems die häufigsten Todesursachen in unserer Gesellschaft dar. Eine bessere Prävention, frühere Diagnosestellung und effektivere Therapie sind dringlich notwendig, um die Heilungs- und Überlebenschancen von Patienten mit Krebserkrankungen zu verbessern. Leukämien dienen als Modellerkrankungen, an denen grundsätzliche Mechanismen der Krebsentstehung und Therapie untersucht wurden. Der Sonderforschungsbereich 684 „Molekulare Mechanismen der normalen und malignen Hämatopoese“ wurde etabliert, um molekulare Mechanismen aufzuschlüsseln, welche der normalen Blutbildung und der Entstehung von hämatologischen Neoplasien zugrunde liegen. Dieses Ziel wurde durch eine enge Interaktion zwischen Arbeitsgruppen, die einzelne Moleküle, Signalwege und komplexere Tumor- Phänotypen in komplexen in vitro und in vivo Modellsystemen und in Patientenmaterial untersuchen, erreicht. Basis für die erfolgreiche Durchführung dieser ehrgeizigen Forschungsprojekte ist eine enge Verzahnung von etablierten Arbeitsgruppen im Bereich der Grundlagenforschung, Nachwuchswissenschaftlern und klinisch-wissenschaftlich tätiger Ärzte. Dieser Ansatz wurde durch die Verfügbarkeit von Patientenmaterial aus den klinischen Studien der Deutschen AML Cooperative Group (AMLCG) maßgeblich unterstützt. Das SFB fokussierte sich auf die Analyse der Mechanismen des Zellwachstums, transkriptioneller Regulation und Signaltransduktion. Weiterhin haben die Projekte die genetischen und epigenetischen Prozesse der Genomstabilität und Chromatinstruktur sowie die Regulation der normalen Hämatopoese untersucht. Entscheidend für diese Analysen waren die Etablierung von Tiermodellen für myeloische und lymphatische Neoplasien. Wissenschaftliche Höhepunkte der ersten Förderperiode waren technische Entwicklungen und biologische Erkenntnisse. Durch die kontinuierliche Beobachtung von Einzelzellen konnte T. Schroeder zeigen, dass Zellen des hämatopoetischen Systems aus Endothelzellen hervorgehen. Diese Arbeit konnte somit eine langbestehende Frage über die Identität der Zellen beantworten, die im Säugetier-Embryo die ersten Blutzellen generieren. Mit derselben Technik konnte gezeigt werden, dass hämatopoetische Zytokine eine instruktive und keine permissive Rolle in der Linienentscheidung spielen. H. Leonhardt konnte die erreichbare Auflösung der klassischen Lichtmikroskopie mit einer neuen Methodik, der 3D-SIM (structured illumination microscopy) deutlich verbessern und erstmals Auflösungen jenseits der Abbe Auflösungsgrenze erreichen. Mit dieser Technologie konnten z.B. einzelne nukleäre Porenkomplexe der Kernmembran untersucht werden. Die detaillierte funktionelle Analyse spezifischer leukämischer Fusionsgene, wie z.B. CALM-AF10 im Maus-Knochenmarktransplantationsmodell führte zur Identifizierung einer Subpopulation von Zellen, die für leukämiepropagierende Zellen angereichert ist. Diese Ergebnisse von C. Buske und S. Bohlander führten zu neuen Einblicken in die Biologie leukämischer Stammzellen. In der zweiten Förderperiode konnten A. Dufour und P. Greif aus den Arbeitsgruppen von K. Spiekermann und S. Bohlander mittels neuer Sequenziertechniken und funktioneller Analysen erstmals somatische GATA2 Zinkfinger 1 (ZF1) Mutationen bei Patienten mit biallelischen CEBPA Genmutationen nachweisen und charakterisieren. Diese Mutationen definieren eine neue genetische Subgruppe von AML mit normalem Karyotyp. Die Gruppe von K.-P. Hopfner lösten die Kristallstruktur der katalytischen Region der Mre11 Nuklease und des Rad50 ABC ATPase (MR) Komplexes. Sie konnten zeigen, dass MR eine ATP-kontrollierte transiente molekulare Klammer an DNA Doppelstrangbrüchen bildet. Die Gruppe von J. Ruland untersuchten lymphomassoziierte Fusionsgene wie ITK-SYK. Das ITK-SYK Fusionsprotein ist konstitutiv mit lipid rafts in T-Zellen assoziiert und triggert die Antigen-unabhängige Phosphorylierung von Proteinen proximal des T-Zell-Rezeptors. Im Mausmodell induziert ITK-SYK Lymphome und dient als robustes genetisches Modell für humane periphere T-Zell Lymphome. H. Leonhardts Gruppe zeigte, das die Regulation von 5-Methylcytosin (mC) und seiner oxidierten Derivate essentiell für die Zellhämostase ist und identifizierten “readers”, “writers”, und “erasers” dieser DNA- Markierungen. In einer weiteren Arbeit analysierte die Gruppe Lamin B Receptor (Lbr) und Lamin A (Lmna) Gene, die Kernmembran-Proteine kodieren. Es konnte gezeigt werden, wie Veränderungen in der Zusammensetzung der Kernmembran-Proteine zur Regulation der Heterochromatin-Positionierung, Genexpression und Zelldifferenzierung beitragen. Die Gruppe von D. Eick konnte zwei grundlegende regulatorische Mechanismen der carboxyterminalen Domäne (CTD) der RNA Polymerase II (RNAPII) charakterisieren. Die grundlegendenden molekularen Mechanismen, die in diesem SFB untersucht wurden sind auch für andere Tumorerkrankungen relevant, z.B. das Konzept der „Tumorstammzelle“ oder gemeinsamer onkogener Signalwege. In der ersten und zweiten Förderperiode wurden eine Vielzahl von Kollaborationen aufgebaut und erfolgreich abgeschlossen, die ohne den formalen Verbund eines SFB niemals möglich gewesen wären.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• 2006. Acute myeloid leukemia is propagated by a leukemic stem cell with lymphoid characteristics in a mouse model of CALM/AF10-positive leukemia. Cancer Cell. 10:363-374
  Deshpande, A.J., M. Cusan, V.P. Rawat, H. Reuter, A. Krause, C. Pott, L. Quintanilla-Martinez, P. Kakadia, F. Kuchenbauer, F. Ahmed, E. Delabesse, M. Hahn, P. Lichter, M. Kneba, W. Hiddemann, E. Macintyre, C. Mecucci, W.D. Ludwig, R.K. Humphries, S.K. Bohlander, M. Feuring-Buske, and C. Buske
  
