Identification of targets and interactors of the DYT6-related trancription factor THAP1

• Applicant: Professorin Dr. Katja Lohmann
• Subject Area: Molecular and Cellular Neurology and Neuropathology ; Clinical Neurology; Neurosurgery and Neuroradiology ; Molecular Biology and Physiology of Neurons and Glial Cells
• Term: from 2009 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 159029741

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

Im Rahmen des Projektes „Identifizierung von Zielgenen und Interaktionspartnern des DYT6-assoziierten Transkriptionsfaktors THAP1“ haben wir erfolgreich Zielgene (u.a. THAP1 selbst) und Interaktionspartner wie HCFC1 identifiziert. Die vier bereits akzeptierten Originalarbeiten aus dieser Förderperiode wurden schon > 50mal zitiert und haben einen kumulativen Impaktfaktor von 22,3. Das Projekt war hauptsächlich auf die funktionelle Charakterisierung von THAP1 und der damit verbundenen Aufklärung der Rolle von THAP1-Mutationen bei der Entstehung einer Dystonie ausgelegt. Im Rahmen des Projektes wollten wir (1) induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) aus Fibroblasten herstellen und diese in Neurone differenzieren, um dann Expressionsunterschiede auf mRNA-Ebene in THAP1-Mutationsträgern messen zu können, (2) durch THAP1 regulierte Gene erkennen sowie (3) mit THAP1 interagierende Proteine identifizieren. Unser Arbeitsprogramm umfasste ein umfangreiches Methodenspektrum einschließlich der Herstellung von 12 iPS-Zelllinien von zwei THAP1-Mutationsträgern und vier Kontrollen, die mittels etablierter Protokolle in Neurone differenziert wurden. Diese Zellen wurden anschließend verwendet, um die Expression von THAP1-Zielgenen zu untersuchen. Diese Zielgene wurden durch detaillierte Untersuchungen von Kandidatengenen identifiziert, die z.B. die Suche nach THAP1-Bindestellen in den Promotoren von anderen Dystonie-verursachenden Genen sowie die Auswertung der öffentlich verfügbaren ChIP-Seq Daten aus dem ENCODE-Projekt umfassten. Die besten Kandidatengene wurden detailliert validiert, u. a. mittels Luciferase-Reportergen-Assays, (quantitativen) Chromatin-Immunpräzipitationen (ChIP), Elektromobilitäts-Shift-Assays (EMSA) sowie durch die o.g. Expressionsanalysen in Neuronen und in mittels CRISPR/Cas-Technologie veränderten HEK293-Zellen. Während dieser zweiten Förderperiode konnten wir die Autoregulation von THAP1 publizieren (Erogullari et al. Biochim Biophys Acta 2014). Außerdem untersuchten wir den Effekt von THAP1 auf die Expression von SGCE (welches bei der Myoklonus-Dystonie mutiert ist) sowie von TBP (welches bei SCA17-Patienten mutiert ist). Um Protein-Protein-Interaktionen zu untersuchen, führten wir Co-Immunpräzipitationen, Hefe-2-Hybrid-Experimente, GFP pull downs sowie Formaldehyd-crosslinking-Untersuchungen durch. Dadurch identifizierten wir vier verschiedene Interaktionspartner von THAP1, wovon wir drei klar bestätigen konnten, und zwar THAP1 (Homodimerisierung), HCFC1 und HDAC3. Darüber hinau haben wir einige Hinweise auf eine THAP1-Interaktion mit YWHAE erhalten können. Neben der funktionellen Charakterisierung von THAP1, untersuchten wir auch weiterhin das phänotypische und genotypische Spektrum von THAP1-Mutationen. Einige der Mutationsträger waren mittels Tieferhirnstimulation (THS) behandelt wurden. Obwohl die ersten Untersuchungen nahelegten, dass THAP1-Mutationsträger prinzipiell nicht von THS profitieren, zeigten unsere Untersuchungen an großen Patientengruppen, das eine THS auch bei einigen THAP1-Patienten über viele Jahre wirksam sein kann. Darüber hinaus trug unsere Expertise im Bereich der Genetik von Dystonien zur Publikation von zwei Übersichtsartikeln bei.

Publications

• Identification and functional analysis of novel THAP1 mutations. Eur J Hum Genet 2012;20:171-175
  Lohmann K, Uflacker N, Erogullari A, Lohnau T, Winkler S, Dendorfer A, Schneider SA, Osmanovic A, Svetel M, Ferbert A, Zittel S, Kühn AA, Schmidt A, Altenmüller E, Münchau A, Kamm C, Wittstock M, Kupsch A, Moro E, Volkmann J, Kostic V, Kaiser FJ, Klein C, Brüggemann N
  
• Genetics of dystonia: what's known? What's new? What's next? Mov Disord 2013;28:899-905
  Lohmann K, Klein C
  
• THAP1, the gene mutated in DYT6 dystonia, autoregulates its own expression. Biochim Biophys Acta 2014;1839:1196-1204
  Erogullari A, Hollstein R, Seibler P, Braunholz D, Koschmidder E, Depping R, Eckhold J, Lohnau T, Gillessen-Kaesbach G, Grünewald A, Rakovic A, Lohmann K, Kaiser FJ
  
• Longterm effect on dystonia after pallidal deep brain stimulation (DBS) in three members of a family with a THAP1 mutation. J Neurol 2015;262:2739-2744
  Krause P, Brüggemann N, Völzmann S, Horn A, Kupsch A, Schneider GH, Lohmann K, Kühn A
  
• Short- and long-term outcome of chronic pallidal neurostimulation in monogenic isolated dystonia. Neurology 2015;84:895-903
  Brüggemann N, Kühn A, Schneider SA, Kamm C, Wolters A, Krause P, Moro E, Steigerwald F, Wittstock M, Tronnier V, Lozano AM, Hamani C, Poon YY, Zittel S, Wächter T, Deuschl G, Krüger R, Kupsch A, Münchau A, Lohmann K, Volkmann J, Klein C
  
• Novel Dystonia Genes: Clues on Disease Mechanisms and the Complexities of High-Throughput Sequencing. Mov Disord 2016;31:471-477
  Domingo A, Erro R, Lohmann K
  
• Dystonia-causing mutations in the transcription factor THAP1 disrupt HCFC1 cofactor recruitment and alter gene expression. Hum Mol Genet Volume 26, Issue 15, 1 August 2017, Pages 2975–2983
  Hollstein R, Kötter L, Reiz B, Richter A, Schaake S, Lohmann K, Kaiser FJ
  
• In-depth characterization of the homodimerization domain of the transcription factor THAP1 and Dystonia-Causing Mutations Therein. Journal of Molecular Neuroscience, May 2017, Volume 62, Issue 1, pp 11–16
  Richter A, Hollstein R, Hebert E, Vulinovic F, Eckhold J, Osmanovic A, Depping R, Kaiser FJ, Lohmann K