Analyse nicht-kodierender RNAs als zentrale Regulatoren von Hämatopoese und Leukämogenese
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel dieses Emmy Noether-Projekts ist, unser noch unvollständiges Wissen zur Verwicklung unterschiedlicher Klassen von nicht kodierenden RNAs (ncRNAs) in genetische Netzwerke der Hämatopoese und Leukämogenese auszubauen. Zu diesem Zweck haben wir in der ersten Förderperiode ein genetisch interaktives Netzwerk der unterschiedlichen miRNAs der miR-99~125 Tricistrone und deren lagen nicht-kodierenden RNA (lincRNA) Wirtsgene im hämatopoetischen System und in myeloischen Leukämien erstellt, die gemeinsam in unterschiedlichen Subformen der akuten myeloischen Leukämie und insbesondere in der megakaryoblastären Leukämie (AMKL) überexprimiert sind. In unseren Arbeiten wiesen wir nach, dass alleine die Kombination der drei einzelnen miRNAs (miR-99/100, let-7, miR-125) als Tricistron das Gleichgewicht zwischen zwei wichtigen Signalwegen in der Hämatopoese dauerhaft verändert: TGFβ und Wnt. Durch eine gemeinsame Inhibition des TGFβ Signalwegs und einer Steigerung der Aktivität des Wnt Signalwegs verleihen miR-99/100, let-7 und miR-125 Stammund Progenitorzellen einen selektiven und permanenten Wachstumsvorteil, was die maligne Entartung begünstigt. Die einzelnen microRNAs verstärken sich in ihrer Funktion gegenseitig, wobei ihr gemeinsamer Effekt den Effekt jeder einzelnen miRNAs übertrifft. Dieser Wachstumsvorteil wird durch das lncRNA Wirtsgen (MONC, alias MIR99AHG, LINC00478, C21orf34) weiter verstärkt. Der Stammzellregulator HOXA10 fungiert in Megakaryoblasten als Transaktivator des ncRNA-Ensembles. AMKL Blasten sezernieren TGFβ, schützen sich aber durch hohe miR-99~125 Expression vor den negativen Effekten dieses Zytokins. Die Durchbrechung dieses Kreislaufs, die wir durch miRNA-Schwämme erreichten, resultiert in einem Wachstumsarrest und Zelltod der Blasten und bietet somit einen therapeutischen Ansatz. Unserer Studien bedeuteten daher einen Paradigmenwechsel der RNA Biologie für Konzepte zur Regulation von Stammzellen sowie bei Interventionsstrategien in der Tumortherapie. Die Arbeit verdeutlicht, warum die Mehrzahl aller microRNAs nicht alleine im Genom vorkommt, sondern in Clustern oder Polycistronen organisiert ist und dass miRNAs nicht alleine untersucht, sondern immer in ihrem genomischen Kontext betrachtet werden sollten. In einem weiteren Schritt erstellten wir ein komplettes ncRNA Profil des hämatopoetischen Systems unter Einbeziehung maligne entarteter Zellen, das uns durch die Erstellung eines hämatopoetischen lncRNA Atlasses und durch anschließende funktionelle Validierung einzelner Linienspezifischer Kandidaten die Entdeckung neuer Schlüsselfaktoren der Hämatopoese erlaubte. Basierend auf hochspezifischen ncRNA-Expressionsportraits pro Blutzellpopulation identifizierten wir einzigartige Fingerprint-ncRNAs - wie z.B. LINC00173 in Granulozyten - und ordneten diese kritischen Regulationskreisen zu, die an der Homöostase der Blutbildung beteiligt sind. Nach dem Einschluss von akuten myeloischen Leukämie (AML) -Proben in die ncRNA-Landschaft des humanen hämatopoetischen Systems fanden wir weiterhin prognostisch relevante ncRNA-Stammzellensignaturen, die zwischen AML-Blasten und gesunden hämatopoetischen Stammzellen geteilt werden. Unsere Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung des nichtkodierenden Transkriptoms für die Bildung und Aufrechterhaltung der menschlichen hämatopoetischen Hierarchie. Unsere molekulargenetischen Studien haben somit weitergehende neue Aspekte zur Komplexität der Hämatopoese und Onkogenese ermöglicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- LincRNAs MONC and MIR100HG act as oncogenes in acute megakaryoblastic leukemia. Mol Cancer 2014;13:171
Emmrich S, Streltsov A, Schmidt F, Thangapandi VR, Reinhardt D, Klusmann JH
(Siehe online unter https://doi.org/10.1186/1476-4598-13-171) - miR-99a/100~125b tricistrons regulate hematopoietic stem and progenitor cell homeostasis by shifting the balance between TGFbeta and Wnt signaling. Genes Dev. 2014;28:858-874
Emmrich S, Rasche M, Schoning J, Reimer C, Keihani S, Maroz A, Xie Y, Li Z, Schambach A, Reinhardt D, Klusmann JH
(Siehe online unter https://doi.org/10.1101/gad.233791.113) - A four-gene LincRNA expression signature predicts risk in multiple cohorts of acute myeloid leukemia patients. Leukemia. 2017
Beck D, Thoms JAI, Palu C, Herold T, Shah A, Olivier J, Boelen L, Huang Y, Chacon D, Brown A, Babic M, Hahn C, Perugini M, Zhou X, Huntly BJ, Schwarzer A, Klusmann JH, Berdel WE, Wörmann B, Büchner T, Hiddemann W, Bohlander SK, To LB, Scott HS, Lewis ID, D'Andrea RJ, Wong JWH, Pimanda JE
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/leu.2017.210) - lncRNA MIR100HG-derived miR-100 and miR-125b mediate cetuximab resistance via Wnt/β-catenin signaling. Nat Med. 2017;23(11):1331-1341
Lu Y, Zhao X, Liu Q, Li C, Graves-Deal R, Cao Z, Singh B, Franklin JL, Wang J, Hu H, Wei T, Yang M, Yeatman TJ, Lee E, Saito-Diaz K, Hinger S, Patton JG, Chung CH, Emmrich S, Klusmann JH, Fan D, Coffey RJ
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/nm.4424) - The non-coding RNA landscape of human hematopoiesis and leukemia. Nat Commun. 2017;8(1):218
Schwarzer A, Emmrich S, Schmidt F, Beck D, Ng M, Reimer C, Adams FF, Grasedieck S, Witte D, Käbler S, Wong JWH, Shah A, Huang Y, Jammal R, Maroz A, Jongen-Lavrencic M, Schambach A, Kuchenbauer F, Pimanda JE, Reinhardt D, Heckl D, Klusmann JH
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/s41467-017-00212-4)