• 2006. Targeting and tracing antigens in live cells with fluorescent nanobodies. Nat Methods. 3:887-889
  Rothbauer, U., K. Zolghadr, S. Tillib, D. Nowak, L. Schermelleh, A. Gahl, N. Backmann, K. Conrath, S. Muyldermans, M.C. Cardoso, and H. Leonhardt
  
• 2008. Overexpression of CDX2 perturbs HOX gene expression in murine progenitors depending on its N-terminal domain and is closely correlated with deregulated HOX gene expression in human acute myeloid leukemia. Blood. 111:309-319
  Rawat, V.P., S. Thoene, V.M. Naidu, N. Arseni, B. Heilmeier, K. Metzeler, K. Petropoulos, A. Deshpande, Quintanilla-Martinez, S.K. Bohlander, K. Spiekermann, W. Hiddemann, M. Feuring-Buske, and C. Buske
  
• 2008. Subdiffraction multicolor imaging of the nuclear periphery with 3D structured illumination microscopy. Science. 320:1332-1336
  Schermelleh, L., P.M. Carlton, S. Haase, L. Shao, L. Winoto, P. Kner, B. Burke, M.C. Cardoso, D.A. Agard, M.G. Gustafsson, H. Leonhardt, and J.W. Sedat
  
• 2008. The leukemogenic CALM/AF10 fusion protein alters the subcellular localization of the lymphoid regulator Ikaros. Oncogene. 27:2886-2896
  Greif, P.A., B. Tizazu, A. Krause, E. Kremmer, and S.K. Bohlander
  
• 2009. CBL exon 8/9 mutants activate the FLT3 pathway and cluster in core binding factor/11q deletion acute myeloid leukemia/myelodysplastic syndrome subtypes. Clinical cancer research : an official journal of the American Association for Cancer Research. 15:2238-2247
  Reindl, C., H. Quentmeier, K. Petropoulos, P.A. Greif, T. Benthaus, B. Argiropoulos, G. Mellert, S. Vempati, J. Duyster, C. Buske, S.K. Bohlander, K.R. Humphries, W. Hiddemann, and K. Spiekermann
  
• 2009. Continuous single-cell imaging of blood generation from haemogenic endothelium. Nature. 457:896-900
  Eilken, H.M., S. Nishikawa, and T. Schroeder
  
• 2009. Global reduction of the epigenetic H3K79 methylation mark and increased chromosomal instability in CALM-AF10-positive leukemias. Blood. 114:651-658
  Lin, Y.H., P.M. Kakadia, Y. Chen, Y.Q. Li, A.J. Deshpande, C. Buske, K.L. Zhang, Y. Zhang, G.L. Xu, and S.K. Bohlander
  
• 2009. Hematopoietic cytokines can instruct lineage choice. Science. 325:217-21
  Rieger, M.A., P.S. Hoppe, B.M. Smejkal, A.C. Eitelhuber, and T. Schroeder
  
• 2009. Notch1, Notch2, and Epstein-Barr virus-encoded nuclear antigen 2 signaling differentially affects proliferation and survival of Epstein-Barr virus-infected B cells. Blood. 113:5506-5515
  Kohlhof, H., F. Hampel, R. Hoffmann, H. Burtscher, U.H. Weidle, M. Holzel, D. Eick, U. Zimber-Strobl, and L.J. Strobl
  
• 2009. Nuclear architecture of rod photoreceptor cells adapts to vision in mammalian evolution. Cell. 137:356-368
  Solovei, I., M. Kreysing, C. Lanctot, S. Kosem, L. Peichl, T. Cremer, J. Guck, and B. Joffe
  
• 2009. Syk kinase signalling couples to the Nlrp3 inflammasome for anti-fungal host defence. Nature. 459:433-436
  Gross, O., H. Poeck, M. Bscheider, C. Dostert, N. Hannesschlager, S. Endres, G. Hartmann, A. Tardivel, E. Schweighoffer, V. Tybulewicz, A. Mocsai, J. Tschopp, and J. Ruland
  
• 2010. Acute myeloid leukemia with biallelic CEBPA gene mutations and normal karyotype represents a distinct genetic entity associated with a favorable clinical outcome. Journal of Clinical Oncology 28:570-577
  Dufour, A., F. Schneider, K.H. Metzeler, E. Hoster, S. Schneider, E. Zellmeier, T. Benthaus, M.C. Sauerland, W.E. Berdel, T. Buchner, B. Wormann, J. Braess, W. Hiddemann, S.K. Bohlander, and K. Spiekermann
  
• 2010. Oncogenic JAK2V617F requires an intact SH2-like domain for constitutive activation and induction of a myeloproliferative disease in mice. Blood. 116:4600-4611
  Gorantla, S.P., T.N. Dechow, R. Grundler, A.L. Illert, C.M. Zum Buschenfelde, M. Kremer, C. Peschel, and J. Duyster
  
• 2010. Recognition of RNA virus by RIG-I results in activation of CARD9 and inflammasome signaling for interleukin 1 beta production. Nat Immunol. 11:63-69
  Poeck, H., M. Bscheider, O. Gross, K. Finger, S. Roth, M. Rebsamen, N. Hannesschlager, M. Schlee, S. Rothenfusser, W. Barchet, H. Kato, S. Akira, S. Inoue, S. Endres, C. Peschel, G. Hartmann, V. Hornung, and J. Ruland
  
• 2010. The fusion kinase ITK-SYK mimics a T cell receptor signal and drives oncogenesis in conditional mouse models of peripheral T cell lymphoma. J Exp Med. 207:1031-1044
  Pechloff, K., J. Holch, U. Ferch, M. Schweneker, K. Brunner, M. Kremer, T. Sparwasser, L. Quintanilla- Martinez, U. Zimber-Strobl, B. Streubel, A. Gewies, C. Peschel, and J. Ruland
  
• 2011. A20 (TNFAIP3) deficiency in myeloid cells triggers erosive polyarthritis resembling rheumatoid arthritis. Nat Genet. 43:908-912
  Matmati, M., P. Jacques, J. Maelfait, E. Verheugen, M. Kool, M. Sze, L. Geboes, E. Louagie, C. Mc Guire, L. Vereecke, Y. Chu, L. Boon, S. Staelens, P. Matthys, B.N. Lambrecht, M. Schmidt- Supprian, M. Pasparakis, D. Elewaut, R. Beyaert, and G. van Loo
  
• 2011. An RNAibased system for loss-of-function analysis identifies Raf1 as a crucial mediator of BCR-ABL- driven leukemogenesis. Blood. 118:2200-2210
  Albers, C., A.L. Illert, C. Miething, H. Leischner, M. Thiede, C. Peschel, and J. Duyster
  
• 2011. B cells lacking the tumor suppressor TNFAIP3/A20 display impaired differentiation and hyperactivation and cause inflammation and autoimmunity in aged mice. Blood. 117:2227-2236
  Chu, Y., J.C. Vahl, D. Kumar, K. Heger, A. Bertossi, E. Wojtowicz, V. Soberon, D. Schenten, B. Mack, M. Reutelshofer, R. Beyaert, K. Amann, G. van Loo, and M. Schmidt-Supprian
  
• 2011. CD19-independent instruction of murine marginal zone B-cell development by constitutive Notch2 signaling. Blood. 118:6321-6331
  Hampel, F., S. Ehrenberg, C. Hojer, A. Draeseke, G. Marschall-Schroter, R. Kuhn, B. Mack, O. Gires, C.J. Vahl, M. Schmidt-Supprian, L.J. Strobl, and U. Zimber-Strobl
  
• 2011. Role for hACF1 in the G2/M damage checkpoint. Nucleic Acids Res. 39:8445- 8456
  Sanchez-Molina, S., O. Mortusewicz, B. Bieber, S. Auer, M. Eckey, H. Leonhardt, A.A. Friedl, and P.B. Becker
  
• 2011. The C-terminal domain of RNA polymerase II is modified by site-specific methylation. Science. 332:99-103
  Sims, R.J., 3rd, L.A. Rojas, D. Beck, R. Bonasio, R. Schuller, W.J. Drury, D. Eick, and D. Reinberg
  
• 2011. The Mre11:Rad50 structure shows an ATP-dependent molecular clamp in DNA double-strand break repair. Cell. 145:54-66
  Lammens, K., D.J. Bemeleit, C. Mockel, E. Clausing, A. Schele, S. Hartung, C.B. Schiller, M. Lucas, C. Angermuller, J. Soding, K. Strasser, and K.P. Hopfner
  
• 2011. The SUMO system controls nucleolar partitioning of a novel mammalian ribosome biogenesis complex. EMBO J. 30:1067-1078
  Finkbeiner, E., M. Haindl, and S. Muller
  
• 2012. Structure of Mre11-Nbs1 complex yields insights into ataxia-telangiectasia-like disease mutations and DNA damage signaling. Nat Struct Mol Biol. 19:693-700
  Schiller, C.B., K. Lammens, I. Guerini, B. Coordes, H. Feldmann, F. Schlauderer, C. Mockel, A. Schele, K. Strasser, S.P. Jackson, and K.P. Hopfner
  
• 2012. CTD tyrosine phosphorylation impairs termination factor recruitment to RNA polymerase II. Science. 336:1723-1725
  Mayer, A., M. Heidemann, M. Lidschreiber, A. Schreieck, M. Sun, C. Hintermair, E. Kremmer, D. Eick, and P. Cramer
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1126/science.1219651)
• 2012. GATA2 zinc finger 1 mutations associated with biallelic CEBPA mutations define a unique genetic entity of acute myeloid leukemia. Blood. 120:395-403
  Greif, P.A., A. Dufour, N.P. Konstandin, B. Ksienzyk, E. Zellmeier, B. Tizazu, J. Sturm, T. Benthaus, T. Herold, M. Yaghmaie, P. Dorge, K.P. Hopfner, A. Hauser, A. Graf, S. Krebs, H. Blum, P.M. Kakadia, S. Schneider, E. Hoster, F. Schneider, M. Stanulla, J. Braess, M.C. Sauerland, W.E. Berdel, T. Buchner, B.J. Woermann, W. Hiddemann, K. Spiekermann, and S.K. Bohlander
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1182/blood-2012-01-403220)
• 2012. In vivo imaging enables high resolution preclinical trials on patients' leukemia cells growing in mice. PloS one. 7:e52798
  Terziyska, N., C. Castro Alves, V. Groiss, K. Schneider, K. Farkasova, M. Ogris, E. Wagner, H. Ehrhardt, R.J. Brentjens, U. zur Stadt, M. Horstmann, L. Quintanilla-Martinez, and I. Jeremias
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0052798)
• 2012. Leukemia-initiating cells of patient-derived acute lymphoblastic leukemia xenografts are sensitive toward TRAIL. Blood. 119:4224-4227
  Castro Alves, C., N. Terziyska, M. Grunert, S. Gundisch, U. Graubner, L. Quintanilla-Martinez, and I. Jeremias
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1182/blood-2011-08-370114)
• 2012. SRC is a signaling mediator in FLT3-ITD- but not in FLT3-TKD-positive AML. Blood. 119:4026-4033
  Leischner, H., C. Albers, R. Grundler, E. Razumovskaya, K. Spiekermann, S. Bohlander, L. Ronnstrand, K. Gotze, C. Peschel, and J. Duyster
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1182/blood-2011-07-365726)
• 2012. The FLT3ITD mRNA level has a high prognostic impact in NPM1 mutated, but not in NPM1 unmutated, AML with a normal karyotype. Blood. 119:4383-4386
  Schneider, F., E. Hoster, M. Unterhalt, S. Schneider, A. Dufour, T. Benthaus, G. Mellert, E. Zellmeier, P.M. Kakadia, S.K. Bohlander, M. Feuring-Buske, C. Buske, J. Braess, A. Heinecke, M.C. Sauerland, W.E. Berdel, T. Buchner, B.J. Wormann, W. Hiddemann, and K. Spiekermann
  
• 2012. The germinal center kinase TNIK is required for canonical NF-kappaB and JNK signaling in B-cells by the EBV oncoprotein LMP1 and the CD40 receptor. PLoS Biol. 10:e1001376
  Shkoda, A., J.A. Town, J. Griese, M. Romio, H. Sarioglu, T. Knofel, F. Giehler, and A. Kieser
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1001376)
• 2013. Dynamic readers for 5-(hydroxy)methylcytosine and its oxidized derivatives. Cell. 152:1146-1159
  Spruijt, C.G., F. Gnerlich, A.H. Smits, T. Pfaffeneder, P.W. Jansen, C. Bauer, M. Munzel, M. Wagner, M. Muller, F. Khan, H.C. Eberl, A. Mensinga, A.B. Brinkman, K. Lephikov, U. Muller, J. Walter, R. Boelens, H. van Ingen, H. Leonhardt, T. Carell, and M. Vermeulen
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.02.004)
• 2013. Exome sequencing identifies recurring FLT3 N676K mutations in core-binding factor leukemia. Blood. 122:1761-1769
  Opatz, S., H. Polzer, T. Herold, N.P. Konstandin, B. Ksienzyk, E. Zellmeier, S. Vosberg, A. Graf, S. Krebs, H. Blum, K.P. Hopfner, P.M. Kakadia, S. Schneider, A. Dufour, J. Braess, M.C. Sauerland, W.E. Berdel, T. Buchner, B.J. Woermann, W. Hiddemann, K. Spiekermann, S.K. Bohlander, and P.A. Greif
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1182/blood-2013-01-476473)
• 2013. LBR and lamin A/C sequentially tether peripheral heterochromatin and inversely regulate differentiation. Cell. 152:584-598
  Solovei, I., A.S. Wang, K. Thanisch, C.S. Schmidt, S. Krebs, M. Zwerger, T.V. Cohen, D. Devys, R. Foisner, L. Peichl, H. Herrmann, H. Blum, D. Engelkamp, C.L. Stewart, H. Leonhardt, and B. Joffe
  
• 2013. Suv4-20h2 mediates chromatin compaction and is important for cohesin recruitment to heterochromatin. Genes Dev. 27:859-872
  Hahn, M., S. Dambacher, S. Dulev, A.Y. Kuznetsova, S. Eck, S. Worz, D. Sadic, M. Schulte, J.P. Mallm, A. Maiser, P. Debs, H. von Melchner, H. Leonhardt, L. Schermelleh, K. Rohr, K. Rippe, Z. Storchova, and G. Schotta
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1101/gad.210377.112)
• 2014. B-cell expansion and lymphomagenesis induced by chronic CD40 signaling is strictly dependent on CD19. Cancer Res. 74:4318-4328
  Hojer, C., S. Frankenberger, L.J. Strobl, S. Feicht, K. Djermanovic, F. Jagdhuber, C. Homig-Holzel, U. Ferch, J. Ruland, K. Rajewsky, and U. Zimber-Strobl
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1158/0008-5472.CAN-13-3274)
• 2014. Clec12a is an inhibitory receptor for uric acid crystals that regulates inflammation in response to cell death. Immunity. 40:389-399
  Neumann, K., M. Castineiras-Vilarino, U. Hockendorf, N. Hannesschlager, S. Lemeer, D. Kupka, S. Meyermann, M. Lech, H.J. Anders, B. Kuster, D.H. Busch, A. Gewies, R. Naumann, O. Gross, and J. Ruland
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.immuni.2013.12.015)
• 2014. Rad50- CARD9 interactions link cytosolic DNA sensing to IL-1beta production. Nat Immunol. 15:538-545
  Roth, S., A. Rottach, A.S. Lotz-Havla, V. Laux, A. Muschaweckh, S.W. Gersting, A.C. Muntau, K.P. Hopfner, L. Jin, K. Vanness, J.H. Petrini, I. Drexler, H. Leonhardt, and J. Ruland
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ni.2888)
• 2014. Structure of the Rad50 DNA double-strand break repair protein in complex with DNA. EMBO J. 33:2847-2859
  Rojowska, A., K. Lammens, F.U. Seifert, C. Direnberger, H. Feldmann, and K.P. Hopfner
  (Siehe online unter https://doi.org/10.15252/embj.201488889)